Взламывая биологию

Если аксон получает инструкцию отправить сигнал, химический стимул от нейрона открывает каналы в мембране аксона рядом с главной частью клетки. Открытые каналы позволяют положительно заряженным ионам натрия вернуться в клетку, изменяя потенциал в этой части аксона. Если потенциал превышает критический уровень в –55 мВ, процесс ускоряется, и открывается больше каналов для натрия. Тогда снаружи аксона наблюдается отрицательный заряд, а внутри – положительный. Итак, полярность поменялась. Затем система возвращается в нормальное состояние, ионы натрия выходят из аксона, и восстанавливается потенциал покоя. Но изменение полярности передается дальше по аксону, повторяя процесс снова и снова и создавая пик «потенциала действия». Пик – это нервный импульс, а потенциал действия двигательного нейрона заставляет мышцы сокращаться.

Алан Ходжкин в своей лаборатории в 1963 г. – в год, когда он получил Нобелевскую премию совместно с Эндрю Хаксли и Джоном Экклсом.

Двойная спираль

Открытие структуры ДНК было одной из самых сложных, но ключевых задач, над разрешением который бились биохимики. Когда она наконец поддалась, возникла совершенно новая наука.

К 1928 г. все научное сообщество согласилось с тем, что ДНК – это тот самый генетический материал, о котором писал Грегор Мендель. Теперь перед биологами встала важная задача: определить, каким образом компоненты ДНК передают наследственную информацию.

Команды соперников

К началу 1950-х гг. строение ДНК искали несколько исследовательских лабораторий. Разобраться с такой крупной и сложной молекулой было весьма нелегко. Наиболее надежным подходом для определения геометрии ДНК сочли использование рентгенокристаллографии. В Кавендишской лаборатории в Кембридже физик Фрэнсис Крик, после войны занявшийся биологией, объединил усилия с американцем Джеймсом Уотсоном: они попытались создать модель ДНК, используя все имевшиеся свидетельства. Уотсон и Крик были убеждены, что нашли ответ, когда предложили спираль из трех нитей с нуклеиновыми кислотами с внешней стороны молекулы и отрицательно заряженными фосфатными группами внутри. Но возникла проблема: многочисленные отрицательно заряженные фосфат-ионы в ядре отталкивались бы друг от друга и разорвали бы молекулу. Ученые предположили, что заряды уравновешиваются положительными ионами кальция или магния, и попросили Мориса Уилкинса и его ассистентку Розалинд Франклин из Королевского колледжа в Лондоне проверить предложенную модель. Франклин обозначила основную проблему: любые положительные ионы в ядре ДНК были бы окружены водой, и это не позволило бы им уравновесить разрушительное воздействие отрицательно заряженных частиц.

РОЗАЛИНД ФРАНКЛИН

Франклин, английский химик и специалист по рентгенокристаллографии, известна преимущественно своей работой над ДНК. В числе полученных ею изображений с преломлением рентгеновских лучей и фотография 51, которая выявила двойную спираль в основе молекулы и проложила дорогу генетике как науке. К сожалению, до того, как была широко признана ее роль в исследованиях ДНК.

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик (на фото) совместно с Морисом Уилкинсом получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1962 г. за открытие строения ДНК.

Окончательный прорыв

В мае 1952 г. Розалинд Франклин, наблюдая за преломлением рентгеновских лучей, получила изображение ДНК. Одно из этих изображений – знаменитая фотография 51 – показало, что ДНК состоит из двух нитей, вытянутых по спирали, что это двойная спираль. Морис Уилкинс показал фотографию Джеймсу Уотсону. С ее помощью Уотсон и Крик составили новую модель ДНК, о которой и сообщили в следующем году.