ДНК

Особенности строения ДНК

Первые нуклеиновые кислоты, выделенные в 1868, представляли собой именно молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Несмотря на то, что Ф. Мишер и другие исследователи не только выделили эти соединения, но и изучали их основные свойства, ковалентное строение и пространственная структура ДНК оставалась неизвестной вплоть до середины XX века. Е. Чаргафф исследовал нуклеотидный состав ДНК, выделенных из разных организмов. Он обнаружил не только принцип комплементарности, но и ряд других закономерностей:

1. Все препараты ДНК, выделенные из различных клеток одного и того же многоклеточного организма, имеют одинаковый нуклеотидный состав.
2. Нуклеотидный состав ДНК у разных видов разный.
3. Нуклеотидный состав ДНК у данного вида постоянен независимо от возраста и условий среды.
4. Количество адениновых оснований любой ДНК равно количеству тиминовых, а количество гуаниновых оснований - количества цитозиновых.
5. Сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых.

Эти количественные соотношения, подтвержденные многими исследователями, сыграли значительную роль в установлении структурной организации молекулы ДНК. Кроме того, в связи с высокой вязкостью растворов, в конце 40-х годов XX века было выдвинуто предположение, что ДНК – это не компактные клубки, а жесткие длинные палочки. При нагревании растворов вязкость существенно меняется. Это указывает на то, что стабилизация трехмерной структуры связана с водородными, а не ковалентными связями.

В 1950-1953 гг. Р. Франклин и М. Уилкинс получили рентгеноструктурные данные о конформации пуриновых и пиримидиновых оснований и нуклеотидов в молекуле ДНК, что убедительно свидетельствовало о спиральной структуре с периодичностью вдоль оси.

Проанализировав результаты исследований различных авторов и собственные данные, американец Дж. Уотсон и англичанин Ф. Крик в 1953-м предложили модель трехмерной структуры ДНК. В 1962 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик вместе с М. Уилкинсом были награждены за эту работу Нобелевской премией в области физиологии и медицины.

Пространственная организация ДНК

Характерные особенности пространственной организации молекулы ДНК («двойной спирали») таковы (рис. 1):

• Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали и соединены между собой водородными связями согласно принципу комплементарности.
• Остатки фосфата и дезоксирибозы соединены ковалентными связями и находятся снаружи от оси спирали.
• Плоскость азотистых оснований почти перпендикулярна оси спирали и цепи из фосфатов и сахара.
• Диаметр спирали порядка 2,0 нм. Расстояние между соседними основаниями вдоль оси - 0,34 нм. Таким образом, на один виток спирали приходится 10 нуклеотидов, что соответствует 3,4 нм.
• Две полинуклеотидные цепи удерживаются вместе благодаря водородным связям между азотистыми основаниями в соответствии с принципом комплементарности.
• Последовательность нуклеотидов в одной цепи не имеет никаких ограничений.
• В соответствии с принципом комплементарности, цепи ДНК направлены в противоположную сторону (антипараллельны).

Рис. 1. Модель пространственной организации ДНК Дж. Уотсона и Ф. Крика

Таким образом, молекула ДНК имеет крайне большой размер. Если вытянуть в одну линию все ДНК, содержащиеся в организме человека, мы получим нить, которая в 100 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Если обозначить каждый нуклеотид всех 46 ДНК клеток человека одной буквой, а затем напечатать этот текст, то мы получим книгу с более чем 820 тысячами страниц. Очень большие размеры двойной спирали ДНК не позволяют ей свободно располагаться в клетке. Поэтому для этой молекулы характерно также специфическая упаковка с помощью белков.

Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по биологии!

Тест по теме “Что такое ДНК”