Установить строение ДНК удалось только в начале 50-х годов. Задачу, открывшую новую эру в естествознании, решили английский ученый Ф. Крик и американский биохимик Д. Уотсон. которые работали в Кембридже (Англия). Они использовали в своих исследованиях данные, полученные английским физиком М. Уилкинсом. За эту работу все трое были удостоены Нобелевской премии.
Рентгенограммы ДНК, полученные И. Уилкинсом, показали, что молекулы ДНК —спирали, что принцип их строения один, т. е. третичная структура одинакова для всех молекул ДНК. Д. Уотсон и Ф. Крик нашли объяснение этому парадоксальному факту. Они предположили, что молекула ДНК — двойная спираль, в которой пары пуриновых и пиримидиновых оснований (тех самых, содержание которых в молекуле ДНК равно в соответствии со вторым и третьим правилами Чаргаффа) образуют как бы ступени винтовой лестницы. Числовые сочетания А—Т и Г«=Ц объясняются именно тем, что эти пары оснований служат опорами водородных мостиков, образующихся только в случае их сближения. Таким образом, правила Чаргаффа можно вывести из представления о молекуле ДНК как двойной спирали.
Модель молекулы ДНК, по Уотсону и Крику, представляла собой два полинуклеотида, закрученные спиралью вокруг общей оси. Две цепи расположены так, что основания находятся внутри спирали, а фосфатные и углеводные группы, одинаковые для всех молекул, как бы образуют оболочку спирали. Впоследствии эта модель получила множество доказательств, и двойная спираль даже была сфотографирована в электронном микроскопе. Самым важным следствием, вытекающим из такого строения молекулы ДНК, была комплементарность, или дополнительность пар оснований А=Т и Г=Ц. Это означало, что каждая молекула ДНК состоит из двух одинаковых половин — полинуклеотидных цепей, расположенных «голова к хвосту».
Используя этот принцип, Д. Уотсон и Ф. Крик объяснили, каким образом происходит удвоение молекулы ДНК при делении клеток. В соответствии со схемой спираль раскручивается, две цепи расходятся, и на каждой из них, как на матрице, из свободных нуклеотидов начинает строиться новая цепь, в точности соответствующая первой. Образовавшиеся в результате две совершенно идентичные цепи скручиваются уже в две новые двойные спирали. Эта рабочая гипотеза получила подтверждение в экспериментах с включением в ДНК хромосом клетки пуриновых и пиримидиновых оснований, меченных изотопом водорода — тритием (3Н)". Для этого корешки молодых растений обрабатывали раствором нуклеотидов, содержащих тимин-3Н. Нуклеотиды быстро внедрялись в состав ДНК в обе цепи двойной спирали равномерно. Затем корешки переносили в среду, лишенную изотопа 3Н, и следили за синтезом ДНК при делении клеток. Было показано, что после первого деления ДНК изотоп 3Н обнаруживался только в одной из цепей. При втором делении половина хромосом содержала 3Н, а другие были лишены его полностью.
В 1957 г. американский биохимик А. Корнберг выделил фермент—ДНК-полимеразу1. Он катализировал синтез полину-клеотидов типа ДНК из отдельных нуклеотидов в присутствии незначительного количества природной ДНК в качестве «затравки». При этом фермент катализировал образование точных копий ДНК-затравки. Опыт также подтверждал гипотезу Уотсона и Крика: ДНК строится только на ДНК по комплементарному принципу.
В 1968 г. А. Корнберг с помощью выделенных им ферментов синтезировал вирусную ДНК, обладающую инфекционной активностью. Впервые с помощью высоко-специфического синтеза удалось получить биополимер, обладающий и химической, и биологической индивидуальностью, что выразилось в его физиологической активности. Эти работы были замечательным достижением современного естествознания.
|