Точно преди 65 години британските учени Джеймс Уотсън и Франсис Крик публикуват статия за дешифрирането на структурата на ДНК, поставяйки основите на нова наука - молекулярната биология. Това откритие много промени в живота на човечеството. РИА Новости говори за свойствата на молекулата на ДНК и защо тя е толкова важна.
През втората половина на 19 век биологията е много млада наука. Учените тепърва започваха да изучават клетката и концепцията за наследствеността, въпреки че вече беше формулирана от Грегор Мендел, не получи широко признание.
През пролетта на 1868 г. млад швейцарски лекар Фридрих Мишер дойде в университета в Тюбинген (Германия), за да се занимава с научни изследвания. Той имаше намерение да разбере от какви вещества се състои клетката. За експерименти избрах левкоцити, които лесно се получават от гной.
Разделяйки ядрото от протоплазма, протеини и мазнини, Мишер открива съединение с високо съдържание на фосфор. Той нарече тази молекула нуклеин („ядрото“на латински е ядрото).
Това съединение проявява киселинни свойства, поради което терминът "нуклеинова киселина" е въведен. Префиксът му дезоксирибо означава, че молекулата съдържа Н групи и захари. Тогава се оказа, че всъщност това е сол, но името не е променено.
В началото на 20 век учените вече знаеха, че нуклеинът е полимер (тоест много дълга гъвкава молекула от повтарящи се единици), единиците са съставени от четири азотни основи (аденин, тимин, гуанин и цитозин), а нуклеинът се съдържа в хромозоми - компактни структури, които възникват при разделяне на клетки. Способността им да предават наследствени черти бе демонстрирана от американския генетик Томас Морган в експерименти върху плодови мухи.
ДНК структура.
Промоционално видео:
Моделът, който обясни гените
Но какво прави дезоксирибонуклеиновата киселина или ДНК за кратко в клетъчното ядро, не беше разбрано дълго време. Смятало се е, че той играе някаква структурна роля в хромозомите. Единиците на наследствеността - гените - се приписват на протеиновата природа. Пробивът е направен от американския изследовател Освалд Ейвъри, който експериментално доказа, че генетичният материал се предава от бактерии в бактерии чрез ДНК.
Стана ясно, че ДНК трябва да се изследва. Но как? По това време на учените са били достъпни само рентгенови лъчи. За да светят биологични молекули през тях, те трябваше да кристализират, а това е трудно. Дешифрирането на структурата на протеиновите молекули чрез рентгенови дифракционни модели е проведено в лабораторията Кавендиш (Кеймбридж, Великобритания). Младите изследователи Джеймс Уотсън и Франсис Крик, които са работили там, нямат собствени експериментални данни за ДНК, така че са използвали рентгенографиите на колегите от колежа на Кинг Морис Уилкинс и Розалинд Франклин.
Уотсън и Крик предложиха модел на структурата на ДНК, който точно съответства на рентгеновите дифракционни модели: две успоредни вериги са усукани в дясна спирала. Всяка верига е сгъната от произволен набор от азотни основи, нанизани на гръбнака на техните захари и фосфати, и се държат заедно с водородни връзки, опънати между основите. Освен това аденинът се комбинира само с тимин, а гуанинът - с цитозин. Това правило се нарича принцип на допълване.
Моделът на Уотсън и Крик обясни четирите основни функции на ДНК: репликация на генетичен материал, неговата специфичност, съхраняване на информация в молекула и способността му да мутира.
Учените публикуват откритието си в списанието Nature на 25 април 1953 г. Десет години по-късно той и Морис Уилкинс получиха Нобеловата награда за биология (Розалинд Франклин почина през 1958 г. от рак на 37-годишна възраст).
„Сега, повече от половин век по-късно, можем да заявим, че откриването на структурата на ДНК играе същата роля в развитието на биологията като откриването на атомното ядро във физиката. Изясняването на структурата на атома доведе до раждането на нова, квантова физика и откриването на структурата на ДНК доведе до раждането на нова, молекулярна биология “, пише Максим Франк-Каменецки, изключителен генетик, изследовател на ДНК, автор на книгата„ Най-важната молекула “.
Генетичен код
Сега остава да разберем как работи тази молекула. Беше известно, че ДНК съдържа инструкции за синтеза на клетъчни протеини, които вършат цялата работа в клетката. Протеините са полимери, съставени от повтарящи се групи (последователности) от аминокиселини. Освен това има само двадесет аминокиселини. Животинските видове се различават един от друг в набора протеини в клетките, тоест в различни последователности на аминокиселини. Генетиците твърдят, че тези последователности са дадени от гени, за които тогава се смята, че са първите градивни елементи на живота. Но какви са гените, никой не знаеше точно.
Авторът на теорията за Големия взрив, физикът Георги Гъмов, служител на Университета Джордж Вашингтон (САЩ), изясни ясно. Въз основа на модела на двуверижната ДНК спирала от Уотсън и Крик той предположи, че генът е парче ДНК, тоест определена последователност от връзки - нуклеотиди. Тъй като всеки нуклеотид е една от четирите азотни бази, просто трябва да разберете как четирите елемента кодират двадесет. Това беше идеята зад генетичния код.
До началото на 60-те години е установено, че протеините се синтезират от аминокиселини в рибозоми, един вид „фабрики“вътре в клетката. За да започне синтеза на протеини, ензимът се приближава до ДНК, разпознава конкретен сайт в началото на гена, синтезира копие на гена под формата на малка РНК (нарича се шаблон), след това от аминокиселини в рибозомата се отглежда протеин.
Те също така открили, че генетичният код е трибуквен. Това означава, че три нуклеотиди съответстват на една аминокиселина. Единицата на кода се нарича кодон. В рибозомата информацията от мРНК се чете кодон от кодон последователно. И всеки от тях съответства на няколко аминокиселини. Как изглежда шифърът?
Маршал Ниренберг и Хайнрих Матей от САЩ отговориха на този въпрос. През 1961 г. те представят резултатите си за първи път на биохимичен конгрес в Москва. До 1967 г. генетичният код е напълно декодиран. Оказа се универсален за всички клетки на всички организми, което имаше далечни последици за науката.
Откриването на структурата на ДНК и генетичния код напълно преориентира биологичните изследвания. Фактът, че всеки индивид има уникална последователност на ДНК, коренно промени криминалистиката. Дешифрирането на човешкия геном даде на антрополозите напълно нов метод за изследване на еволюцията на нашия вид. Наскоро измисленият редактор на ДНК CRISPR-Cas много напредва в генното инженерство. Очевидно тази молекула съхранява решението на най-належащите проблеми на човечеството: рак, генетични заболявания, стареене.
Татяна Пичугина