Двойная спираль

Открытие структуры ДНК было одной из самых сложных, но ключевых задач, над разрешением которых бились биохимики. Когда она наконец поддалась, возникла совершенно новая наука.

К 1928 г. все научное сообщество согласилось с тем, что ДНК — это тот самый генетический материал, о котором писал Грегор Мендель. Теперь перед биологами встала важная задача: определить, каким образом компоненты ДНК передают наследственную информацию.

Команды соперников

К началу 1950-х гг. строение ДНК искали несколько исследовательских лабораторий. Разобраться с такой крупной и сложной молекулой было весьма нелегко. Наиболее надежным подходом для определения геометрии ДНК сочли использование рентгено-кристаллографии. В Кавендишской лаборатории в Кембридже физик Фрэнсис Крик, после войны занявшийся биологией, объединил усилия с американцем Джеймсом Уотсоном: они попытались создать модель ДНК, используя все имевшиеся свидетельства.

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик (ниже) совместно с Морисом Уилкинсом получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1962 г. за открытие строения ДНК

Уотсон и Крик были убеждены, что нашли ответ, когда предложили спираль из трех нитей с нуклеиновыми кислотами с внешней стороны молекулы и отрицательно заряженными фосфатными группами внутри. Но возникла проблема: многочисленные отрицательно заряженные фосфат-ионы в ядре отталкивались бы друг от друга и разорвали бы молекулу.

Ученые предположили, что заряды уравновешиваются положительными ионами кальция или магния, и попросили Мориса Уилкинса и его ассистентку Розалинд Франклин из Королевского колледжа в Лондоне проверить предложенную модель. Франклин обозначила основную проблему: любые положительные ионы в ядре ДНК были бы окружены водой, и это не позволило бы им уравновесить разрушительное воздействие отрицательно заряженных частиц.

РОЗАЛИНД ФРАНКЛИН

Франклин, английский химик и специалист по рентгено-кристаллографии, известна преимущественно своей работой над ДНК. В числе полученных ею изображений с преломлением рентгеновских лучей и фотография 51, которая выявила двойную спираль в основе молекулы и проложила дорогу генетике как науке. К сожалению, она умерла до того, как была широко признана ее роль в исследованиях ДНК.

Окончательный прорыв

В мае 1952 г. Розалинд Франклин, наблюдая за преломлением рентгеновских лучей, получила изображение ДНК. Одно из этих изображений — знаменитая фотография 51 — показало, что ДНК состоит из двух нитей, вытянутых по спирали, — что это двойная спираль. Морис Уилкинс показал фотографию Джеймсу Уотсону. С ее помощью Уотсон и Крик составили новую модель ДНК, о которой и сообщили в следующем году.

Молекула ДНК, как известно сегодня, похожа на веревочную лестницу, скрученную по всей длине. Ступеньки образованы парой нуклеотидов, соединенных водородными связями

Два продольных края спирали, напоминающей веревочную лестницу, состоят из рибозы и соединяются фосфатами. Пары нуклеотидов образуют «ступеньки» лестницы. Их названия — производные от имен четырех азотистых оснований, и каждое из них связывается строго с заданным «партнером»: цитозин — с гуанином, а тимин — с аденином. В модели Уотсона и Крика использовался код, где цитозин, гуанин, тимин и аденин были представлены буквами CGTA. Так, ген — это нить ДНК с уникальной последовательностью оснований. Открытие ученых заложило основу для новой науки, генетики, но все же оставляло и много вопросов. Хотя сегодня о ДНК известно куда больше — как она наследуется и каковы ее функции, — механизмы, которые претворяют код в жизнь, формируют наши тела, до конца не изучены.