Дезоксирибонуклеїнова кислота. Модель Крику і Уотсона

Перші відомості про хімічні властивості дезоксирибонуклеїнової кислоти датуються 1868 роком. У 20 столітті, до початку сорокових років, було доведено, що молекула являє собою лінійний полімер. В якості мономерних одиниць виступають нуклеотиди, які складаються з азотистої основи, фосфатної групи і пентози (пятиуглеродного цукру).

Дезоксирибонуклеїнова кислота може мати підставу двох типів: пиримидиновое (тимін (Т) і цитозин (С)) і пуриновое (аденін (А) і гуанін (G)). З'єднання нуклеотидів здійснюється за допомогою фосфодіефірних зв'язків.

Біологи Крик і Уотсон в 1953 році, взявши за основу рентгеноструктурний аналіз ДНК кристалів, прийшли до висновку, що нативная молекула складається з пари полімерних ланцюгів, що формують подвійну спіраль. Полінуклеотидні ланцюга, навиті один на одного, разом утримуються за допомогою водневих зв'язків, які формуються між комплементарними (взаємно відповідними) підставами в протилежних ланцюгах. При цьому пари формуються тільки таким чином: аденін-тимін, гуанін-цитозин. Стабілізація першої здійснюється двома, а другої пари - трьома водневими зв'язками.

Дволанцюжкова дезоксирибонуклеїнова кислота має довжину, що обчислюється кількістю пар взаємно відповідних нуклеотидів (п.н.). Для тих молекул, які складаються з мільйонів і тисяч пар, прийняті одиниці м.н.п. і т.н.п., відповідно. Так, дезоксирибонуклеїнова кислота хромосоми людини представлена однією подвійною спіраллю. Її довжина 263 м.п.н.

Денатурація ДНК (плавлення) є процесом, при якому регулярна подвійна спіраль лінійної молекули переходить в клубкообразное стан. При плавленні двухспіральная молекула поділяється на самостійні ланцюга. Та температура, при якій половина Дезоксирибонуклеїнової кислоти розплавлена, є температурою плавлення. Вона залежить від якісного молекулярного складу.

Як вже було сказано вище, пари G-С стабілізовані трьома, а пари А-Т - двома водневими зв'язками. Відповідно, чим вище частка перших пар, тим більш стабільною буде молекула. При денатурації з довжиною хвилі 260 нм підвищується поглинання світла. Цей гіперхромний ефект дає можливість забезпечувати контроль над станом вторинної молекулярної структури. Якщо повільно охолоджувати розчин розплавленої кислоти, то між комплементарними ланцюгами знову можуть сформуватися слабкі зв'язки, може виникнути структура спіралі, ідентична нативной (вихідної). На цій здатності ДНК до ренатурації і денатурації ґрунтується метод гібридизації молекул. Його використовують при вивченні будови нуклеїнових кислот.

Двухспіральная молекула, будучи носієм генетичних даних, повинна відповідати двом основним вимогам. По-перше, вона повинна реплицироваться (відтворюватися) з високою точністю, а по-друге, кодувати синтез молекул білка. Дезоксирибонуклеїнова кислота, модель якої була описана Криком і Уотсоном, відповідає повністю цим вимогам. Встановлено, що відповідно до принципу комплементарності, кожна ланцюг в молекулі може бути матрицею для формування нової взаємно відповідні ланцюги. В результаті одного етапу реплікації, таким чином, виникає пара дочірніх молекул, що мають нуклеотидну послідовність, ідентичну тій, що у вихідній молекулі ДНК. Крім того, цей ланцюг структурного гена в кодируемом білку задає амінокислотнихпослідовність.

З того моменту, як було оприлюднено відкриття ДНК і принцип комплементарності, встановлені процеси, які відповідають за розшифровку спадкових даних і регуляцію в синтезі генних речовин. Крім того, отримала розвиток і теорія рекомбінантних молекул.