Н.С. Андреева - Еще раз об открытии структуры ДНК (статья) (1117900)
Текст из файла
VIVOS VOCO: Н.С. Андреева, "Еще раз об открытии структуры ДНК" (Розалин... Page 1 of 10Август 2006 г.© Андреева Н.С.Еще раз об открытии структуры ДНКН.С. Андреева,доктор физико-математических наук, Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАНВ нашей отечественной литературе роль, которую сыграла Розалинда Франклин встановлении молекулярной биологии, в должной степени не отражена. Какправило, открытие структуры ДНК ассоциируется лишь с именами Дж.Уотсона иФ.Крика, хотя на самом деле три имени должны фигурировать в подзаголовке этойзамечательной работы - Уотсон-Крик-Франклин, так как каждый из них внесравноценный, индивидуальный и незаменимый вклад в определение строениявещества наследственности.
Но история распорядилась так, что имени Франклинсуждено было уйти в небытие *.* Об этом факте упоминалось недавно в краткой заметке. Подробнее см.: КорочкинЛ.И., Фридман С.А. Пионер молекулярной биологии // Природа. 2004. №8. С.75-77.Все началось с того, что Уотсон и Крик построили свою модель, опираясь нанеопубликованные данные Франклин, и в своей знаменитой статье о структуреДНК не упомянули ее имя [1]. Серьезное и обстоятельное исследование реальноговклада Франклин в установление структуры двойной спирали ДНК проведеноА.Клугом [2], который опубликовал в 2004 г. большую подборку различныхматериалов, а также дневники и рабочие тетради Франклин, позволяющие нетолько понять ее роль в этих исследованиях, но и проследить шаг за шагом, какразвивалась мысль и созревало величайшее открытие ХХ в. Мне кажется, чтоподробное описание этого процесса не только интересно, но и весьма поучительно.Начнем с исходной ситуации.
По сути изучением структуры ДНК занимались тригруппы. Одна из них, биофизическая, была организована при поддержке Совета помедицинским исследованиям (MRC) сэром Дж.Рэндалом в ЛондонскомКоролевском колледже в 1946 г. “для междисциплинарной атаки на секретхромосом и близких к ним структур”.
Возглавил ее эрудированный иобстоятельный биофизик М.Уилкинс. В этой группе проходил практику студентР.Гослинг, рентгенографически исследовавший сперму различных животных.Уилкинс преуспел в получении нитей ДНК вытягиванием их из вязких растворов.Нити давали высокое двойное лучепреломление, что свидетельствовало опараллельной ориентации длинных молекул вдоль оси растяжения.
Вместе сГослингом он снял рентгенограмму влажной нити ДНК, которая оказаласьчрезвычайно богатой рентгеновскими отражениями (как впоследствии выяснилось,это была рентгенограмма А-формы ДНК).Именно она вдохновила молодого американского биолога Дж.Уотсона занятьсяmhtml:file://E:\My Documents\Лекции\Лекции по общей генетике\Репликация ДН...
11.03.2011VIVOS VOCO: Н.С. Андреева, "Еще раз об открытии структуры ДНК" (Розалин... Page 2 of 10определением структуры ДНК методом рентгеноструктурного анализа. БудьУотсон более опытным исследователем, он никогда бы не принял подобногорешения. Но энтузиазм молодости плюс полное отсутствие знаний в вопросахатомно-молекулярной структуры биополимеров и рентгеноструктурного анализапослужили источником его легкомысленной самоуверенности. Он добилсяразрешения работать над этой проблемой в знаменитой физической Кавендишскойлаборатории,руководимойсэромЛоуренсомБрэггом,основателемрентгеноструктурного анализа. Его приняли в группу М.Перутца, изучавшегоструктуру гемоглобина и миоглобина.Как могли Брэгг и Перутц доверить рентгенографическое определение структурыДНК биологу, не имеющему представления о рентгеноструктурном анализе?Чтобы понять это, необходимо воссоздать атмосферу, царившую в начале 50-хгодов в Англии и США в рентгеноструктурных лабораториях, изучающих строениемакромолекул.
На этот счет имеется много публикаций, в том числе книгиПерутца [3, 4], а мне доводилось работать в лаборатории Перутца в конце 50-х иначале 60-х годов и почувствовать эту атмосферу непосредственно.Помимо основных исследований гемоглобина и миоглобина, Л.Брэгг, М.Перутц иДж.Кендрью пытались выяснить структуру остова полипептидной цепи,наблюдаемую во множестве фибриллярных белков и, следовательно, отражающуюважные принципы строения белковых структур.
Эту задачу они решали методоммоделирования, в то время очень модным. Именно так были созданы первыемодели структуры фибриллярных белков, синтетических полипептидов и, наконец,ДНК, которые впоследствии подтвердились прямыми экспериментальнымиисследованиями.Однако когда появился Уотсон, Кембриджская лаборатория потерпела поражение вмоделировании структуры фибриллярных -белков. По словам Брэгга, это былосамое крупное фиаско в его жизни: модель противоречила законам стереохимиисоединений пептидной природы, которые незадолго до этого установил Полинг.
В1951 г. он опубликовал убедительные работы по моделированию структуры остоваполипептидной цепи белков, оставив далеко позади модельные построениякембриджских ученых. Труды Полинга, основанные на собственных многолетнихисследованиях структуры аминокислот и соединений пептидной природы,позволили ему сформулировать знаменитую теорию резонанса. Опираясь на нее,он показал, что пептидные группы белковых цепей, состоящие из шести атомов С–СО–NH–C, всегда должны быть плоскими, а структура любого из соединенийпептидной природы должна отвечать критерию полного насыщения водороднымисвязями.Полинг решил построить наиболее выгодную с энергетической точки зрениямодель остова полипептидной цепи, состоящего из плоских пептидных групп, изатем проверить ее соответствие экспериментальным данным. Выяснилось, чтозаданным Полингом критериям полностью отвечает лишь одна структура,названная им -спиралью: она имеет нецелочисленную винтовую ось, т.е.
на одинее оборот приходится дробное число пептидных групп (18 в пяти оборотах).Классическая кристаллография отвергала такие винтовые оси, поскольку они необеспечивают плотного заполнения пространства. Но Полинг искал наиболеевыгодную энергетически конформацию остова изолированной полипептиднойцепочки, полагая, что к волокнам требования классической кристаллографииприменять нельзя.
Хотя модель Полинга отвечала всем требованиям стереохимии ивыглядела весьма убедительной, но какова должна быть ее рентгенограмма,оставалось неясным. В первой экспериментальной проверке -спирали,mhtml:file://E:\My Documents\Лекции\Лекции по общей генетике\Репликация ДН... 11.03.2011VIVOS VOCO: Н.С. Андреева, "Еще раз об открытии структуры ДНК" (Розалин... Page 3 of 10проведенной в Кембридже, Перутц выловил на рентгенограммах -белковотражение, подтверждающее модель Полинга. Однако нужны были болееобстоятельные эксперименты.И вот тогда первый раз блеснул своим талантом работавший у Перутца 35-летнийфизик Ф.Крик. Он вместе с кристаллографом У.Кокреном математическиразработал теорию дифракции рентгеновских лучей на спиральных молекулах свинтовыми осями любых порядков, включая нецелочисленные оси.
Главноеследствие его теории - особое расположение рентгеновских отражений нарентгенограммах спиральных структур. Оно позволяло по виду рентгенограммидентифицировать спиральную конфигурацию у полимерных молекул вфибриллярных белках и синтетических полипептидах. Расчеты показали, что фибриллярные белки состоят из скрученных жгутов -спиралей. Стало понятно,что законы погасаний рентгеновских отражений от структур с винтовыми осями,которые использует классическая кристаллография, - лишь частный случай общейтеории Крика [5].Конечно, эта работа придала Крику солидный запас уверенности в себе, и когдапоявился Уотсон с навязчивой идеей определить структуру ДНК, Крик, видимо,решил и здесь попробовать свои силы. Уязвленный неудачей в построении модели-фибриллярных белков, Брэгг дал молодым ученым свое согласие.Вдохновленные успехом Полинга и кажущейся легкостью в построении моделиполипептидной цепи белков, Уотсон и Крик намеревались таким же способомопределить строение ДНК.
Рентгеноструктурные данные, полученные еще в 40-егоды В.Астбери, говорили, что ДНК свойственна определенная стабильная иупорядоченная структура. Никакой другой информацией Уотсон и Крик на первыхпорах не располагали.Если при моделировании -спирали речь шла о плотной упаковке плоскихпептидных групп, состоявших из шести атомов, с точно установленнымрасположением, то отнюдь не плоские нуклеотидные группы содержализначительно больше атомов. Об их расположении можно было лишь гадать, дакроме того, было вообще неизвестно, из скольких цепей состоит молекула.Поэтому для определения структуры ДНК требовалась иная схема,противоположная той, которая реализовалась при анализе структурыфибриллярных белков (когда сперва строилась модель, а потом она проверяласьэкспериментально).
Здесь в первую очередь оказались нужны независимыеэкспериментальные данные о параметрах структуры. Уотсон и Крик былиабсолютными новичками в изучении стереохимии нуклеотидных соединений. Такчто, в отличие от Полинга, никаких основополагающих идей о том, какой должнабыть структура ДНК, у них не было, кроме предположения Крика, что это спираль.Отсюда становится ясным значение результатов экспериментальных исследованийкак исходного пункта для построения правильной модели ДНК.В 1950 г. Рэндал решил усилить рентгеноструктурные исследования ДНК вКоролевском колледже, пригласив физико-химика Розалинду Франклин.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
