Биология. В 3-х томах. Т. 1

Тем временем Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик (James Watson, Francis Crick) в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета избрали иной подход, который в конечном счете и обеспечил успешное решение проблемы. Используя все химические и физические данные, какие оказались в их распоряжении, Уотсон и Крик стали строить пространственные модели ДНК в надежде на то, что рано или поздно им удастся получить достаточно убедительную структуру, согласующуюся со всеми такими данными. История этих поисков увлекательно описана Уотсоном в его книге "Двойная спираль". Два обстоятельства оказались для Уотсона и Крика решающими. Во-первых, они имели возможность регулярно знакомиться с результатами работ Уилкинса и, сопоставляя с его рентгенограммами свои модели, могли таким образом эти модели проверять. Рентгенограммы же Уилкинса убедительно свидетельствовали в пользу спиральной структуры (рис. 5.45) с периодичностью 0,34 нм вдоль оси. Во-вторых, Уотсон и Крик отдавали себе отчет в важном значении закономерностей, касающихся соотношения различных оснований в ДНК. Обнаружил эти закономерности и сообщил о них в 1951 г. Эрвин Чаргафф (Erwin Chargaff). Это открытие, однако, при всей своей важности как-то не привлекло к себе должного внимания. В табл. 5.14 мы приводим некоторые из данных Чаргаффа, дополнив их результатами более поздних исследований.

Таблица 5.14. Относительные количества оснований в ДНК разных организмов

5.18. Ознакомьтесь с таблицей. Какой вывод она позволяет сделать о соотношении различных оснований в молекулах ДНК?

Уотсон и Крик задались целью проверить предположение, что молекула ДНК состоит из двух спиральных полинуклеотидных цепей, удерживаемых вместе благодаря спариванию оснований, принадлежащих соседним цепям. Основания удерживаются вместе водородными связями.

5.19. Если эта модель верна, можно ли на основе данных Чаргаффа предсказать, какие основания должны соединяться друг с другом в пары?

На рис. 5.46 показано, как основания соединяются в пары с помощью водородных связей. Аденин спаривается с тимином, а гуанин — с цитозином; А-Т-пара соединяется двумя водородными связями, а Г-Ц-пара — тремя. Уотсон в свое время попытался представить себе именно такой порядок спаривания оснований и позже вспоминал об этом так: "От радости я почувствовал себя на седьмом небе, ибо тут я уловил возможный ответ на мучившую нас загадку: почему число остатков пуринов в точности равно числу остатков пиримидинов?" Уотсон увидел, что при таком сочетании основания оказываются очень точно подогнанными друг к другу и что общий размер и форма двух этих пар оснований одинаковы, так как обе пары содержат по три кольца (рис. 5.46). Водородные связи при других сочетаниях оснований в принципе возможны, но они гораздо слабее. После того как все эти обстоятельства выяснились, можно было наконец приступить к созданию достоверной модели ДНК, той, какая изображена на рис. 5.47-5.49.

Рис. 5.46. Спаривание оснований — аденина с тмином и гуанина с цитозином

Рис. 5.47. Схематическое изображение структуры ДНК. На один полный оборот спирали приходится 10 пар оснований (расстояние между соседними парами оснований равно 0,34 нм)

Рис. 5.48. ДНК (схематическое изображение развернутых цепей)

Рис. 5.49. Пространственная модель ДНК. Стрелки указывают направление антипараллельных сахарофосфатных остовов двух полипептидных цепей

Строение молекулы ДНК