Открытие двойной спирали ДНК

С работ Эвери началось энергичное изучение ну­клеиновых кислот. Впечатление, что нуклеиновые кис­лоты представляют собой мелкие молекулы, создава­лось потому, что ранние методы их выделения были достаточно грубы и расщепляли молекулу на более мелкие фрагменты. Более тонкие методы показали, что молекулы нуклеино­вой кислоты крупнее да­же самых больших моле­кул белка.

Американский биохи­мик Эрвин Чаргафф расщепил моле­кулу нуклеиновой кисло­ты и подверг ее фрагмен­ты хроматографическому разделению на бумаге. В конце 40-х годов он по­казал, что в молекуле ДНК число пуриновых групп равно числу пиримидиновых. А если гово­рить конкретно, то число групп аденина (пурин) равно числу тиминовых (пиримидин), в то время как количество групп гуанина (пурин) равно числу цитозиновых (пиримидин). Это можно выразить так: А=Т и Г=Ц.

Английский физик Морис Уилкинс в на­чале 50-х годов применил к изучению ДНК метод дифракции рентгеновских лучей. Его коллеги по Ке­мбриджскому университе­ту английский биохимик Фрэнсис Крик и американский биохимик Джеймс Уотсон попыта­лись представить структу­ру молекулы так, чтобы она обьясняла данные Уилкинса. Незадолго до этого Полинг выдвинул гипотезу винтообразного спи­ралевидного строения белков. Крику и Уотсону показа­лось, что молекула ДНК, построенная по винтообраз­ной спирали, соответствовала бы данным Уилкинса.

Однако им пришлось допустить существование двойной винтообразной спирали, чтобы объяснить так­же и данные Чаргаффа. Образно они представляли себе молекулу состоящей из двух сахаро-фосфатных скелетов, извивающихся вокруг общей оси и создаю­щих цилиндрическую форму молекулы. Внутрь, к цен­тру цилиндра, ответвляются пурины и пиримидины. Для сохранения одинакового диаметра на всем про­тяжении цилиндра крупные молекулы пуринов дол­жны примыкать к мелким молекулам пиримидинов, то есть А к Т, Г к Ц, что и объясняет данные Чар­гаффа.

Более того, возникает приемлемое объяснение ос­новных стадий митоза, удвоения хромосом и близкого к этой проблеме механизма репродуцирования вируса в клетке. Каждая молекула ДНК образует отпечаток самой себя (реплику) следующим образом: оба саха­ро-фосфатных скелета развертываются, и каждый слу­жит моделью для нового комплекта. В каком бы ме­сте скелета ни находился аденин, из наличных запа­сов клетки выбирается именно молекула тимина, и наоборот. Где бы ни размещалась молекула гуанина, она выбирает именно молекулу цитозина, и наоборот. Таким образом, скелет 1 образует новый скелет 2, в то время как скелет 2 образует новый скелет 1. До­вольно быстро возникают две двойные винтообразные спирали там, где до этого существовала лишь одна. Если молекула ДНК реплицирует себя по всей длине хромосомы (или вируса), то процесс кончается обра­зованием двух идентичных хромосом там, где была только одна. Но не всегда этот процесс протекает до конца вполне гладко. Если какое-либо воздействие на­рушает ход репликации, новая молекула ДНК не­сколько отличается от своего «предка»; в этом случае мы имеем дело с мутацией.

Модель молекулы ДНК, созданная Уотсоном и Криком, увидела свет в 1953 г.