Биология. В 3-х томах. Т. 1

Уотсон и Крик показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе они свиты вместе, т. е. закручены вправо вокруг одной и той же оси, образуя двойную спираль (рис. 5.47). Цепи антипараллельны, т. е. направлены в противоположные стороны, так что 3' — конец одной цепи располагается напротив 5' — конца другой (вспомните 3', 5' — фосфодиэфирные мостики). Каждая цепь состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого перпендикулярно длинной оси двойной спирали располагаются основания; находящиеся друг против друга основания двух противоположных цепей двойной спирали связаны между собой водородными связями (рис. 5.48). Сахарофосфатные остовы двух цепей двойной спирали хорошо видны на пространственной модели ДНК (рис. 5.49). Расстояние между сахарофосфатными остовами двух цепей постоянно и равно расстоянию, занимаемому парой оснований, т. е. одним пурином и одним пиримидином. Два пурина занимали бы слишком много места, а два пиримидина — слишком мало для того, чтобы заполнить промежуток между двумя цепями. Вдоль оси молекулы соседние пары оснований располагаются на расстоянии 0,34 нм одна от другой, чем и объясняется обнаруженная на рентгенограммах периодичность. Полный оборот спирали приходится на 3,4 нм, т. е. на 10 пар оснований. Никаких ограничений относительно последовательности нуклеотидов в одной цепи не существует, но в силу правила спаривания оснований эта последовательность в одной цепи определяет собой последовательность нуклеотидов в другой цепи. Поэтому мы говорим, что две цепи двойной спирали комплементарны друг другу.

Уотсон и Крик опубликовали сообщение о своей модели ДНК в журнале "Nature" в 1953 г., а в 1962 г. они вместе с Морисом Уилкинсом были удостоены за эту работу Нобелевской премии. В том же году получили Нобелевскую премию Кендрью и Перуц за свои работы по определению трехмерной структуры белков, также выполненные методом рентгеноструктурного анализа.

Для того чтобы признать предложенную структуру генетическим материалом, требовалось показать, что она способна: 1) нести в себе закодированную информацию и 2) точно воспроизводиться (реплицироваться). Уотсон и Крик отдавали себе отчет в том, что их модель удовлетворяет этим требованиям. В конце своей первой статьи они сдержанно отметили: "От нашего внимания не ускользнуло, что постулированное нами специфическое спаривание оснований сразу же позволяет постулировать и возможный механизм копирования для генетического материала". Во второй статье, опубликованной в том же 1953 г., они обсудили выводы, которые следовали из их модели в генетическом плане (о них мы будем говорить в гл. 22). Это открытие, показавшее, сколь явно структура может быть связана с функцией уже на молекулярном уровне, дало мощнейший толчок развитию молекулярной биологии.

5.6.4. Структура РНК

РНК в отличие от ДНК бывает по большей части одноцепочечной. Две формы РНК — транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК) — обладают довольно сложной структурой. Третья форма — это информационная, или матричная, РНК (мРНК). Все эти формы участвуют в синтезе белка, и мы рассмотрим их в гл. 22.

5.7. Другие молекулы, играющие важную биохимическую роль

Помимо нескольких хорошо изученных классов органических соединений, которые мы описали выше, в живых клетках содержится много других сложных органических веществ. Особо следует отметить витамины и группу веществ, участвующих в работе ферментов; их называют кофакторами или коферментами. Среди них встречаются разнообразные химические структуры, в том числе и нуклеотиды или их производные. Витамины описываются в разд. 10.3.10, а кофакторы — в разд. 6.2.

О неорганических ионах и молекулах, играющих важную биохимическую роль, мы будем говорить при обсуждении вопросов минерального питания растений в разд. 9.12.

5.8. Определение биомолекул

Желательно сначала освоить методику описанных ниже анализов, работая с чистыми образцами веществ, подлежащих определению. Овладев методикой и научившись различать соответствующие изменения окраски, можно затем приступить к исследованию различных тканей.

Опыт 5.1. Определение биомолекул в чистом виде

Внимание! При всех описанных здесь анализах нагревание следует проводить на водяной бане при температуре кипения воды. Прямое нагревание пробирок на огне недопустимо.

Материалы и оборудование

Лакмусовая бумага

Пробирки

Штатив для пробирок

Бунзеновская горелка

Пипетки

Шпатель

Шприц (1 см³)

Раствор йода в йодистом калии

Реактив Бенедикта

Разбавленная серная кислота

Гидрокарбонат натрия (питьевая сода)

Судан III

Реактив Миллона

5%-ный раствор гидроксида калия

1%-ный раствор сульфата меди

Раствор дихлорфенолиндофенола (ДХФИФ)

1%-ный раствор крахмала (желательно из кукурузной муки)

1%-ный раствор глюкозы

2%-ный раствор сахарозы (следует использовать химически чистую сахарозу, не содержащую примеси какого-либо редуцирующего сахара)