Цього дня 1953 року Джеймс Вотсон і Френсіс Крік запропонували структурну модель ДНК - подвійну спіраль.

Цього дня 1953 року Джеймс Вотсон і Френсіс Крік запропонували структурну модель ДНК - подвійну спіраль.

Молекула, яка є основою спадковості, ДНК, містить шаблони для конструювання білків в організмі, включаючи різні ферменти. Нове розуміння спадковості та спадкового захворювання стало можливим після того, як було встановлено, що ДНК складається з двох ланцюгів, скручених навколо один одного, або подвійних спіралей, і що ці два ланцюги утримуються разом водневими зв'язками між парами органічні основи - аденін (А) з тиміном (Т) і гуанін (G) з цитозином (с). Сучасна біотехнологія також ґрунтується на структурних знаннях ДНК - в цьому випадку здатності вченого модифікувати ДНК клітин-господарів, які потім будуть виробляти бажаний продукт, наприклад, інсулін.

ДНК

ДНК як хімічна речовина була виділена Йоганом Фрідріхом Мішером у 1869 році із залишків клітин, які містяться в гної. Він виділив речовину, до складу якої входять Нітроген і Фосфор. Спочатку нова речовина отримала назву нуклеїн, а пізніше, коли Мішер визначив, що ця речовина володіє кислотними властивостями, речовина отримала назву нуклеїнова кислота. Біологічна функція нововідкритої речовини була незрозуміла, довгий час ДНК вважалася запасником фосфору в організмі. Більше того, навіть на початку XX століття багато біологів вважали, що ДНК не має жодного відношення до передачі інформації, оскільки будова молекули, на їхню думку, була занадто одноманітною і не могло містити закодовану інформацію. Поступово було доведено, що саме ДНК, а не білки, як вважалося раніше, є носієм генетичної інформації. Один з перших вирішальних доказів принесли експерименти Освальда Евері, Коліна Маклауда і Макліна Маккарті (1944 р.) по трансформації бактерій. Їм вдалося показати, що за так звану трансформацію (придбання хвороботворних властивостей нешкідливою культурою в результаті додавання в неї мертвих хвороботворних бактерій) відповідає виділена з пневмококів ДНК. Експеримент американських учених Алфреда Херші і Марти Чейз (експеримент Херші - Чейз, 1952 г.) з позначеними радіоактивними ізотопами білками та ДНК бактеріофагів показали, що в заражену клітину передається тільки нуклеїнова кислота фага, а нове його покоління містить такі ж білки та нуклеїнові кислоти, як і вихідний фаг. Аж до 50-х років XX століття точна будова ДНК, як і спосіб передачі спадкової інформації, залишалася невідомою. Хоча і було достеменно відомо, що ДНК складається з кількох ланцюжків, які складаються з нуклеотидів, ніхто не знав точно, скільки цих ланцюжків і як вони з'єднані. У результаті роботи групи біохіміка Ервіна Чаргаффа в 1949-1951 рр. були сформульовані так звані правила Чаргаффа. Чаргаффу і співробітникам вдалося розділити нуклеотиди ДНК за допомогою паперової хроматографії і визначити точні кількісні співвідношення нуклеотидів різних типів. Ці правила, поряд з даними рентгеноструктурного аналізу, зіграли вирішальну роль в розшифровці структури ДНК.

Фрэнсіс Крік (ліворуч) и Джеймс Вотсон (1953 р.)

У 1952 році над моделюванням структури ДНК стали працювати Джеймс Дьюї Вотсон (англ. James Dewey Watson; нар. 6 квітня 1928 р. — американський молекулярний біолог) і Френсіс Гаррі Камптон Крік (англ. Francis Harry Compton Crick, нар. 8 червня 1916, помер 28 липня 2004 р. — британський молекулярний біолог, фізик і нейробіолог). Використовуючи правила Чаргаффа і рентгенограми Розалінд Франклін (Rosalind Elsie Franklin) і Моріса Вїлкінса (Maurice Hugh Frederick Wilkins), в середині березня 1953 року Вотсон і Крік вивели структуру подвійної спіралі ДНК. Важливим для їх відкриття були експериментальні дані, зібрані в Королівському коледжі Лондона Розалінда Франклін і Морісом Вілкінсом. Сер Лоуренс Брегг [Scopus], директор лабораторії Кавендіша (де працював Вотсон і Крік) зробив оригінальне повідомлення про це на Сольвеєвському конгресі по білках у Бельгії 8 квітня 1953 року, але не повідомив про це пресі. Вотсон і Крік представили свою знамениту статтю в науковому журналі Nature (опублікована 25 квітня 1953 року). Брегг виступив з промовою в Медичній школі лікарні Гая в Лондоні в четвер 14 травня 1953, в результаті чого вийшла стаття Рітчі Колдера 15 травня 1953 року в лондонській газеті «Хроніка новин» під назвою «Чому ти - це ти. Найближча таємниця життя». Пізніше Брегг номінував Кріка, Вотсона і Вілкінса на Нобелівську премію 1962 року з фізіології і медицини. Серед них була і Розалінд Франклін, чия рентгенограма № 51 доводила, що ДНК - це молекула з подвійною спіраллю, а не з потрійною, як думав Полінг.

Фотографія 51 - рентгенограма волокон натрієвої солі тимусної ДНК у B-формі

Сідней Бреннер, Джек Дуніц, Дороті Ходжкін, Леслі Орджел і Берил М. Оутон були одними з перших людей, які в квітні 1953 р. побачили модель структури ДНК, побудовану Вотсоном і Кріком. У цей час вони працювали на хімічному факультеті Оксфордського університету. Всі були вражені новою моделлю ДНК, особливо Бреннер, який згодом працював з Криком в Кембриджі в Лабораторії Кавендіша і новійї Лабораторії молекулярної біології. За словами Берил Оутона, а пізніше і Риммера, всі вони вирушили на двох машинах в Кембридж, після того як Дороті Ходжкін сказала, що вони повинні подивитися на модель структури ДНК.

Джеймс Вотсон і Френсіс Крік зі своєю моделлю ДНК в Кавендішськійї лабораторії (1953 р.).

Студентська газета Кембриджського університету Varsity також опублікувала свою власну коротку статтю про відкриття в суботу, 30 травня 1953 року. Пізніше Уотсон представив документ про подвійну спіральну структуру ДНК на 18-му симпозіумі з вірусів Колд Спрінгс Харбор на початку червня 1953 р., через шість тижнів після публікації статті Уотсона і Крика в Nature.

Структура ДНК (подвійна спіраль). Різні атоми в структурі показані в різних кольорах; детальна структура двох пар основ показана знизу праворуч

Багато хто на зустрічі ще не чув про відкриття. Симпозіум Cold Spring Harbor 1953 р. був першою можливістю для багатьох побачити модель подвійної спіралі ДНК.

Модель ДНК Вотсона і Кріка. Музей науки, Лондон

Вотсон, Крік і Вілкінс були удостоєні Нобелівської премії з фізіології і медицини в 1962 році за дослідження структури нуклеїнових кислот. Розалінд Франклін померла в 1958 році і тому не мала права на висування. Публікація подвійної спіральної структури ДНК може розглядатися як поворотний момент в науці: людське розуміння життя докорінно змінилося і почалася сучасна епоха біології.

Джерела: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18

Підготував завідувач кафедри біохімії і фізіології тварин ім. акад. М. Ф. Гулого,
професор Віктор Томчук