Айала, Кайгер - Современная генетика - т.1 (947304), страница 19
Текст из файла (страница 19)
может заражать бактерии и в отсутствие белковой оболочки. Свободным молекулам ДНК нелегко проникнуть через клеточную стенку. Однако, обрабатывая бактерии Е. сой определенным ферментом, а именно лизоцимом яичного белка, можно сделать их клеточную стенку проницаемой. Бактериальные клетки, стенки которых обработаны э.аким способом, называются сферопластами (из-за сферической формы, которую приобретают бактерии в результате такой обработки).
Сферопласты не способны к нормальному росту, однако они могут быть инфицированы молекулами ДНК, выделенной из фагов фХ!74 и )ч и производить полноценные фаговые частицы. Такие эксперименты показывают, что именно ДНК, а не белок является наследственным материалом бактериофагов. Таким образом, уже в результате первых исследований стало ясно, что именно нуклеиновые кислоты являются носителем наследственности во всех организмах.
Два типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК вЂ” выполняют генетические функции во всех прокариотических и эукариотических клетках. Однако вирусы содержат лишь тот или иной тип нуклеиновых кислот. Химический состав и строение нуклеиновых кислот Основная структурная единица нуклеиновых кислот-нуклеотид. Нуклеотид состоит из трех химически различных частей, соединенных ковалентными связями (рис. 4.8).
Первая часть — это содержащий пять атомов углерода сахар: дезоксирибоза в ДНК и рибоза в РНК. Вторая 4. Природа генетического материала 101 часть †пуринов нли циримидиновое азотистое основание, ковалентно соединенное с первым атомом углерода сахара, оно формирует структуру, называемую нуклеозидом. ДНК содержит пуриновые основания— аденин (А) и гуанин (С)- и пиримидиновые основания †цитоз (С) и тимин (Т); соответствующие нуклеозиды называются дезоксиаденозин, дезаксигуанозин, дезоксицитидин и дезокситимидии. РНК содержит те же пуриновые основания, что и ДНК, а также пиримидин иигиозигь но вместо тимина в ее состав входит урацнл ((1); соответствующие нуклеозиды называются аденозин, гуанозин, цитидин и уридин.
Третью часть нуклеотида составляет фосфатная группа; фосфатные группы соединяют соседние нуклеозиды в полимерную цепочку посредством фосфодиэфирных связей между 5'-атомом углерода одного сахара и Зчатомом углерода другого (рис. 4.8,Б и В).
Нуклеотидами называются нуклеозиды с одной или несколькими фосфатными группами, присоединенными эфирными связями к Зч или 5чатомам углерода сахара. Синтез нуклеотидов предшествует синтезу нуклеиновых кислот, н соответственно нуклеотиды являются продуктами химического или ферментативного гидролиза нуклеиновых кислот. Нукленновые кислоты — это очень длинные полимерные цепочки, состоящие из мононуклеотидов, соединенных 5' 3'-фосфодиэфирными связями. Интактная молекула РНК содержит от 100 до 100000 н более нуклеотидов.
Интактная молекула ДНК содержит в зависимости от вида организмов от нескольких тысяч до многих миллионов нуклеотндов. В те времена, когда Эвери, Мак-Леод и Мак-Карти ставили свои эксперименты на ДНК пневмокохков, считалось, что структура молекул ДНК относительно проста и представляет собой определенную тетрануклеотидную последовательность, например рАРСрСрТон, многократно повторенную, так что она образует полимер вида (рАРСРСрТ)„. Таким образом, казалось, что ДНК не обладает сложностью, необходимой для того, чтобы служить веществом наследственности.
Последующие химические исследования Эдвина Чаргаффа по составу ДНК многих различных организмов убедили научную общественность в том, что ДНК в действительности обладает сложностью, необходимой для передачи наследственной информации. Исследования Чаргаффа показали, что состав оснований в ДНК различен у различных видов организмов. Это наблюдение исключило возможность того, что все молекулы ДНК состоят из одинаковых тетрануклеотидов. Исследования Чаргаффа выявили также одну замечательную особенность, присущую всем молекулам ДНК: малярное содержание аденнна равно содержанию тимина, а малярное содержание гуанина-содержанию цитозина.
Эти равенства называются правилами Чаргаффа [А1= [Т1, [С1 = [С1; количество пуринов равно количеству пиримидинов. В зависимости от видовой принадлежности меняется лишь отношение ([А1 4 + [Т~)/([С~ + [С1) (табл. 4.1). Наблюдения Чаргаффа показали, что молекула ДНК может быть устроена много сложнее, чем предполагали до того, поскольку в соответствии с полученными им данными молекулы ДНК могли представлять собой самые различные последовательности оснований. Вскоре после работ Чаргаффа Уозсоы и Крик фактически показали, что правила Чаргаффа не накладывают никаких ограничений на возможное число различных последовательностей оснований, которые могут образовывать молекулы ДНК.
Организация и передача ге><етичеекого материала 102 Н Н О н,с н !. ~ Сахар - пезоксирнбсзе Нукпеотид Деэокситимипин 5 фосфат Сахар - пеэоксирибозз Дсзоксиаденозин.5 .фосфзт Дезоксигузноэин ! Нукпеозю Пуриноасе основание в гузнин О Н Н Сахар пеык иригмэз ~ — — — Нукнеот ид Дезоксинззтидин 5 фосфзт Сахар — дсзоксирибоза Нуюкотид— Дезоксигузнозин-5 .фосфат Рис. 4.8.
А. Нуклео- тиды — зто единицы, из которых построены иу- клеииовые кислоты. Обратите внимание иа нумерацию атомов углерода и азота в пу- рииовом и пиримили- иовом кольцах. Атомы углерода сахара иуме- руютсв отдельно с ис- пользованием гптрихо- ванных цифр. Б и В. Обратиге внимание иа сходство и различие полимеров ДНК и РНК. А Дезоксиаценазин ! Г Нукпеозид — — — 1 Пуриноное основание — еаенин Цеэокситимидин Нукпсозид Пиримидиновое осноыние . птмин Дезоксицитидин — Нукпеозид Пиримидин зное оснонеии цитозин Н и 4.
Лрирода генетического материала зин ,! 3 -конец 5 -конец О= Р— Π— См о о н„с й н 5 -конец ~ и Тимин о ! О=Р— О ! о о н 104 Таблица 4.1. Состав оснований ДНК различных организмов Аснм- матрна Сосгаа осноааннй )моль '~'„) Отношение ссноааннй Организмы А О С Т А)т сз)с Рн/Ру А ет О -ь С 29,4 28,3 29,2 27,9 29,1 47,3 32,! 29,3 19,9 19,8 21,4 21,0 20,5 21,5 22,0 21,3 20,8 20,4 2,7 2,7 17,7 17,3 20,5 20,7 1,05 1,00 1,03 1,02 1,02 0,95 1,05 1,03 1,02 1,02 1,00 1,00 1,02 1,02 1,00 1,00 1,04 1,52 1,03 1.36 0,97 1,38 1,00 1,31 1,02 1,43 1,00 17,50 1,02 1,58 1,00 1.41 22,7 22,8 187 171 25,1 25,0 27,1 32,9 24,9 1 00 1,19 1,00 1,79 1,00 1,00 1,01 1,00 0,95 1,09 1,00 1,00 1,04 1.01 1,05 1,11 1,01 1,09 1,ОО 1,00 1,08 1,00 1,03 1,0'! 1,04 1,00 1,04 26,0 25,7 21,0 19,0 14,0 12,8 29,0 28,9 37,1 37,1 23,6 29,2 36,3 21,1 12,4 0,93 1,50 2,70 0,72 0,35 1,00 1,08 1,00 0,79 0.95 1,34 1,00 1,18 24,0 24,0 28,6 27,2 24,1 18,5 22,3 22,3 1,00 1,00 0,92 1,05 0,75 1,30 1,00 1,00 26,0 22,9 32,7 26,4 По Ьейп!пдег 4 д !1975).
ВюсЬсннатгу, 2на сй, %огзь РнынЬега, Неа. уогх. Модель структуры ДНК Уотсона-Крика В 1953 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили модель структуры ДНК, которая с тех пор многократно проверялась и признана правильной в целом и во многих деталях. Их модель основывалась на четырех группах ланных )рис. 4.9); 1. ДНК представляет собой полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных 3'-5сфосфодиэфирными связями, 2.
Состав нуклеотидов в ДНК подчиняется правилам Чаргаффа. 3. Рентгенограммы волокон ДНК, впервые полученные Морисом Уилкинсом и Розалиндой Франклин, указывают на то, что молекулы обладают спиральной структурой н содержат более одной полннуклеотидной цепи. 4. Кислотно-щелочное титрование нативной ДНК показывает, что ее структура стабилизируется водородными связями. Титрование и нагревание натнвной ДНК вызывают заметные изменения ее физических Животные Человек 30,9 Овца 29,3 Курица 28,8 Черепаха 29.7 Лосось 29,7 Морской краб 47,3 Морской еж 32,8 Саранча 29,3 Растения Зародыш пшеницы 27,3 Дрожжи 31,3 Гриб Азрегд!Виа тдег 25,0 Бактерии Еасйегййш сой 24,7 Ягарбу1ососсна антенн 30,8 С1озтгйшт резус!одеял 36,9 Вгисейа абогть' 21,0 Ваге!па Ьаеа 13,4 Бактернофаз н Т7 26,0 1 21,3 фХ)74 )вирусная форма) 24,6 фХ174 )реплнкатннная форма) 26,3 Организация и пере!)ача генетического материазш 105 4.
Лрирода генетпчегкоао матернала О 5' О= à — Π— СЫ, О Основание ОН 3 -конец Б Мснекуям А — с молекулами Т Молекулы С вЂ” с молекулами С Рнс, 4.9. Наблюдения, использованные Уотсо- ном и Криком при по- строении модели структуры ДНК. аГ. Нуклеотилы связаны 35-5зфосфоднзфнрными связями. Б, Правила Чаргаффа. В. Нагрева- ние приводит к изме- нению физических свойсти нативной ДНК, но не разрывает ковалентные связи (РгоГ. Ауоигюе ГГ.К ИГГАГла, КГпйв Со11ейе, Копс1оп). Нагревание — ви» или гдепочь !Об Н Тимин Н С О С' «С н«н Н Аяеяхн Сахар «С «Н С н н !! ' а С и в О ! !! с — н с р ц н Н С са ' «н с Гранах й О сахар с н с и с О ! и Фс — н С Сахар свойств, в частности вязкости, переводя ее в «денатурированную» форму, причем ковалентные связи не разрушаются.
Чтобы объяснить эти наблюдения, Уотсон и Крик предположили, что природная (нативная) молекула ДНК представляет собой две полимерные цепи попарно соединенных нуклеотидов, закрученные в форме двойной спирали. Сцепление между цепями обеспечивается особыми водородными связями между аденином и тимином и между гуанином и цитозином (рис. 4.!О). Такое попарное сопоставление нуклеотидов, при котором А комплементарен Т, а Са комплементарен С, бьшо выведено с помощью построения молекулярных моделей, на которых точно выдерживались все межатомные расстояния.
Построение молекулярной модели гипотетической двойной спирали также потребовало антипараллельности нуклеотидных цепочек, как это изображено на рис. 4.11. Предположенная специфичность водородных связей между аленином и тимином и между гуанином и цитозином объясняет наблюдавшееся Чаргаффом постоянство отношений А)Т и Са)С и отражает комплементарность цепей двойной спирали. Более того, для любой последовательности оснований возможна равная ей по длине комнлементарная последовательность, составляющая вторую цепь двойной спирали. Конкретная последовательность пар А — Т и Сх — С может быть видоспецифична и не влияет на структуру молекулы ДНК. образующую двойную спирадь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
