Н.С. Андреева - Еще раз об открытии структуры ДНК (статья) (1117900), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Еерентгенографическиеисследованияаморфныхуглей,требующиеэкспериментального мастерства и серьезной математической подготовки в областитеории рассеяния рентгеновских лучей, снискали ей высокую репутацию средиколлег. Поскольку Уилкинс как руководитель был совершенно не нуженФранклин, оба стали заниматься изучением структуры ДНК отдельно.Существенно улучшив способ получения ориентированных препаратов ДНК иусловия съемки рентгенограмм, Розалинда сразу обнаружила две структурныеmhtml: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 4 of 10формы у ДНК - кристаллическую А-форму и паракристаллическую В-форму - ипоказала, что свои данные Астбери получил от смеси этих двух форм.
Своевнимание она сосредоточила на кристаллической А-форме ДНК, пытаясь поплотности вещества и объему ячейки определить количество цепей, проходящихчерез одну элементарную ячейку.Тем временем Уотсон и Крик почти вслепую начали собирать модель ДНК излатунных стержней, изготавливаемых в мастерских Кавендишской лаборатории *.Побывав в Королевском колледже на кристаллографическом семинаре Франклин,биолог Уотсон не вынес ничего, кроме того, что молекула ДНК может состоять изтрех цепей. На самом деле Розалинда подчеркивала, что если учесть молекулыводы в элементарной ячейке кристаллической формы, то масса вещества в ячейкесоответствует скорее двум цепям ДНК.
Ничтоже сумняшеся, Уотсон и Крикпринялись строить модель спиральной структуры ДНК из трех цепей спереплетающимися фосфатно-сахарными остовами вблизи оси цилиндрическоймолекулы и торчащими наружу основаниями, по примеру того, что наблюдается в-спиральных белках, где нерегулярно чередующиеся боковые группы торчатнаружу. Как же иначе можно было расположить нерегулярно чередующиесяазотистые основания? Построив в течение одной недели модель, Уотсон и Крикпригласили Франклин. Она сразу спросила их, куда они девали воду, а потомразнесла модель в пух и прах как не отвечающую экспериментальным данным.Услышав об этом, Брэгг категорически запретил Уотсону и Крику заниматьсяиграми в ДНК в его лаборатории, и они прервали свою работу на довольнопродолжительное время.* Стержневые модели атомов представляли собой сделанные в определенноммасштабе рогатки из расходящихся из одной точки стерженьков под углами,соответствующими валентным углам атомов, с длинами, пропорциональными длинамвалентных связей.Надо сказать, что Уотсон и Крик были не одиноки в своей ошибке.
Такую жемодель построил и Полинг. Но он сделал еще более грубую ошибку, расположивзаряженные фосфатные группы совсем близко друг от друга, не объяснив, почемуони не отталкиваются. Ну ведь у Полинга не было экспериментальных данных оДНК, как, впрочем, и у Уотсона с Криком, если не считать то, что постиг Уотсон насеминаре у Франклин.Тем временем Розалинда продолжала свои эксперименты. Она получиласовершенно замечательную рентгенограмму В-формы ДНК, которая сейчасназывается канонической и приводится во многих учебниках [6].
Самым важным вэтой рентгенограмме было расположение отражений, четко соответствующееспиральной структуре молекулы, с 10 идентичными группами в одном оборотеспирали, равном 34 A и с шагом спирали в 3.4 A. Рентгенограммысвидетельствовали также, что диаметр цилиндрической молекулы ДНК равенприблизительно 20 A. Получив эту рентгенограмму, Розалинда замешкалась. Онаникак не могла понять, как соотносится структура В-формы ДНК со структуройкристаллической А-формы, на рентгенограммах которой видимых признаковспиральной формы молекулы ДНК не наблюдалось.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 5 of 10Рентгеновская дифракция на В-форме тимусной ДНК. Снимок Р. Франклин и Р. ГослингаСогласно теории рассеяния рентгеновских лучей на цепных молекулах, эторазличие находит вполне четкое объяснение. Не углубляясь в дебри специальныхрассуждений, скажу лишь, что в 1950-1953 гг., будучи аспиранткой кафедрырентгеноструктурного анализа физического факультета МГУ, я занималасьрентгеноструктурным анализом фибриллярных белков. Работ Розалинды Франклиня не знала, но работу Крика по дифракции на спиралях изучила до дыр.
Крикрассчитывал рассеяние рентгеновских лучей изолированной цепной молекулой, неучитывая влияние взаимной упаковки молекул на дифракционную картину. Впаракристаллической В-форме ДНК, где молекулы окружены водной шубой,соседние молекулы не могут находиться в регистре друг относительно друга, онивсего лишь параллельны, но могут быть повернуты на любой угол вокруг своейдлины и смещены вдоль нее относительно друг друга любым образом, т.е.пространственной кристаллической решетки нет.
Лишь в плоскости,перпендикулярной длине молекул, они образуют двумерную квазирешетку, так какрасстояние между цепями выдерживается не очень строго. Поэтомудифракционная картина от паракристаллических фибриллярных структуропределяется в основном независимым рассеянием молекул, для которыхполностью применима теория Крика.Взаимная упаковка молекул проявляется лишь в виде максимумов на экваторерентгенограммы. В то же время при дифракции рентгеновских лучей откристаллических полимерных структур со спиральными молекулами упаковкамолекул вызывает погасание большей части рассеянного излучения, оставляя лишьточечные рефлексы, обусловленные кристаллической решеткой.
При этом картинарассеяния рентгеновских лучей изолированными спиральными молекуламиоказывается затушеванной. Видимо, это обстоятельство не пришло на умРозалинде. Трудности усугублялись тем, что спираль в А-форме немногоотличается от спирали в В-форме ДНК, поэтому Франклин не торопиласькомбинировать данные, полученные для разных форм.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 6 of 10mhtml: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 7 of 10Фрагмент странички из публикации в "Nature" (Апрель 1953 г.) [6]Вся страничка (320 Кб)Уотсон и Крик ознакомились с моделью Полинга по рукописи, привезенной вКембридж сыном Полинга, поступающим в аспирантуру к Перутцу. Уотсон повезэтот текст Уилкинсу, который в ответ показал копию рентгенограммы В-формыДНК, полученной Франклин.
Уотсон, к тому времени поднаторевший врентгеноструктурном анализе, немедленно передал информацию Крику. Можносебе представить, как обрадовался Крик, узнав о прекрасном воплощении своейтеории на рентгенограмме ДНК. Возможность построения правильной модели ДНКвновь забрезжила; Уотсон и Крик бросились к Брэггу с просьбой продолжить своипостроения. Брэгг, узнав об ошибке Полинга, такое разрешение дал.Надо полагать, что энтузиазм Уотсона и Крика в то время нарастал, и в этойатмосфере Перутц ознакомил их с подробным годовым отчетом РозалиндыФранклин о проведенных ею исследованиях структуры ДНК. По сути отчетсодержал весь комплекс экспериментальных данных, необходимых для построениямодели ДНК.
Однако Франклин считала, что данные, полученные для однойформы, пока преждевременно переносить на другую, и поэтому медлила спубликацией своих экспериментальных работ. О том, что ее результаты попали вруки Уотсона и Крика, она не знала.Розалинда Франклин (1920-1958)Следует отдать должное тому, как быстро и талантливо Крик скомбинировалданные Франклин для построения единственно возможной и правильной моделимолекулы ДНК. Он понял, что спираль состоит из двух коаксиальных спиралей,образованных фосфатно-сахарными остовами цепей и направленных, всоответствии с требованиями симметрии С2, найденной в А-форме, впротивоположные стороны.
Теперь можно было приступать к практическомупостроению вполне добротной модели остова молекулы ДНК.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 8 of 10Строил модель Уотсон, а Крик им руководил. Можно ли сказать, что модельУотсона-Крика оказалась простой иллюстрацией рентгеноструктурных данных,полученных Франклин? И да, и нет, потому что это может касаться лишь той частимодели, которая представляет строение фосфатно-сахарного каркаса молекулы;кстати, это именно двойная спираль. Но данных Франклин было недостаточно,чтобы правильно расположить азотистые основания внутри двойной спирали, хотяони и указывали, что основания, будучи плоскими и имея толщину около 3.4 A,должны лежать стопкой перпендикулярно ее оси [7].Работа, связанная с размещением плоских азотистых оснований внутри молекулы,стала результатом творческого поиска Уотсона и Крика, главным образом Уотсона.Посторонние структурные данные, использованные ими, сводились лишь кправильным таутомерным формам оснований, найденным Дж.Доною, что сыгралонемаловажную роль в построении правильной модели.
Но основным залогомуспеха этой части работы была правильная модель фосфатно-сахарного остова,которая неукоснительно вела Уотсона и Крика к их великому открытию.Эта модель подсказала, что плоские основания двух противоположнонаправленных цепей, присоединенные к их сахарным группам, которыерасполагаются на одном уровне по высоте спирали, должны лежать точно в однойплоскости. Следовательно, они должны образовывать пары, но как в них основаниярасполагаются друг относительно друга?Задача решалась перебором различных пар оснований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
