Модель уотсона и крика кратко

Обновлено: 05.07.2024

К 1950-м годам ученые не сомневались, что черты живых организмов в основном предопределены до рождения и передаются по наследству. У ребенка есть глаза, потому что глаза были у его родителей, не случаен и цвет глаз, как и склонность к близорукости. Чего исследователи не могли понять, так это где хранится вся эта информация. Долгое время считалось, что носитель — белки с их сложной структурой, которые обеспечивают все многообразие жизни. Но к середине 1940-х главной подозреваемой стала ДНК, огромная — у человека ее длина составляет порядка двух метров — молекула, обнаруженная почти во всех типах клеток.

ДНК была открыта еще в 1869 году швейцарцем Иоганном Фридрихом Мишером, но тот не придал находке большого значения: его интересовало строение белых кровяных телец.

Кто разгадает первым

Обнаружить ДНК — дело нехитрое, и сделать это может любой человек, ученым быть не обязательно. Нужно аккуратно поскрести зубочисткой по внутренней стороне щеки, прополоскать рот водой или физраствором, чтобы смыть клетки эпителия, и сплюнуть в пробирку. Сверху нужно добавить немного мыльного раствора, а потом спирта. Вскоре в пробирке проступят белые нити — это и есть молекулы ДНК, вытекшие из клеток с растворенными оболочками.

Когда в октябре 1951 года Уотсон начал работать с Фрэнсисом Криком в одном кабинете в Кембриджском университете, о ДНК было известно, что она состоит из четырех повторяющихся кирпичиков-оснований с сахаром и остатком фосфорной кислоты, причем аденина в ней столько же, сколько тимина, а гуанина — как цитозина. Но каким образом связаны эти составляющие, ученые понятия не имели.

Только предполагалось, что ДНК напоминала спираль, точнее, винт, но двойной ли, тройной или какой-нибудь другой, как в нем располагались основания, как эта структура могла хранить и воспроизводить наследственную информацию, если вообще могла, — все это оставалось загадкой. Познакомившись, Уотсон и Крик быстро поняли, что хотят вместе ее разгадать.

Кроме Уотсона и Крика структуру ДНК пытались выяснить еще две группы ученых. В Лондоне Морис Уилкинс и Розалинд Франклин, постоянно ругаясь, всматривались в рентгеновские снимки кристаллизованных молекул, а в Калифорнийском технологическом институте над загадкой жизни бился знаменитый химик Лайнус Полинг, который до этого первым определил строение компонентов белков.

За исследования химических связей в 1954 году ему присудят Нобелевскую премию. На его фоне Крик и Уотсон выглядели случайными прохожими: первый был по образованию физиком и только за четыре года до того переключился на биологию, а второму исполнилось всего 23 года. Правда, к тому времени у Уотсона уже была докторская степень.

Первая модель ДНК, разработанная Уотсоном и Криком, состояла из трех цепочек с фосфатными остовами в середине. Когда модель показали Франклин, та подняла коллег на смех: она была уверена, что остатки фосфорной кислоты должны располагаться с внешней стороны молекулы, а не в центре. Начальник Уотсона и Крика — Лоуренс Брэгг — так разозлился из-за этой неудачи, что запретил им дальше заниматься ДНК.

Еще не все пропало

Однако спустя год Брэгг поменял свое решение. В его лаборатории работал сын Лайнуса Полинга, который рассказал, что отец создал свою модель ДНК. В Брэгге взыграло самолюбие.

Они с Полингом были крупнейшими в мире специалистами в своей области, но американец первым определил строение и больших неорганических молекул, и белковой альфа-спирали. Брэгг был — и остается до сих пор — самым молодым лауреатом Нобелевской премии по физике, которую ему и его отцу вручили еще в 1915 году. Но с конца 1920-х он вечно оставался позади Полинга.

Через месяц в Кембридже раздобыли еще не опубликованную статью Полинга с описанием модели. Ко всеобщему удивлению, ДНК в ней представала тройной спиралью с фосфатными остовами в центре, как за год до того предлагали Крик и Уотсон. В автобиографии Уотсон вспоминал: "Пока Френсис поражался новаторскому подходу Полинга к химии, я начал дышать спокойнее. К этому моменту я знал, что мы все еще в игре".

По рассказам Уотсона, он приезжал в Лондон, чтобы обсудить статью Полинга с Франклин, но та не разделила его энтузиазм и сказала, что молекула ДНК не может быть спиральной. Возможно, Уотсон приврал: в лабораторном журнале Франклин сохранились более ранние записи о том, что одна из двух форм ДНК может представлять собой именно спираль. Со слов Уотсона, этот случай стал последней каплей для работавшего с Франклин Мориса Уилкинса. Ее упрямство так надоело, что он в сердцах достал из ящика рентгеновский снимок ДНК и показал его Уотсону. У того отпала челюсть.

Квадратная пластинка размером всего несколько сантиметров вошла в историю как "Фотография 51". Чтобы сделать этот кадр, Франклин положила вытянутый в нить и кристаллизованный образец человеческой ДНК в специальную камеру, где рентгеновские лучи больше 60 часов отскакивали от него на пленку, формируя изображение — полосатый крест. Для Уотсона этот крест стал очевидным доказательством того, что ДНК состоит из двух закрученных цепочек. Франклин же этого не разглядела.

Красота — в простоте

Теперь ученые были уверены в спиралевидной форме молекулы. Но им еще нужно было объяснить, как в ДНК связаны кирпичики-основания с двух разных цепочек, — черные пятна на "Фотографии 51". Для этого Уотсон по-разному переставлял структурные формулы этих кирпичиков, но результата не было. А потом американский химик Джерри Донохью показал ему свежую статью, где были описаны немного другие формулы кирпичиков ДНК.

Несколько дней Уотсон и Крик обдумывали новую модель, а 21 февраля 1953-го Уотсон догадался, что аденин из одной цепочки соединяется только с тимином из другой, а цитозин — с гуанином. В таком случае молекула ДНК напоминает равномерно закрученную лестницу с краями из сахара, остатка фосфорной кислоты и с параллельными ступенями одинаковой длины. Эти сочетания объяснили, почему в любой молекуле ДНК содержится одинаковое количество аденина с тимином и цитозина с гуанином. Наконец, если у каждого кирпичика есть только одна пара, то молекула может разделиться пополам и образовать две копии с той же генетической информацией. Ученых поразило, каким простым и красивым оказалось объяснение.

"Мы разгадали тайну жизни!", — ставшую знаменитой фразу Фрэнсис Крик произнес в своем любимом баре в Кембридже, где они с Уотсоном праздновали открытие. Впрочем, до всеобщего признания было еще далеко.

Новая загадка жизни

Первым делом выкладки показали Уилкинсу и Франклин. Те два дня сопоставляли их с рентгеновскими снимками и не нашли противоречий. В марте черновик статьи с описанием модели послали Полингу. Он похвалил коллег, но не понял, почему они отбросили гипотезу о тройной спирали. Для Полинга все встало на свои места, только когда он приехал в Кембридж и увидел фотографии Франклин.

В апреле статья Крика и Уотсона вышла в Nature вместе с текстами Уилкинса и Франклин. В 1962 году Уотсону, Крику и Уилкинсу присудили Нобелевскую премию. Франклин умерла в 1958 году и осталась без награды. В последующие десятилетия другие ученые создали трехмерные компьютерные модели, расшифровали ДНК человека и других видов, а в последние годы научились редактировать записанные в ДНК гены. Возникла новая загадка — что станет с жизнью, если теперь ее программирует человек.

ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар — дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований — пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин).

Особенностью структурной организации ДНК является то, что ее молекулы включают две полинуклеотидные цепи, связанные между собой определенным образом. В соответствии с трехмерной моделью ДНК, предложенной в 1953 г. американским биофизиком Дж. Уотсоном и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком, эти цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Аденин одной цепи соединяется двумя водородными связями с тимином другой цепи, а между гуанином и цитозином разных цепей образуются три водородные связи. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь двух цепей и сохранение равного расстояния между ними на всем протяжении.

Рис. 3.4. Схема строения молекулы ДНК

Стрелками обозначена антилараллельность целей

Другой важной особенностью объединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность: 5'-конец одной цепи соединяется с 3'-концом другой, и наоборот (рис. 3.4).

Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм, длина шага — 3, 4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов.

Чаще всего двойные спирали являются правозакрученными — при движении вверх вдоль оси спирали цепи поворачиваются вправо. Большинство молекул ДНК в растворе находится в правозакрученной — В-форме (В-ДНК). Однако встречаются также левозакрученные формы (Z-ДНК). Какое количество этой ДНК присутствует в клетках и каково ее биологическое значение, пока не установлено (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Пространственные модели левоэакрученной Z-формы (I)

и правозакрученной В-формы (II) ДНК

Таким образом, в структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру —полинуклеотидную цепь, вторичную структуру—две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру — трехмерную спираль с приведенными выше пространственными характеристиками.

Рис. 3.4. Схема строения молекулы ДНК

Стрелками обозначена антилараллельность целей

Рис. 3.5. Пространственные модели левоэакрученной Z-формы (I)

и правозакрученной В-формы (II) ДНК

Модель уотсона и крика днк

Модель уотсона и крика днк открыта в 1953 году и имеет свои особенности. Она состоит из двух цепей (пуриновые основания напротив пиримидина), которые удерживаются вместе водородными связями. Гуанин в паре с цитозином соединяется тремя водородными связями, а аденин образует пару с тимином двумя водородными связями, при этом наблюдается анти-параллельная ориентация двух цепей.

ДНК состоит из двух цепей повторяющихся нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов. Эти компоненты – фосфатная группа, 2-дезоксирибоза сахара, азотсодержащие основания (цитозин, аденин, гуанин, тимин).

Молекула ДНК, описанной Уотсон и Крик была в форме B. В настоящее время известно, что ДНК может существовать в нескольких других формах. Основное различие между формами есть направление спирали. А, В, С = правые спирали, Z = левые спирали (находится в пробирке под высоким содержанием соли).

В – это основная форма, которая находится в клетке. Z-ДНК изначально можно найти только в условиях высокого содержания соли, но клеточной среде низкое содержание соли. Тогда возникает вопрос, существует ли тип Z при клеточных условиях. Несколько параметров было обнаружено, при которых Z-ДНК может стабилизироваться в условиях низкого содержания соли: это переменные пуриновые / пиримидиновые участки, поли GC или поли AT участки и участки 5-метил-цитозина.

Так как оба эти условия могут существовать в клетке, можно предположить, что участки Z-ДНК могут на самом деле существовать в клетке вместе с другими участками B-ДНК. В дополнение к направлению молекула имеет несколько других различий между различными формами ДНК.

Научные цели Найти секрет жизни! ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) говорит твоему телу, как ему расти.

Как Они изучали рентгеновские снимки молекулы и делали модели различных вариантов ее строения. Потом ученые определили, какая модель больше всего соответствует расплывчатым контурам на снимках.

Результаты Крик и Уотсон выяснили, как ДНК управляет ростом организма и позволяет живым организмам при помощи генов передавать свои особенности — внешний вид, поведение — потомкам.

Вклад в науку Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона

Открыли похожую на винтовую лестницу структуру ДНК, которую w назвали двойной спиралью;
Помогли найти новые методы лечения болезней, вызванных генетическими дефектами.

Открыли ли Уотсон и Крик подлинную структуру ДНК?

Сегодня мы можем изменять последовательности ДНК животных и получать новых существ вроде этой мыши, что светится в темноте!

Гонка за ДНК

Разгадав структуру молекулы ДНК, Крик и Уотсон обошли другого известного исследователя, Лайнуса Полинга. За несколько недель до их триумфа Полинг ошибочно объявил о своей победе.

1951 г. сентябрь Крик и Уотсон приступают к работе в Англии, Полинг начинает такой же проект в США.
1951 г. ноябрь Розалинд Франклин представляет работу о рентгенограммах ДНК. Среди слушателей — Уотсон.
1952 г. май Франклин делает самый четкий за все время рентгеновский снимок ДНК, но не придает ему значения.
1953 г. январь Полинг отсылает сыну в Лондон статью со своими идеями насчет ДНК.
1953 г. январь Уотсон читает статью Полинга и понимает, что тот близок к открытию.
1953 г. январь Коллега Франклин без ее ведома дает Уотсону четкий снимок ДНК.
1953 г. февраль Полинг публикует свою статью, но Крик, Уотсон и Франклин считают, что модель Полинга неверна
1953 г. февраль Крик и Уотсон уверены в своей правоте. Они публикуют анонс статьи.
1953 г. март Крик и Уотсон заканчивают изготовление модели.

В 1962 году Крик и Уотсон разделили со своим коллегой Морисом Уилкинсом Нобелевскую премию за работу над ДНК. Розалинд Франклин получила заслуженное признание за свой вклад в открытие лишь после смерти.

Читайте также: