Главная            О проекте            Карта сайта            Обновления            Ссылки

Модель Уотсона и Крика

В начале 50-х годов XX столетия Уотсон и Крик работали в Кавендишской лаборатории. Эти молодые учёные были убеждены, что ключ к разгадке тайны гена находится вовсе не в определении структуры белка, а в выяснении структуры молекулы ДНК.

В то время молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты вовсе не являлась чем-то новым. Она была открыта в клеточных ядрах ещё в 1869 году швейцарским врачом Фридрихом Мишером. Затем было установлено, что ДНК сосредоточена в хромосомах. Это указывало на то, что она является генетическим материалом, но в 30-х годах утвердилось мнение, что раз обнаруженная молекула является регулярным полимером, состоящим из повторяющихся четвёрок мономерных звеньев, то она не может нести в себе генетическую информацию.

Специалисты в первой половине XX века предполагали, что ДНК играет в хромосомах определённую структурную роль. А гены состоят из белка, который входит в состав хромосом. Уотсон и Крик усомнились в концепции белковой природы гена. А поводом для этого стали опыты бактериологов из Рокфеллеровского института. Руководил этими опытами 0. Эвери.

Суть его экспериментов заключалась в том, что брали 2 вида пневмококков. Один вид был способен вызывать болезнь, а второй – нет. Болезнетворные клетки нагревали и таким образом убивали, а затем добавляли к ним живые клетки второго вида. И оказалось, что некоторые из живых бактериальных клеток, вступив в контакт с убитыми, научились вызывать болезнь.

Получалось, что живые клетки каким-то образом трансформировались мёртвыми клетками. Отсюда и произошло название генетическая трансформация.

Из опытов было видно, что от одних клеток что-то переходит к другим. Но вот что? Эвери со своими коллегами предположил, что от убитой бактерии к живой переносится ДНК. Ни белки, ни другие составляющие никакой роли в этом процессе не играют.

Перед генетиками оказался выбор – либо отмахнуться от результатов Эвери, либо признать, что наследственные признаки несёт в себе вовсе не белок, а молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты. Однако отказаться от устоявшегося представления о белковой природе гена было чрезвычайно трудно.

Опытам бактериологов дали следующее объяснение: ДНК, безусловно, никаких генов не содержит, но она способна вызывать мутацию генов, которые состоят из белков. Правда, молекула оказалась довольно необычным мутагеном. От опыта к опыту она вызывала одни и те же мутации, что совсем несвойственно для мутагенов, так как они вызывают мутации случайным образом.

В конце концов, необычными особенностями ДНК заинтересовались генетики, которые уже давно занимались поиском методов изменения наследственности. Они признали, что молекула не так проста, и на неё следует обратить самое серьёзное внимание. Таким образом, опыты Эвери заставили усомниться в первоначальной функции ДНК, которой отводили лишь структурную роль в хромосомах.

А вот той теоретической базой, которая решила, чем же в действительности является молекула ДНК, как раз и стала модель Уотсона и Крика, разработанная ими в 1953 году. Эти учёные не имели собственных экспериментальных данных, так как в Кавендишской лаборатории никто не занимался загадочной молекулой. Ею занимались Розалинда Франклин и Морис Уилкинс в Королевском колледже в Лондоне.

Они пытались исследовать молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты с помощью рентгеноструктурного анализа. Но это оказалось сложным делом, так как ДНК не хотела кристаллизовываться и давала чрезвычайно бедные рентгенограммы (см. рисунок ниже). С помощью таких рентгенограмм невозможно было восстановить пространственную структуру молекулы.

Рентгенограмма ДНК полученная Розалиндой Франклин

Однако М. Уилкинс и Р. Франклин всё же извлекли кое-какие важные параметры. Именно они, а также детальные данные о химическом строении молекулы и были положены Криком и Уотсоном в основу их научно-изыскательской работы.

Их действия скорее напоминали игру. Учёные знали, как устроены отдельные мономерные звенья изучаемой молекулы. Их этих элементов, как из детского конструктора, они собрали структуру, которая отвечала рентгеновским данным. Результатом и стало величайшее научное открытие XX века.

Модель Уотсона и Крика

Согласно модели Уотсона и Крика, молекула ДНК состоит из 2-х полимерных цепочек. Каждая из них состоит из звеньев 4-х сортов: А (адениновое), Г (гуаниновое), Т (тиминовое), Ц (цитозиновое). При этом последовательность звеньев в каждой цепи может быть абсолютно произвольной. Но все последовательности в одной молекуле связаны друг с другом по принципу комплементарности:

Против А всегда должно быть Т;
Против Т всегда должно быть А;
Против Г всегда должно быть Ц;
Против Ц всегда должно быть Г.

Молекула ДНК напоминает собой верёвочную лестницу, состоящую из перекладин двух типов: пар нуклеотидов А-Т и Г-Ц

В открытии этого правила большую роль сыграли данные, полученные несколько ранее в химических исследованиях Эрвина Чаргаффа. Именно он установил, в каком соотношении встречаются в ДНК различные звенья, то есть нуклеотиды.

При этом следует учитывать, что если в каждой полимерной цепочке атомы связаны друг с другом мощными ковалентными связями, то между комплементарными цепями взаимодействие довольно слабое. Оно соответствует тем силам, которые удерживают молекулы друг возле друга в кристаллах.

Модель Уотсона и Крика решила самую главную задачу – проблему репликации гена. Это означает, что если мы разведём в разные стороны 2 цепочки, а затем на каждой из них нарастим, согласно принципу комплементарности, по новой цепочке, то у нас из одной молекулы ДНК получатся две. При этом они будут абсолютно идентичными.

Процесс репликации ДНК
В результате из исходной молекулы получаются две точно такие же молекулы

Так, благодаря изыскательским работам многих учёных, было установлено, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты является самой главной в живой природе. Поняв её сущность, удалось решить проблему строения гена.

В наши дни можно смело утверждать, что открытие структуры удивительной молекулы сыграло точно такую же роль в науке, как открытие атомного ядра в физике. Но на этом параллели не заканчиваются. Исследование атома позволило человеку овладеть неисчерпаемыми источниками энергии и создать новые технологии.

А вот молекулярная биология открывает возможность вмешаться в функции живой клетки. Это гораздо грандиознее, чем овладение энергией атомного ядра. Можно сказать, что человечество вступает в новую эпоху, которую смело можно назвать генетической революцией.

Вячеслав Маркин