ДНК

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.

Как раз в это время молодой американский биохимик Джеймс Уотсон отправился на год в Кембриджский университет для работы с молодым английским физиком-теоретиком Фрэнсисом Криком. («Обо мне тогда практически никто не знал, — вспоминал впоследствии Крик, — а идеи Уотсона считали... слишком заумными».) Экспериментируя с металлическими моделями, Крик и Уотсон пытались объединить различные компоненты молекулы в трехмерную модель ДНК.

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.

Считывая ступеньки по одной цепи молекулы ДНК, вы получите последовательность оснований. Представьте, что это сообщение, написанное с помощью алфавита всего из четырех букв. Именно это сообщение определяет химические превращения, происходящие в клетке, и, следовательно, характеристики живого организма, частью которого является эта клетка. На другой цепи спирали никакой новой информации не содержится, ведь если вам известно основание, которое находится на одной цепи, вы знаете и то, какой должна быть вторая половина ступеньки. В некотором смысле две цепи двойной спирали относятся друг другу так же, как фотография и негатив.

Открыв двуспиральную структуру ДНК, Уотсон и Крик поняли и тот простой способ, которым осуществляется воспроизведение молекулы ДНК — как и должно происходить при делении клетки. По их собственным словам, «от нашего внимания не ускользнул тот факт, что постулированная нами специфичная парность азотистых оснований непосредственно указывает на возможный механизм копирования генетического материала».

Такой «возможный механизм копирования» определен структурой ДНК. Когда клетка приступает к делению и необходима дополнительная ДНК для дочерних клеток, ферменты (см. Катализаторы и ферменты) начинают «расстегивать» лестницу ДНК, как застежку-«молнию», обнажая индивидуальные основания. Другие ферменты присоединяют соответствующие основания, находящиеся в окружающей жидкой среде, к парным «обнажившимся» основаниям — А к Т, Г к Ц и т. д. В результате на каждой из двух разошедшихся цепей ДНК достраивается соответствующая ей цепь из компонентов окружающей среды, и исходная молекула дает начало двум двойным спиралям.

Точно так же, как каждое великое открытие основано на работе предшественников, оно дает начало новым плодотворным исследованиям, поскольку ученые используют полученную информацию для движения вперед. Можно сказать, что открытие двойной спирали дало толчок последующему полувековому развитию молекулярной биологии, завершившемуся успешным осуществлением проекта «Геном человека».

См. также:
Клеточная теория
Катализаторы и ферменты
Законы Менделя
Закон Харди—Вайнберга
Дрейф генов
Стволовые клетки
Родственный отбор
Молекулярные часы
Клонирование
Проект «Геном человека»
Эксперимент Мезельсона—Сталя

После того как Уотсон и Крик высказали предположение о двуспиральной структуре ДНК, это предположение прошло экспериментальную проверку, как происходит с любой научной гипотезой. Два молекулярных биолога — Мэтью Мезельсон (Matthew Meselson, р. 1930) и Франклин Сталь (Franklin Stahl, р. 1910) — провели в 1957 году в Калифорнийском технологическом институте серию экспериментов. Использованная ими методика позволяла различать массы очень похожих молекул. Сначала они выращивали бактерии в среде, где единственным источником азота был изотоп 15N (обычный атом азота, 14N, несколько легче). Через несколько поколений весь азот в бактериальной ДНК был представлен только «тяжелым» азотом. Затем бактерии переносили в среду, где весь азот был в форме 14N (азот входит в состав оснований ДНК и поэтому поглощается любым организмом, синтезирующим новые цепи молекулы). После одного цикла клеточного деления вес бактериальной ДНК был промежуточным между весом ДНК с 15N и весом ДНК с 14N. После двух циклов клеточного деления лишь одна из четырех цепей ДНК была «тяжелой» ДНК и т. д. Этим остроумным экспериментом Мезельсон и Сталь подтвердили, что в результате каждого деления клетки комплементарные цепи ДНК содержат половину старой («тяжелой») ДНК и половину новой («легкой») ДНК — в точном соответствии с гипотезой Уотсона и Крика.

Фрэнсис Харри Комптон КРИК
Фрэнсис Харри Комптон КРИК
Francis Harry Compton Crick, 1916–2004

Английский молекулярный биолог (на фото справа). Родился в Нортгемптоне в семье обувного фабриканта. В 1938 году получил диплом физика в Университетском колледже в Лондоне. В годы войны занимался разработкой акустических и магнитных мин. Впоследствии решил исследовать «тайну жизни». В 1951 году, когда Крик изучал структуру белков в новом подразделении, созданном Медицинским исследовательским советом в Кавендишской лаборатории Кембриджа, студент Джеймс Уотсон предположил, что для понимания функции молекулы ДНК необходимо выяснить ее структуру. Успешные поиски в этом направлении принесли Уотсону и Крику в 1962 году Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Более поздние работы Крика связаны с разработкой центральной догмы молекулярной биологии. В 1977 году Крик перешел в институт Солка в Сан-Диего, где продолжил поиски «тайны жизни», переключившись на изучение сознания.


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.


11
Показать комментарии (11)
Свернуть комментарии (11)

  • Evgeniy Yakubovskiy  | 27.05.2008 | 20:26 Ответить
    Мне удалось решить нелинейное уравнение Навье Стокса. Турбулентная зона этого уравнения определяется фазой комплексного числа Рейнольдса. В турбулентной зоне существует вихревая дорожка, периодическое образование, которое определяется только фазой комплексного числа Рейнольдса. Т.е. по части вихревой дорожке, так как она определяет фазу числа Рейнольдса восстанавливается вся дорожка. Вихревая дорожка это стационарное изменение плотности раствора. Что меня смущает. Это когда говорят из каких веществ состоит ДНК. Мне кажется, что это просто уплотнение раствора. Если я прав, то структура каждой ДНК определяется одним числом, фазой числа Рейнольдса плюс у каждого организма своя система координат, свое преобразование координат.
    Обязательно опубликуюсь, но вот не знаю в каком журнале. Биологический, не поймут решение уравнение Навье Стокса, гидродинамический, не знают биологии.
    Ответить
    • Север > Evgeniy Yakubovskiy | 01.06.2008 | 20:18 Ответить
      Пытаюсь применить сведения о ДНК для создания ментальной конструкции, обладающей энергетикой ДНК. Если я правильно понял (как человек далекий от проф.науки), Вы можете:
      1. рассчитать удельный вес каждого элемента в системе
      2. определить координаты в пространстве каждого элемента в системе
      Правильно ли я Вас понял?
      Ответить
      • Evgeniy Yakubovskiy > Север | 02.06.2008 | 15:44 Ответить
        Здравствуйте!

        Рассматривается несжимаемая жидкость, т.е. плотность почти не меняется. Я не совсем правильно описал. Имеется дискретная скорость раствора, а плотность постоянна. Удается с помощью ряда описать безразмерную скорость раствора. Я думал над этим вопросом несколько дней и получил результат, что можно будет вероятностно определить положение разных частиц, из которых состоит ДНК. Т.е. как получена структура атома, так же можно вычислить структуру ДНК с помощью формулы квантовой механики. Т.е. есть формула вероятности нахождения атомов фосфора и аминокислоты в каждом положении, так как известна энергия каждого объема. Достаточно знать массу частицы и ее размер. Так что ответ на первый вопрос плотность почти не меняется, а второй, что можно вероятносно определить координаты. Есть предпосылки для того, что эта структура будет спиралевидной, но для доказательства этого нужно составить программу для ЭВМ.
        Вопрос, что Вы понимаете под ментальной конструкцией обладающей энергетикой ДНК?
        Ответить
        • Север > Evgeniy Yakubovskiy | 03.06.2008 | 09:17 Ответить
          Здравствуйте!

          Ментальная конструкция (МК)- матрица, с которой создается объект в физическом мире.
          Любой объект - есть проекция ментальной конструкции.
          От качества МК зависит жизнеспособность объекта.

          Энергетика ДНК - сила способности изменять пространство, которой обладает ДНК

          Я создаю новую теорию для бизнеса.

          Постулаты теории:
          1. Во Вселенной действуют единые законы для ментальных конструкций
          2. Вселенная состоит из пяти основных элементов: земля, вода, воздух, огонь, любовь
          3. Во Вселенной действуют 10 основных принципов
          4. Любая сущность – есть проекция МК
          5. МК ДНК создана с учетом важнейших законов Вселенной;

          На данном этапе МК бизнеса выглядит следующим образом:

          Две цепи, закрученные в противоположных направлениях.
          10 осей , находящихся на равном удалении друг от друга: 5 осей первой и 5 осей второй цепи определяют положение элементов в плоскости разреза спирали
          Ответить
          • evgeniy yakubovski > Север | 03.06.2008 | 15:21 Ответить
            Здравствуете!
            Я пишу горькие вещи, но напишу что думаю. Вы закончили какой-нибудь легкий Вуз, в Вас играет творческая жилка, но я не даром задал свой вопрос. Может быть Вы создадите логическую по Вашим знаниям творческую конструкцию, но как мне кажется у Вас не хватает фундаментальных знаний физики и математики и не знаю как в биологии, а без этого в научном мире ее не примут. Еще раз извините меня, но лучше это узнать на начальном этапе построения теории. Правда вопросы которые Вы задали, очень хорошо Вас характеризуют, по существу и правильные.
            Ответить
            • Север > evgeniy yakubovski | 03.06.2008 | 16:27 Ответить
              важно решить практическую задачу.
              Ответить
              • Север > Север | 05.06.2008 | 00:06 Ответить
                пытаемся оформить идею "ДНК-бизнеса" на сайте www.dnkbiz.okis.ru
                Ответить
            • Север > evgeniy yakubovski | 10.07.2008 | 23:33 Ответить
              Вы были правы касательно знаний физики.
              Возможно, теория Эверетта позволяет шире взглянуть на ДНК.
              Ответить
  • melon  | 01.11.2008 | 19:17 Ответить
    X Y Z

    1 ^ ^ ^
    2 ( ( (
    3 ) ) )
    4 _ _ _

    ^ = +5v 2.5a - А
    _ = - 5v 2.5a - Т
    ( = +2.5v 5a - Г
    ) = -2.5v 5a - Ц

    Z1

    ^_^ (_^ )_^ __^ 4
    ^)^ ()^ ))^ _)^ 3
    ^(^ ((^ )(^ _(^ 2
    ^^^ (^^ )^^ _^^ 1
    Y
    1 2 3 4 X

    Z2
    ^_( (_( )_( __( 4
    ^)( ()( ))( _)( 3
    ^(( ((( )(( _(( 2
    ^^( (^( )^( _^( 1
    Y
    1 2 3 4 X

    Z3
    ^_) (_) )_) __) 4
    ^)) ()) ))) _)) 3
    ^() (() )() _() 2
    ^^) (^) )^) _^) 1
    Y
    1 2 3 4 X

    Z4
    ^__ (__ )__ ___ 4
    ^)_ ()_ ))_ _)_ 3
    ^(_ ((_ )(_ _(_ 2
    ^^_ (^_ )^_ _^_ 1
    Y
    1 2 3 4 X

    2008-10-28

    P.S Мне кажется всё гораздо проще... не смог только вставить таблицу думаю несложно будит разделить три знака на каждую цифру обозначающую положение в кубе :)
    Ответить
  • evgeniy yakubovski  | 23.01.2010 | 13:15 Ответить
    Новый подход к возможной структуре ДНК. Решаем уравнение Навье - Стокса без давления, подействовав оператором ротор. Представляя решение преобразованного уравнения Навье - Стокса в виде ряда, каждый член которого является неизвестной временной зависимостью, умноженной на заданную пространственную зависимость. Причем пространственная зависимость удовлетворяет граничным условиям. Применяем метод Галеркина, умножая на пространственную зависимость и интегрируя по всему внутреннему пространству клетки. Получаем слева первую производную от временного коэффициента, а справа полином второй степени от множества временных коэффициентов. В случае клетки, этот полином без свободного члена. Т.е. однозначно определится стационарное (т.е. с постоянной скоростью) движение жидкости внутри клетки, которое определяется ее размером и корнем нелинейного уравнения (корень нелинейного уравнения соответствует положению равновесия этого дифференциального уравнения). Энергия берется из внутренней энергии жидкости, которая охлаждается. Поступление энергии извне поддерживает температуру жидкости в клетке. Когда организм умирает, тело остывает, так как энергия не поступает, а жидкость в клетке продолжает двигаться, потребляя энергию. ДНК это стабильное образование в виде вихревой дорожки, и зависит от формы клетки. Причем вихревых дорожек в клетке множество. Вихревая дорожка в гидрофизике описана для внешности тела, но она существует и для внутренней задачи. Структура вихревой дорожки напоминает структуру ДНК, то же цилиндрическое образование, в которую можно поместить отдельные частицы. При этом энергия вихревой дорожки играет роль признака, причем сохраняющегося. Для этого признака справедливы три закона Менделя. Причем вихревая дорожка сохраняется в половых клетках и передается при скрещивании. Пересечения вихревых дорожек играет роль мутации. Отсюда следует как можно влиять на вихревую дорожку, т.е. ДНК. С помощью введения новых заряженных частиц, т.е. радиации. Значит, оказывает влияние и электромагнитное поле. Ясен и механизм образования ДНК из не живой природы. Достаточно создать область с границей и образуется вихревая дорожка. Но ее еще необходимо заполнить определенными частицами. Такая полость может образоваться на поверхности океана, под действием излучения Солнца и образованием стоячей волны электромагнитного поля. Т.е. внешнее электромагнитное поле вызывает уплотнение жидкости, образуя границу полости. Недаром размер клетки сопоставим с размером длины волны видимого света.
    Ответить
  • DVORNIK A.  | 26.09.2013 | 19:45 Ответить
    Несомненно, что это величайшее открытие в биологической науке. Жаль, что больше, нежели полвека, это открытие такого масштаба стоит в одиночестве, как великая гора, среди маленьких холмов. Человечество извлекло много полезной информации из этого открытия. Определяют родство, клонируют, пытаются лечить и тому подобное, но радикальных прорывов пока не наблюдается. И это потому, что молекула познана лишь на молекулярном уровне. Мы расшифровали только кодоны и их объединения. Такой-то кодон шифрует ту или иную аминокислоту или несколько аминокислот, такой-то набор триплетов (ген) кодирует тот или иной белок. Знаем, вернее, предполагаем, что знаем, внешним образом, как реплицируется молекула, как на ней строится матричная РНК, как строится белок и так далее. Но мы не знаем, как возникла молекула, как строится из одной молекулы целый организм, как целый организм передает свои изменения в наследство, почему стволовая клетка превращается в раковую и тому подобное,
    Для нас пока нуклеотиды с комплементарными парами, например А-Т, все одинаковы нам важно их количество и порядок. А это далеко не так. Все нуклеотиды имеют различное квантовое (энергетическое) состояние. Одна и та же пара в одном и том же гене может иметь различное энергетическое наполнение. На молекулярном уровне это незаметно, а на квантовом уровне это различные соединения, примерно, как две соседние страницы книги. Одно соединение будет чувствовать (поглощать/излучать) фотон мощности, условно скажем, 100 единиц и не чувствовать другие фотоны, а другое соединение будет чувствовать фотон мощности 101 единиц и быть безразличным к другим фотонам. На молекулярном уровне атомы и молекулы различаются количеством электронов и протонов, а на квантовом уровне электроны различаются различными энергетическими уровнями. Один электрон отличается от другого на квантовом уровне, как кислород отличается от, например, хлора на атомарном уровне.
    Вот когда мы перейдем на квантовый уровень в познании молекулы, тогда мы и поймем, почему стволовая клетка вдруг превращается в раковую клетку. Попытка перехода в познании сделана в книгах в книгах “Квантовая биология” (ISBN: 978-3-659-33209-8) и “Квантовая физика” (ISBN-13: 978-3-659-40470-2). Их можно заказать в онлайн-магазине по адресу http://ljubljuknigi.ru/.
    Ответить
Написать комментарий

XIX-XX вв.
1859
начало 1950-х
1952
1953
1953
ДНК
1958
1961
Участок ДНК реплицируется посредством «расстегивания» двойной цепи и достраивания новых цепей

Участок ДНК реплицируется посредством «расстегивания» двойной цепи и достраивания новых цепей

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»