| |
 |
Для простоты давайте обозначим аденин, как А, тимин - как Т, гуанин - как Г, а цитозин - как Ц. Тогда, если мы будем знать, что одна нить в цепочке ДНК будет иметь на некоем участке нуклеотидный рисунок АТТТГТЦЦАЦАГАТАЦГГ, то мы уже будем знать, что нуклеотидный рисунок второй нити на этом участке будет выглядеть так: ТАААЦАГГТГТЦТФТГЦЦ. (1) В этом отношении природа не менее разумна, чем мы с вами.
(1) Для РНК это будет справедливо, напомним, в том случае, если вместо Т (тимина) мы будем везде проставлять У (урацил).
Два за один
Модель двойной спирали, представленная Уотсоном-Криком, немедленно принесла свои плоды. Уотсон и Крик выдвинули идею о том, что при клеточном делении молекулы нуклеиновой кислоты, составляющие гены и хромосомы, реплицируются путем процесса, в котором каждая из двух имеющихся нитей служит моделью для своей пары.
Для простоты представьте себе молекулу ДНК, состоящую из двух нитей, в каждой их которых имеется только четыре нуклеотида. Так, нить А содержит: аденин, цитозин, аденин и гуанин - АЦАГ. Тогда, естественным образом, получаем следующую нить В: тимин, гуанин, тимин, цитозин - ТГТЦ.
И вот, они разделяются. Нить А выступает теперь, как модель. Она подхватывает свободные нуклеотиды, легко вырабатываемые клеткой, и всегда находящиеся под рукой в необходимом количестве и ассортименте.
Первый нуклеотид нити А - аденин, и он автоматически образовывает водородную связь с молекулой тимиловой кислоты. Это происходит само собой. Все молекулы клетки - участники хаотического бесцельного движения, и, влекомые этим движением, они то и дело сталкиваются с получившимся свободно торчащим аденином. С некоторыми из них у аденина в таких случаях может образоваться водородная связь. Однако наиболее стойкой такая связь окажется лишь в том случае, если на аденин наткнется именно тимин. Тимин вытеснит любую другую молекулу, если к тому времени та уже успеет связаться с аденином, а сам уже не будет вытеснен ничем. По прошествии промежутка времени, крайне малого по нашим человеческим меркам (порядка одной тысячной секунды или даже меньше), но достаточно долгого, чтобы за него успели произойти миллионы столкновений на молекулярном уровне, тиминовая часть тимидиловой кислоты будет прочно закреплена на освободившемся аденине.
Таким же образом и второй нуклеотид нити, цитозин, свяжется с гуаниловой кислотой. Короче говоря, последовательность АГАЦ отделившейся нити А сама поспособствует формированию последовательности ТГТЦ вдоль себя. Тем временем, отделившаяся нить В сформирует вдоль себя аналогичную нити А последовательность АГАЦ. И вместо изначальной двойной спирали мы получим две точно таких же.
Модель строения и репликации нуклеиновой кислоты, предложенная Уотсоном и Криком, оказалась столь четкой и простой (ученые используют в таких случаях слово "элегантная") и при этом столь много объясняющей, что биохимическая общественность восприняла ее с восторгом. Ученые, в конце концов, ведь тоже люди - и если теория достаточно привлекательна, то она так и просится стать общепринятой.
И все же, сколь привлекательной ни была бы теория, необходимо иметь доказательства, свидетельствующие в ее поддержку.
Так вот, по модели репликации нуклеиновой кислоты, предложенной Уотсоном-Криком, получается, что сами отдельные полинуклеотидные нити ДНК никогда не распадаются. Пара нитей может распадаться и каждая нить начинает тогда ловить свободные нуклеотиды, чтобы построить из них себе пару, но сама она все время остается неизменной. Конечно, когда клетка умирает, все ее полинуклеотиды распадаются, но пока клетка жива - этого не происходит.
Соответственно, осталось поставить эксперимент, результат которого будет одним в том случае, если нить распадается и другим - если она остается нетронутой. Такой эксперимент и был на самом деле проведен в 1958 году. Была выращена линия бактерий в среде, содержащей в большом количестве тяжелый изомер атома азота (так называемый "азот-15", в противоположность обычному "азоту-14"). Этот изомер легко обнаруживается современными средствами. Бактерии постепенно внедряли азот-15 в различные синтезируемые ими вещества, и, в частности - в новые полинуклеотидные цепочки. После очень долгого периода культивирования этих бактерий, уже практически все их полинуклеотидные цепочки содержали азот-15. Обозначим каждую молекулу нуклеиновой кислоты, содержащую две нити с азотом-15, как "15-15".
Наконец, некоторое количество бактерий с ДНК "15-15" перенесли в среду, содержащую обычный азот-14 и дали прожить там ровно два поколения. Что же должно было, по идее, произойти?
Если полинуклеотидные нити расщепляются на мелкие фрагменты, вплоть до отдельных нуклеотидов, а затем объединяются заново, то все полинуклеотидные нити, образованные в течение этих двух поколений, должны содержать азот-15. Разумеется, его содержание будет разбавлено притоком обычных атомов азота-14, так что в каждой из нитей азота-15 будет меньше, но присутствовать он должен в каждой. Нуклеиновые кислоты должны оставаться такими же - "15-15", и никаких различий между ними наблюдаться не должно.
Если же представление Уотсона-Крика верно, и нити не распадаются, то при первой репликации нуклеиновые кислоты "15-15" распадутся на две нити "15". Каждая из них построит себе в пару новую нить; однако эти новые нити будут содержать уже не азот-15, а азот-14, так что нуклеиновые кислоты нового поколения будут состоять из одной старой нити и одной новой, то есть, все будут выглядеть, как "15-14".
При второй репликации две нити новой нуклеиновой кислоты опять разделятся. На этот раз, половина из них будет "15", а вторая половина - "14". Так что третье поколение нуклеиновых кислот будет наполовину состоять из кислот "15-14", а наполовину - из "14-14".
По прошествии двух поколений нуклеиновые кислоты были подвергнуты внимательному изучению, и действительно, обнаружилось, что они делятся на две группы - в молекулах одной имеется азот-15, а в молекулах второй - нет. Такие же результаты были получены и в экспериментах, проведенных в Национальной Лаборатории в Брукхевене, только там в качестве подопытных материалов использовались клетки растений и радиоактивный водород. В итоге, опять же, одни хромосомы оказались радиоактивными, другие - нет.
Все это, конечно, не может однозначно доказать правоту гипотезы Уотсона-Крика, но определенно говорит в ее пользу. Если бы результаты оказались иными, скажем, все вновь создаваемые нуклеиновые кислоты оказались бы "15-15", то на схеме репликации, предложенной Уотсоном-Криком, можно было бы ставить крест.
На самом деле, все исследования, проводимые с тех пор, как Уотсон и Крик выдвинули свою теорию, только подтверждали ее, и вряд ли сейчас найдет биохимик, все еще не согласный с этой теорией.
Правда, известно несколько вирусов, которые содержат молекулы нуклеиновой кислоты, состоящие из единой полинуклеотидной нити, и они тоже каким-то образом реплицируются. Видимо, их репликация происходит в два этапа: сначала эта единая нить создает свою пару, а потом уже эта пара формирует дубликат изначальной нити.
Это явно менее эффективный способ, чем использование стандартных двойных спиралей, поскольку половина образуемых при нем нитей не идет в дело. Так что метод единой нити, хоть и вполне рабочий, используется лишь крайне ограниченным числом вирусов. У большей части вирусов, и, насколько известно, у всех клеточных организмов, спираль двойная.
Одним из следствий теории репликации Уотсона-Крика является то, что в течение всей жизни организма полинуклеотидная нить не подвергается никаким изменениям. Той или иной нити повезет оказаться в яйцеклетке или сперматозоиде, откуда она продолжит движение в новый организм, где проживет еще одну жизнь. По этой теории, вполне возможно, что сейчас где-то на земле существуют полинуклеотидные нити, прошедшие через бесчисленное количество поколений с самого момента зарождения жизни.
Хотя это, конечно, маловероятно. Большинство полинуклеотидных нитей прекращают свое существование вместе с организмом; лишь незначительное меньшинство их попадают в оплодотворенную яйцеклетку, чтобы прожить еще одну жизнь. С большой вероятностью, все полинуклеотидные нити этого меньшинства - вторичные, сформировавшиеся уже по ходу жизни родителя. Так что, скорее всего, на земле сейчас существует очень мало полинуклеотидов старше ста лет.
Тем не менее, сама теоретическая возможность существования прямо сейчас нити-партриарха, помнящей еще молодость Земли, представляет собой завораживающий пример неразрывного единства всего живого.
Ошибки
Всегда ли репликация происходит идеально? А есть ли вообще что-нибудь, что всегда происходило бы идеально? Предположим, есть нить А, у которой в определенном месте находится тимин, и все к тому, что сейчас сюда будет присоединен аденин. Но вдруг вместо него появляется соответствующим образом ориентированный гуанин и образовывает водородную связь. Остается вероятность, что аденин не успеет появиться достаточно быстро, чтобы выбить его, и линия нуклеотидов раньше объединится в новую нить, прочно закрепив гуанин на не предназначенном для него месте.
В этом случае нити пары будут не совсем соответствовать друг другу, вместо А-В мы будем иметь А-В'.
При следующей репликации пара нитей разделится. Нить А сформирует другую нить, на этот раз полностью соответствующую образцу, поскольку ошибки встречаются редко, и практически никогда - два раза подряд. И В' тоже сформирует нить, соответствующую своему образцу - А', где новообретенный гуанин вставит себе в пару цитозин вместо положенного в А тимина.
Это означает, что при репликации нуклеиновой кислоты А-В' будут созданы две разные нуклеиновые кислоты, А-В и В'-А'. В дальнейшем и та, и другая будут размножаться путем новых репликаций - не учитывая, естественно, возникновения новых ошибок.
Нуклеиновая кислота В'-А' будет способствовать выработке не того же фермента, что и А-В. Это уже, строго говоря, другой шаблон; генетический код подвергся изменению. Присутствие нового фермента внесет помехи в работу химического механизма клетки, и мы будем иметь дело с мутацией - наличием у дочерней клетки характеристик, не свойственных родительской. По мнению некоторых специалистов, именно мутациям мы обязаны появлению клеток с нарушенной регуляцией клеточного деления. Такие дефектные клетки делятся безостановочно, их количество бесконечно возрастает - такое явление мы называем раком.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21
| |
| |
|
|
|
