Тонкий пристрій ДНК, Частина I
Навігація: Початок Зміст Інші книги
Тонкий пристрій днк
Щоб подальша розповідь була більш зрозумілою для читача, розглянемо спочатку докладніше, як же влаштована ця дивна та загадкова молекула ДНК.
Отже, ДНК складається з 4-х азотистих основ, а також цукру (дезоксирибози) та фосфорної кислоти. Дві азотисті основи (скорочено званих Ц і Т) відносяться до класу так званих піримідинових основ, а два інших (А і Г) - до пуринових основ. Такий поділ пов'язаний з особливостями їх структур, що показані на рис. 1.
Мал. 1. Структура азотистих основ (елементарних «літер»), з яких побудовано молекулу ДНК
Окремі основи пов'язані в ланцюжку ДНК цукрово-фосфатними зв'язками. Ці зв'язки зображені на малюнку (рис. 2).
Мал. 2. Хімічна структура ланцюга ДНК
Мал. 3. Схема взаємодії двох комплементарних ланцюгів у молекулі ДНК
Два полімерні ланцюги закручені в правильну подвійну спіраль. Вони утримуються разом за допомогою водневих зв'язків між парами основ (А - Т і Г - Ц) подібно до сходів. З цієї причини кажуть, що два ланцюги ДНК є комплементарними. Для природи це не дивно. Відомо багато прикладів комплементарності. Комплементарні, наприклад, давньокитайські символи «інь» та «янь», гнізда розетки та штирі вилки.
Подвійна спіраль ДНК схематично зображено на рис. 4. Зовні вона нагадує мотузяні сходи, завиті в праву спіраль. Сходами в цих сходах є пари нуклеотидів, а «боковинки», що їх пов'язують, складаються з цукрово-фосфатного кістяка.
Мал. 4. Знаменитаподвійна спіраль ДНК а - Рентгенограма ДНК, отримана Р. Франклін, яка допомогла Вотсону та Крику знайти ключ до двоспіральної структури ДНК; б - Схематичне зображення двоспіральної молекули ДНК
Так було відкрито знамениту «подвійну спіраль». Якщо послідовність ланок (нуклеотидів) в ДНК розглядати як первинну структуру, то подвійна спіраль — це вже вторинна структура ДНК. Запропонована Вотсоном і Криком модель «подвійної спіралі» витончено вирішувала як проблему кодування інформації, а й подвоєння (реплікації) гена.
У 1962 році Дж. Вотсон, Ф. Крік і Моріс Уілкінс отримали гідно за це досягнення Нобелівську премію. А ДНК було названо найголовнішою молекулою живої природи. У всьому цьому, звичайно ж, відіграли свою роль точні відомості про будову ДНК, але не меншою мірою і «провидницькі» побудови складної просторової структури, що вимагало від дослідників не лише логіки, а й творчої уяви — якості, властивої художникам, письменникам і поетам. «Тут, у Кембриджі, сталася, можливо, найвидатніша після книги Дарвіна подія в біології — Вотсон і Крик розкрили структуру гена!» — писав тоді Копенгаген Нільсу Бору його колишній учень М. Дельбрюк. Відомий іспанський художник Сальвадор Далі після відкриття подвійної спіралі сказав, що це для нього стало доказом існування Бога і зобразив ДНК на одній зі своїх картин.
Отже, інтенсивний мозковий штурм, зроблений вченими, завершився повним успіхом! В історичному масштабі відкриття структури ДНК можна порівняти з відкриттям структури атома. Якщо з'ясування будови атома призвело до появи квантової фізики, відкриття структури ДНК дало початок молекулярної біології.
Якими виявилися головні фізичні параметри ДНКлюдину - цієї головної його молекули? Діаметр подвійної спіралі дорівнює 2 нанометрам (1 нм = 10-9 м); відстань між сусідніми парами основ («сходинками») становить 0,34 нм; один поворот спіралі складається з 10 пар основ. Послідовність пар нуклеотидів у ДНК нерегулярна, але самі пари укладені в молекулі як у кристалі. Це дало підставу характеризувати молекулу ДНК як лінійний аперіодичний кристал. Число окремих молекул ДНК у клітині дорівнює числу хромосом. Довжина такої молекули у найбільшій за розміром хромосомі 1 людини становить близько 8 см. Подібних гігантських полімерів поки що не виявлено ні в природі, ні серед штучно синтезованих хімічних сполук. Людина довжина всіх молекул ДНК, які у всіх хромосомах одній клітині, становить приблизно 2 метри. Отже, довжина молекул ДНК у мільярд разів більша за їх товщину. Так як організм дорослої людини складається приблизно з 5х1013 - 1014 клітин, то загальна довжина всіх молекул ДНК в організмі дорівнює 1011 км (це майже тисячу разів більше відстані від Землі до Сонця). Ось така вона, сумарна ДНК лише однієї людини!
Але не слід думати, що геном людини найбільший із усіх, що існують у природі. Наприклад, у саламандри та лілії довжина молекул ДНК, що містяться в одній клітині, у тридцять разів більша, ніж у людини.
Оскільки молекули ДНК мають гігантський розмір, їх можна виділити та побачити навіть у домашніх умовах. Ось як описується ця проста процедура у рекомендації для гуртка «Юний генетик». По-перше, треба взяти будь-які тканини тварин чи рослинних організмів (наприклад, яблуко чи шматок курки). Потім треба нарізати тканину на шматочки і покласти 100 г у звичайний міксер. Після додавання 1/8 чайної ложки солі і 200 мл холодної води вся суміш збивається на міксеріпротягом 15 секунд. Далі збита суміш проціджується через ситечко. В отриману м'якуш треба додати 1/6 від її кількості (це буде приблизно 2 столові ложки) миючого засобу (для посуду, наприклад) і добре розмішати. Через 5–10 хвилин рідина розливається по пробірках або будь-яким іншим скляним ємностям, щоб у кожній із них було заповнено не більше третини об'єму. Потім до неї додається трохи або сік, вичавлений з ананаса, або розчин, що використовується для зберігання контактних лінз. Весь вміст струшується. Робити це треба дуже обережно, оскільки якщо трясти занадто сильно, то гігантські молекули ДНК зламаються і після цього нічого не можна буде побачити очима. Далі в пробірку повільно вливається рівний об'єм етилового спирту, щоб утворив шар поверх суміші. Якщо після цього покрутити в пробірці скляною паличкою, на неї «намотується» в'язка і майже безбарвна маса, яка і є препаратом ДНК.