Схема строения нуклеотида ДНК

В каждой цепи нуклеотиды соединяются между собой ковалентными связями: дезоксирибоза одного нуклеотида соединяется с остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида. Две цепи объединяются в единую молекулу водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеотидов, образующих разные цепи. Пространственная конфигурация азотистых оснований различна (один цикл у пиримидиновых и два цикла у пуриновых) и количество таких связей между разными азотистыми основаниями неодинаково. Вследствие этого они могут соединяться только попарно: А – Т(2 вод. связи) и Г – Ц (3 вод. связи)

В тетрадь Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов, в результате чего формируются пары А – Т; Г – Ц, называется комплементарностью.

модель ДНК. Цепи нуклеотидов образуют правозакрученные объемные спирали по 10 оснований в каждом витке. Последовательность соединения нуклеотидов одной цепи противоположна таковой в другой, т.е. цепи, составляющие одну молекулу ДНК, разнонаправлены. Сахаро–фосфатные группировки нуклеотидов находятся снаружи, а азотистые основания внутри. Цепи, закрученные друг относительно друга, а также вокруг общей оси, образуют двойную спираль. Такая структура молекулы поддерживается в основном водородными связями.

Структуру нуклеиновых кислот впервые установили амер. биолог Джеймс Уотсон и англ. физик Френсис Крик с помощью англ. биофизика Мориса Уилкинса. Сделать это было не просто. А о том, как открытие свершилось, нам расскажет Наташа Трухина, которая, как будущий медик, интересуется материальными основами наследования.

Доклад «История открытия структуры ДНК»

В 1953 году в одном из номеров 171-го тома «При­роды» было напечатано краткое,- как и все «письма к редактору», сообщение «О макромолекулярной струк­туре дезоксирибонуклеиновой кислоты». Под заметкой стояли два имени: Ф. Г. К. Крик и Дж. Д. Уотсон. Но именно благодаря этой небольшой — меньше страницы — статье оба имени сразу же стали изве­стны всем ученым, интересовавшимся проблемами на­следственности или нуклеиновыми кислотами.

Попытки расшифровать строение молекулы ДНК с помощью рентгеноструктурного анализа начались еще в первой половине 40-х годов, но снимки выхо­дили столь невразумительными, что сделать по ним какие-либо определенные выводы было невозможно. Однако на сей раз англичанину Уилкинсу с группой сотрудников после долгих трудов удалось сделать от­личнейшие фотографии. Но расшифровать их они не могли. Отличные специалисты по изготовлению рентгеноструктурных снимков, они не были большими ав­торитетами в их расшифровке. И не удивительно: та­кова степень специализации теперешней науки. Рас­шифровку снимков суждено было сделать Уотсону и Крику.

Как же выглядит, по их представлениям, молеку­ла ДНК? Скорее всего ее можно сравнить с лестни­цей-стремянкой, закрученной в спираль. Мы уже го­ворили, что нуклеиновые кислоты построены из нуклеотидов, а каждый нуклеотид состоит из трех частей: сахара, фосфата и основания. Нуклеотиды соединены в длинные цепи таким образом, что основной хребет этой цепи состоит из чередующихся молекул сахара и фосфата, а основания торчат в стороны. Если про­должить наше сравнение с лестницей, то ее стойки представляют собой сахарофосфатные цепи, а основа­ния двух цепей соединены друг с другом, образуя пе­рекладины. Так в общих чертах построена молекула

ДНК.

Но самое интересное заключается в другом. Рентгеноструктурный анализ не только показал, что ДНК представляет собой двойную спираль, но дал также диаметр спирали, расстояние между ее витками — словом, все точные размеры. Между тем химики к то­му времени уже хорошо знали, как отдельные атомы, входящие в ДНК, соединены друг с другом. Нужно было химические данные привести в соответствие с рентгеноструктурными.

Если бы они сошлись, это бы говорило, что строе­ние ДНК описано верно; если были бы расхождения, это бы свидетельствовало, что модель не соответству­ет истине. А вогнать все атомы в «лесенку» — зада­ча не такая простая. Атомы могут вступать в химиче­скую связь, только находясь на вполне определенном расстоянии друг от друга, а химические связи должны образовывать вполне определенные углы. Таковы за­коны строения вещества. И природа требует выполне­ния своих законов. Расстояния и углы могут коле­баться лишь в очень узких границах.

Крик и Уотсон -стали располагать атомы в своей «лесенке» в соответствии с законами природы. Внача­ле все шло нормально. В «стойки лестницы» все ато­мы вписывались хорошо, а вот когда дело дошло до «перекладин», получилась крупная загвоздка.

Здесь нам снова придется вернуться к химии. Как мы уже знаем, основания в ДНК четырех разных сор­тов. Формулы их довольно сложны, и подробно рас­сматривать их не обязательно. Важно то, что у этих оснований разные размеры. Два из них, тимин и цитозин (сокращенно их обозначают первыми буквами — Т и Ц), относятся к группе так называемых пиримидинов и отличаются сравнительно небольшой величиной. Два других — аденин (А) и гуанин (Г) относят­ся к пуринам и по размерам почти вдвое превосходят своих пиримидиновых собратьев.

В греческой мифологии существует страшный рас­сказ о разбойнике Дамасте по прозвищу Прокруст («Вытягиватель»), который жил возле большой до­роги у переправы через реку Кефис. Он ловил путни­ков и укладывал на свою кровать. Если ложе оказы­валось слишком длинным для пленника, Прокруст растягивал его, ломая кости, а если оно было коро­че, чем его гость, то разбойник отрезал излишки. Как известно, справиться с ним удалось только славному сыну Посейдона и Этры знаменитому Тезею. До сих пор часто употребляют выражение «прокрустово ложе», когда говорят об искусственной подгонке под не­соответствующую мерку.

Двойная спираль оказалась поистине прокрусто­вым ложем для пуринов и пиримидинов. Каждую «пе­рекладину лесенки» нужно было соорудить из пары оснований, соединенных друг с другом. Но оказа­лось, что почти ни одна из пар не подходила для этой цели. Два пурина («черные масти») не влезали внутрь спирали, а два пиримидина («красные») ока­зывались так далеко друг от друга, что между ними не могла образоваться химическая связь. Только если брали один пурин и один пиримидин, то размеры их в точности соответствовали диаметру спирали. Но и здесь в половине случаев те атомы, которые должны были соединиться, оказывались на разных концах мо­лекулы и не могли образовать химическую связь. Только две пары удовлетворяли всем требованиям: А и Т («пики» и «черви») и Г и Ц («трефы» и «буб­ны»). Это могло бы показаться неправдоподобным, если бы не совпадало с данными химиков. В опытах Андрея Николаевича Белозерского и Э. Чаргафа, о которых мы уже рассказывали, было установлено, что во всех образцах ДНК А ровно столько же, сколько Т, а Г столько же, сколько Ц. Несмотря на трудности, все сошлось. Крик и Уотсон убедились в том, что они правы.

Слово учителя.

Модель строения молекулы ДНК, предложенная У. и К., полностью

подтвердилась экспериментально.

Благодаря своей спиральной структуре молекулы ДНК компактны. Если бы размотать всю ДНК, содержащуюся в ядре клетки млекопитающего, мы получили бы нить длинной – 2 метра.

Спираль – самая распространенная форма во Вселенной, от атомов до галактик, т.к. обеспечивает компактную упаковку.

В эукариотических клетках ДНК находится в ядре, митохондриях и пластидах.

3. Репликация ДНК.

Молекула ДНК обладает уникальной способностью к самовоспроизведению (к удвоению). Удвоение ДНК – репликация. Под влиянием ферментов водородные связи между азотистыми основаниями рвутся и молекула «расплетается». Две цепи расходятся и вдоль каждой образуются новые, согласно принципу

комплементарности. В результате из одной молекулы ДНК получаются две абсолютно идентичные, только дочерние состоят из одной старой цепи и одной новой.

Таким образом, ДНК передает, хранящуюся в ней информацию о структуре белковых молекул.

4. РНК – рибонуклеиновая кислота.

РНК, так же, как и ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, близкие к нуклеотидам ДНК.