История открытия днк реферат
Обновлено: 05.07.2024
Молекула ДНК имеет форму двойной спирали, и ее воспроизведение основано на том, что каждая цепь двойной спирали служит матрицей для сборки новых молекул.
Сегодня мы знаем, что молекула ДНК является носителем кода, который управляет химизмом всего живого (см. Центральная догма молекулярной биологии), а двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых известных научных символов. Открытие ДНК, как и практически все великие открытия, не было результатом работы одинокого гения, а увенчало собой длинную цепь экспериментальных работ. Так, эксперимент Херши—Чейз продемонстрировал, что носителем генетической информации в клетках является именно ДНК, а не белки. Еще в 1920-е годы американский биохимик родом из России Фибус Левин (Phoebus Levene) (1869–1940) установил, что основные кирпичики, из которых построена ДНК, — это пятиатомный сахар дезоксирибоза (она обозначена буквой Д в слове ДНК), фосфатная группа и четыре азотистых основания — тимин, гуанин, цитозин и аденин (их обычно обозначают буквами Т, Г, Ц и А). В конце 1940-х годов американский биохимик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф (Erwin Chargaff) (р. 1905) выяснил, что во всех ДНК содержится равное количество оснований Т и А и, аналогично, равное количество оснований Г и Ц. Однако относительное содержание Т/А и Г/Ц в молекуле ДНК специфично для каждого вида.
В начале 1950-х годов стали известны два новых факта, пролившие свет на природу ДНК: американский химик Лайнус Полинг (Linus Pauling) (1901–94) показал, что в длинных молекулах, например белках, могут образовываться связи, закручивающие молекулу в спираль, а в лондонской лаборатории Морис Уилкинс и Розалинда Франклин получили данные рентгеноструктурного анализа (основанные на усовершенствованном применении закона Брэгга), позволившие предположить, что ДНК имеет спиральную структуру.
Чтобы лучше представить себе полученные ими результаты, вообразите длинную лестницу. Вертикальные стойки этой лестницы состоят из молекул сахара, кислорода и фосфора. Важную функциональную информацию в молекуле несут ступеньки лестницы. Они состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молекулы — четыре азотистых основания — представляют собой одиночные или двойные кольца, содержащие атомы углерода, азота и кислорода и способные образовывать две или три водородные связи (см. Химические связи) с другими основаниями. Форма этих молекул позволяет им образовывать связи — законченные ступеньки — лишь определенного типа: между А и Т и между Г и Ц. Другие связи возникнуть не могут. Следовательно, каждая ступенька представлена либо А—Т либо Г—Ц. Теперь вообразите, что вы берете собранную таким образом лестницу за два конца и скручиваете — вы получите знакомую двойную спираль ДНК.
Эксперимент Мезельсона—Сталя
***
Фрэнсис Харри Комптон КРИК
Francis Harry Compton Crick, 1916–2004
Джеймс Дьюи УОТСОН
James Dewey Watson, р. 1928
Американский биохимик. Родился в Чикаго, штат Иллинойс. В возрасте 15 лет поступил в университет Чикаго, который окончил четырьмя годами позже. В 1950 году получили докторскую степень доктора в университете штата Индиана за изучение вирусов. Его посещение Кавендишской лаборатории в 1951 году привело к сотрудничеству с Фрэнсисом Криком, которое увенчалось открытием структуры ДНК. Крик и Уотсон поделили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины с Морисом Уилкинсом (Maurice Wilkins) (р. 1916), чьи эксперименты с дифракцией рентгеновских лучей помогли установить двуспиральную структуру ДНК. Розалинда Франклин (Rosalind Franklin) (1920–58), чей вклад в открытие структуры ДНК, по мнению многих, был очень весомым, не была удостоена Нобелевской премии, так как не дожила до этого времени.
В данной работе, я попытаюсь охватить этот весь бурный период времени, насыщенный различными экспериментами, исследованиями Ф.Мишера, Д.Уотсона, Ф.Крика и М.Уилкинса, а также и другими немало важными ученными работавшие в этой области исследования.
Работа содержит 1 файл
Куросвая работа. История изучения ДНК..doc
Изучая истину, можно иметь троякую цель: открыть истину,
когда ищем ее; доказать ее, когда нашли;
наконец, отличить от лжи, когда ее рассматриваем.
Прошло много времени, пока люди узнали, что существует такие вещества как нуклеиновые кислоты, что они содержаться во всех живых организмах от микробов до высших форм жизни. И, наконец, произошло открытие, так в 1869 году швейцарский физиолог, гистолог и биолог Фридрих Мишер открыл ДНК, в начале это вещество получило название нуклеин, а позже когда Мишер, определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота. С момента открытия ДНК, прошло на данный момент времени 142 года. За это время ученые мира добились немалых успехов в изучении ДНК. В период времени от открытия ДНК до открытия ее структуры прошли долгие 84 года. И самым запоминающимся открытием является открытие двойной структуры ДНК, это открытие обязано американскому ученому Д.Уотсону и английским ученым Ф.Крику и М.Уилкинсу.
Но прежде чем, произошли данные открытия, прошло немало времени и исследований в области изучения нуклеиновых кислот.
В данной работе, я попытаюсь охватить этот весь бурный период времени, насыщенный различными экспериментами, исследованиями Ф.Мишера, Д.Уотсона, Ф.Крика и М.Уилкинса, а также и другими немало важными ученными работавшие в этой области исследования.
Литературный обзор
1. Открытие и изучение нуклеина
Я придерживаюсь того мнения, что каждое сложное явление мира
живого может быть понято только путем синтеза сведений, полученных
при изучении менее сложного, а это последнее, в свою очередь,
на основании данных о чем-то еще более простом.
Исследования в области нуклеиновых кислот привели к созданию и бурному развитию ряда новых биологических дисциплин – молекулярной биологии, бионики, биокибернетики, вызвали мощный приток научных сил к исследованиям в биологии.
Так, открытие нуклеиновых кислот связано с именем молодого врача из города Базеля (Швейцария) Фридриха Мишера (рис.1). Его дядя, профессор анатомии Вильгельм Гис (рис.2)., выдающийся ученый и педагог того времени, оказал на молодого Мишера большое влияние. После окончания медицинского факультета Мишер был послан для усовершенствования и работы над диссертацией в Тюбинген (Германия) в физиолого-химическую лабораторию, возглавляемую Ф. Гоппе-Зейлером.
Тюбингенская лаборатория в то время была известна ученому миру. В ней проводились работы по химическому анализу тканей животного организма. Пройдя практику по органической химии, Мишер приступил к работе в биохимической лаборатории. Ему было поручено заняться изучением химического состава гноя. Молодой ученый не возражал против предложенной темы, так как считал лейкоциты, присутствующие в гное, одними из самых простых клеток [1].
Для получения материала пришлось связаться с хирургическим отделением местной больницы, где собирались бинты, снятые с больных при перевязках. Мишер вымачивал бинты в разбавленных солевых растворах, и гнойные клетки (лейкоциты) осаждались на дно сосуда.
Получив гнойные клетки, Мишер выдерживал их в течение некоторого времени в разбавленном солевом растворе. Исходя из опыта лаборатории, он знал, что при этом протоплазма клеток постепенно растворяется. Из нерастворившегося осадка, который, по его представлениям, подтвержденным микроскопическими исследованиями, являлся осадком ядер клеток, Мишер экстрагировал слабым раствором соды вещество, которое выпадало в осадок при нейтрализации. Это вещество не распадалось при действии протеолитических ферментов и содержало большое количество фосфора, не экстрагируемого горячим спиртом [1].
Молодой исследователь сразу понял важность получения нового органического фосфорсодержащего вещества ядерного происхождения. Он был уверен именно в ядерном его источнике. Поэтому Мишер предпринял более тщательное выделение ядер. В то время еще никто в биохимических лабораториях не пытался выделить ядра или какие-либо другие субклеточные компоненты, так что и здесь он был пионером. При микроскопическом наблюдении препарата оказалось, что ядра были загрязнены другими клеточными фрагментами. Чтобы далее их очистить, Мишер стал добавлять в слабый раствор соляной кислоты экстракт из желудка свиньи, содержащий протеолитический фермент пепсин. Полученные таким образом ядра выглядели несколько сжатыми, но были свободны от цитоплазматического загрязнения. Далее он промывал ядра и обрабатывал их горячим спиртом для удаления липидов, затем препарат ядер экстрагировал разбавленным раствором соды и осаждал осадок после нейтрализации раствора добавлением кислоты. Полученный препарат легко растворялся в щелочи. Новое вещество было подвергнуто элементарному анализу
I. 0,1915 г растворимого нуклеина давали 0,1811 Pt=13,47 N. Ядра после выделения не экстрагировали спиртом. В приводимых ниже исследованиях использовались целые ядра, предварительно обработанные горячим спиртом.
П. 0,2278 г давали 0,2378 г Pt=14,60°/o N. По недосмотру некоторое количество хлорида платины разложилось при выпаривании.
III. 0,2545 г давали 0,2518 г Pt=13,99% N.
IV. 0,1862 г давали 0,1810 г Pt=13,97% N.
V. 0,3882 г давали при сжигании с ацетатом калия и селитрой 0,0494 г
BaSO4=2,005% S.
VI. 0,4611 г давали BaS04 0,0598 г=1,78% S.
VII. 0,2453 г давали BaS04 0,0318 г=1,77% S.
VIII. 0,3882 г давали 0,0350 г=5,76% Р205.
XI. 0,4611 г давали 0,0430 г=5,96% Р205.
В наше время, когда исключительная роль нуклеиновых кислот известна каждому, понятно громадное значение пионерской работы Мишера. Но в то время ни он сам, ни Гоппе-Зейлер не имели ясного представления о настоящем значении этих исследований и не могли предвидеть их значение в будущем. Именно поэтому дальнейшее развитие исследований по нуклеину подвигалось медленно. Все это хорошо иллюстрирует не раз высказанную мысль, что исследователь и его современники нередко не осознают полностью значения выполняемого исследования, но, если оно произведено правильно и полученные результаты отражают объективную реальность, оно рано или поздно найдет истинное место в науке.
Эти клетки содержали огромные ядра, где было сосредоточено более 90% клеточного материала. Исследования молок, выполненные Мишером в 1873–1874 гг., дали новые важные результаты. Следует отметить, что в это время ученый был так занят преподавательской деятельностью, что мог проводить химические анализы только по ночам и воскресеньям.
Мишер изолировал из молок рейнского лосося высокоочищенный нуклеин, который ему удалось разделить на составные части: белковоподобный компонент, обладающий щелочными свойствами, и остаток, не содержащий белка. Этот остаток содержал высокий процент фосфора, который нельзя удалить горячим спиртом, и обладал кислотными свойствами. Белковоподобный компонент нуклеина исследователь назвал протамином. Свободный от белка остаток нуклеина был назван в 1889 г. нуклеиновой кислотой. Это название оказалось удачным и сохранилось до настоящего времени. В ядрах молок рыб присутствовали, таким образом, и нуклеиновая кислота, и щелочной протамин. Мишер высказал предположение, что оба эти вещества находятся в ядрах в комплексе: они нейтрализуют друг друга, образуя солеобразное соединение. Он понимал, что нуклеиновая, кислота является высокомолекулярным соединением, так как препараты этого вещества не проходили через пергаментные фильтры. Ему было также ясно, что для получения хороших препаратов нуклеина работу по его выделению нужно проводить на холоде [1].
Открытие ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) можно смело отнести к историческим. НА основе знаний о передаче наследственной информации, о доминантных и рецессивных генах, мутациях, патологиях, транслокациях и т.д. основаны многие методики, существенно облегчающие жизнь человека.
ДНК оставили бы свой след во многих областях:
- медицина;
- юриспруденция;
- пищевое производство;
- ветеринария;
- фундаментальные науки;
- генеалогия;
- спорт и красота
И это малая часть. Гены, являющиеся структурными единицами дезоксирибонуклеиновой кислоты, отвечают абсолютно за все процессы в организмах живых существ. Переоценить значение ДНК невозможно.
Начало. Фридрих Мишер
Безусловно талантливый немецкий врач стоял у истоков открытия свойств ДНК. Он проводил эксперименты с гнойными бинтами по получению отдельных клеток. В те времена впервые выделена молекула ДНК. Фишер получил белый осадок исследовал его и обнаружил в составе азот и фосфор. Позже веществу приписали кислотные свойства и дали название "нуклеиновая кислота". Было решено, что это всего лишь хранилище фосфора для организма. Связать белый осадок с передачей наследственной информации не удавалось еще несколько десятилетий.
Животные и растения
До 30-х годов двадцатого века считалось, что ДНК содержится только в клетках животного происхождения. Растения считались носителями только РНК. Советские биохимики провели эксперименты, доказывающие наличие ДНК в растениях. Их статья была опубликована в ведущих мировых изданиях.
В 1939-1947 все та же группа ученых доказала наличие дезоксирибонуклеиновой кислоты у некоторых видов бактерий.
ДНК набирает силу
Функцию передачи генетической информации присваивали белкам. Это происходило до 1944 года, пока Маккарти, Эвери и Маклауд не провели свой выдающийся эксперимент на пневмококке. Они впервые доказали, что именно дезоксирибонуклеиновая кислота является инструментом для переноса наследственной информации.
Все глубже и глубже.
Примерное строение ДНК было известно. Научное сообщество понимало, что в составе присутствуют нуклеотиды, соединенные каким-то образов в цепочки.
И только биохимик Чаргафф со своей командой в 1949-1951 годах смогли внести ясность в глубинные структуры молекулы. С помощью бумажной хроматографии исследователям удалось разделить нуклеотиды и определить их типы. Так появились известные нам названия:
- Аденин (А).
- Тимин (Т).
- Цитозин (С).
- Гуанин (G)
Эти четыре нуклеотида, именуемые по содержащимся в них азотистым основаниям, являются основой цепи ДНК. Чаргафф сформулировал правила, в дальнейшем положившие основу расшифровке структуры ДНК: количество аденина (А) равно количеству тимина (Т), количество цитозина (С) равно гуанину (G).
Открытие двойной спирали и присуждения Нобеля
В 1953 случился настоящий прорыв. Американские ученые Ф. Крик и Д. Уотсон предложили строение молекулы ДНК в виде двойной спирали. Их исследованиям помогли работы биофизиков М. Уилкинса и Р. Франклин по рентгеноструктурному анализу дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Модель Уотсона и Крика была подтверждена и доказана несколько лет спустя. В 1962 году им и Уилкинсу присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. К сожалению Франклин к тому времени уже скончалась от онкологии и Нобеля не получила.
Уже в 1957 году была описана модель ДНК, состоящая из тройной спирали. Открытие принадлежало А. Ричу и Г. Фензелфенду в соавторстве с Д. Дэйвисом.
Генетический центр ДТЛ выполнят широкий спектр ДНК тестов. Специалисты лаборатории предоставляют бесплатную консультацию по всем видам анализов.
Описана история открытия структуры ДНК. За это открытие Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс в 1962 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Как была открыта структура ДНК
Над открытием структуры ДНК в середине ХХ века бились многие ученые. Но только трое из них: Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс в 1962 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Начало истории
Джеймс Уотсон родился в 1928 году. В момент открытия структуры ДНК ему было всего 25 лет. В 1947-1951 годах Джеймс Уотсон учился в магистратуре и аспирантуре Индианского университета. Под руководством итальянского ученого-рентгенолога Сальвадора Лурии он написал диссертацию о воздействии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов. В 1950 году Джеймс Уотсон получил докторскую степень. Изучая строение бактериофагов, Джеймс Уотсон, используя генетические методы, пытался определить структуру ДНК. Однако после доклада физика из Лондонского королевского колледжа Мориса Уилкинса, он понял, что для открытия структуры ДНК нужно использовать метод рентгеноструктурного анализа.
С целью изучения этого метода Джеймс Уотсон в 1951 году поступил в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета, где начал изучать структуру белков. Там он познакомился с физиком Фрэнсисом Криком, который интересовался биологией и был силен в теории кристаллографии.
Основные события
Параллельно работам в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета над расшифровкой структуры ДНК работали сотрудники Лондонского королевского колледжа Морис Уилкинс и Розалинда Франклин. Розалинда Франклин ( рис.1) прекрасно владела методом рентгеноструктурного анализа и ее рентгенограммы ДНК отличались высоким качеством и четкостью.
Рис.1. Розалинда Франклин
Пытался разгадать структуру ДНК и нобелевский лауреат химик Лайнус Полинг. Однако его модели предполагали, что ДНК состоит из трех цепей.
В декабре 1952 года Морис Уилкинс без согласия Розалинды Франклин продемонстрировал Джеймсу Уотсону рентгенограмму №51, которая отличалась высокой четкостью. По одним данным ее выполнила Розалинда Франклин, по другим – Раймонд Гослинг. Эта рентгенограмма помогла Джеймсу Уотсону и Фрэнсису Крику построить модель структуры ДНК (рис.2).
Рис.2. Фрэнсис Крик (слева) и Джеймс Уотсон возле модели ДНК
Конец истории
В 1958 году Розалинда Франклин умерла. У нее был диагносцирован рак. Возможно, сказалось длительное рентгеновское облучение при работе над рентгенограммами ДНК, возможно – огорчение, что другие воспользовались ее трудами без ее ведома.
В 1962 году за открытие структуры ДНК Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Похожие записи:
Тест времени реакции на сигнал
Представлена программа расчета времени реакции на сигнал, предназначенная для использования в учебных целях, например на занятиях по…
Саркоплазматическая гипертрофия мышц
Дано определение и описаны механизмы саркоплазматической гипертрофии скелетных мышц. Показано, что этот вид гипертрофии мышц широко…
Классификация типов конституции человека М.В. Черноруцкого
Рассмотрена классификация типов конституции человека, разработанная выдающимся терапевтом М.В. Черноруцким в 1925 году. Классификация типов конституции человека М.В.
Типы гипертрофии скелетных мышц человека
В статье дается классификация различных видов гипертрофии скелетных мышц человека на основе ряда классификационных признаков: времени проявления…
Миомейкер: Мембранный активатор слияния миобластов и образования мышц
Ученые установили, что для образования мышечных волокон необходимо слияние клеток-предшественников, которые называются миобластами. Эти клетки имеют только…
Читайте также: