Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы - Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid - Wikipedia

Двойная спираль

"Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы"была первая статья опубликовано описать открытие двойная спираль структура ДНК, с помощью дифракция рентгеновских лучей и математика спираль преобразовать. Это было опубликовано Фрэнсис Крик и Джеймс Д. Уотсон в научный журнал Природа на страницах 737–738 его 171-го тома (от 25 апреля 1953 г.).[1][2]

Схематическое изображение основных структурных особенностей двойной спирали ДНК. На этом рисунке не изображены B-ДНК.

Эту статью часто называют «жемчужиной» науки, потому что она краткая и содержит ответ на фундаментальную загадку о жизнь организмы. Эта загадка заключалась в том, как возможно, что генетический инструкции хранятся внутри организмов и передаются из поколения в поколение. В статье представлено простое и элегантное решение, которое удивило многих биологов того времени, которые считали, что передачу ДНК будет труднее вывести и понять. Открытие оказало большое влияние на биология, особенно в области генетика, что позволит более поздним исследователям понять генетический код.

Эволюция молекулярной биологии

Применение физики и химии к биологическим проблемам привело к развитию молекулярной биологии, которая особенно озабочена потоком и последствиями передачи биологической информации от ДНК к белки. Открытие двойной спирали ДНК ясно показало, что гены являются функционально определенными частями молекул ДНК и что у клеток должен быть способ транслировать информацию в ДНК в определенные аминокислоты, которые используются для создания белков.

Линус Полинг был химиком, который оказал большое влияние на понимание структуры биологических молекул. В 1951 году Полинг опубликовал структуру альфа спираль, принципиально важный структурный компонент белков. В начале 1953 года Полинг опубликовал модель тройной спирали ДНК, которая впоследствии оказалась неверной.[3] И Крик, и особенно Уотсон, думали, что они соревнуются с Полингом, чтобы открыть структуру ДНК.

Макс Дельбрюк был физиком, который осознал некоторые биологические последствия квантовая физика. Размышления Дельбрука о физических основах жизни стимулировали Эрвин Шредингер написать, Что такое жизнь? Книга Шредингера оказала большое влияние на Крика и Ватсона. Усилия Дельбрука по продвижению "Фаг Группа »(изучение генетики с помощью вирусов, инфицирующих бактерии) сыграла важную роль в раннем развитии молекулярная биология в целом и развитие научных интересов Ватсона в частности.[4]

Крик, Ватсон и Морис Уилкинс кто выиграл Нобелевская премия по медицине в знак признания открытия двойной спирали ДНК.

Структура и функция ДНК

Не всегда бывает так, что структуру молекулы легко связать с ее функцией. То, что делает структуру ДНК столь очевидной, связано с ее функцией, было скромно описано в конце статьи: «Мы не ускользнули от нашего внимания, что определенное спаривание, которое мы постулировали, сразу предполагает возможный механизм копирования генетического материала».

Репликация ДНК. Две комплементарные цепи пары оснований молекулы ДНК позволяют репликацию генетических инструкций.

«Конкретное спаривание» - ключевая особенность модели ДНК Уотсона и Крика, спаривание нуклеотид субъединицы.[5] В ДНК количество гуанин равно цитозин и количество аденин равно тимин. Пары A: T и C: G структурно похожи. В частности, длина каждой пары оснований одинакова, и они одинаково подходят для двух сахарно-фосфатных скелетов. В пар оснований держатся вместе водородные связи, тип химического притяжения, которое легко сломать и легко преобразовать. Осознав структурное сходство пар A: T и C: G, Уотсон и Крик вскоре создали свои двойная спираль модель ДНК с водородными связями в ядре спирали, позволяющая расстегнуть две дополнительные нити для облегчения репликация: последнее ключевое требование для вероятной модели генетической молекулы.

Действительно, спаривание оснований действительно предлагало способ копирования молекулы ДНК. Просто разделите две сахарно-фосфатные цепи, каждая из которых имеет свои водородные связи A, T, G и C. Затем каждую нить можно использовать в качестве шаблона для сборки новой комплементарной нити пары оснований.

Будущие соображения

Уотсон и Крик использовали множество алюминиевых шаблонов, подобных этому, который является единственной основой. Аденин (A), чтобы построить физическую модель ДНК в 1953 году.

Когда Уотсон и Крик создали свою модель двойной спирали ДНК, было известно, что большинство специализированных особенностей многих различных форм жизни на Земле стало возможным благодаря белки. Структурно белки представляют собой длинные цепочки аминокислота субъединицы. В некотором роде генетическая молекула ДНК должна была содержать инструкции о том, как производить тысячи белков, обнаруженных в клетках. Из модели двойной спирали ДНК стало ясно, что должно быть некоторое соответствие между линейными последовательностями нуклеотидов в молекулах ДНК и линейными последовательностями аминокислот в белках. Детали того, как последовательности ДНК инструктируют клетки производить определенные белки, были разработаны молекулярными биологами в период с 1953 по 1965 год. Фрэнсис Крик сыграл важную роль как в теории, так и в анализе экспериментов, которые привели к лучшему пониманию принципов генетический код.[6]

Последствия

Другие достижения в молекулярной биологии, связанные с открытием двойной спирали ДНК, в конечном итоге привели к способам последовательность гены. Джеймс Уотсон направил Проект "Геном человека" на Национальные институты здоровья.[7] Способность секвенировать ДНК и манипулировать ею теперь является центральным элементом биотехнология промышленность и современные лекарство. Строгая красота структуры и практическое значение двойной спирали ДНК в совокупности сделали Молекулярная структура нуклеиновых кислот; Структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы одна из самых ярких статей по биологии двадцатого века.


Соавторы и разногласия

Основная статья: Полемика о ДНК Королевского колледжа Лондона

Хотя Уотсон и Крик были первыми, кто собрал воедино все разрозненные фрагменты информации, которые требовались для создания успешной молекулярной модели ДНК, их выводы были основаны на данных, собранных исследователями в нескольких других лабораториях. Например, они опирались на опубликованные исследования, касающиеся открытия водородных связей в ДНК с помощью Джон Массон Гулланд, Денис Джордан и их коллеги в Университетский колледж Ноттингема в 1947 г.[8][9][10] Однако открытие двойной спирали ДНК также использовало значительный объем материала из неопубликованной работы Розалинд Франклин, A.R. Стокса, Морис Уилкинс, и Х. Р. Уилсон в Королевский колледж Лондона. Ключевые данные Уилкинса, Стокса и Уилсона и, отдельно, Франклина и Гусенок, были опубликованы в двух отдельных дополнительных статьях в том же номере журнала. Природа со статьей Уотсона и Крика.[11][12] В статье Уотсона и Крика признается, что они были «стимулированы» экспериментальными результатами исследователей Королевского колледжа, и аналогичное подтверждение было опубликовано Уилкинсом, Стоуксом и Уилсоном в следующей трехстраничной статье.

В 1968 году Уотсон опубликовал весьма противоречивый автобиографический отчет об открытии двойной спиральный, молекулярная структура ДНК называется Двойная спираль, что не было публично принято ни Криком, ни Уилкинсом.[13] Более того, Эрвин Чаргафф также напечатал довольно «неприятную рецензию» на книгу Уотсона в номере журнала от 29 марта 1968 г. Наука. В книге Уотсон заявил, среди прочего, что он и Крик имели доступ к некоторым данным Франклина из источника, о котором она не знала, а также что он видел - без ее разрешения - картину дифракции рентгеновских лучей B-ДНК. получен Франклином и Гослингом в мае 1952 года в King's в Лондоне. В частности, в конце 1952 года Франклин представил отчет о проделанной работе в Совет медицинских исследований, который был рассмотрен Макс Перуц, затем на Кавендишская лаборатория из Кембриджский университет. Уотсон и Крик также работали в поддерживаемой MRC Кавендишской лаборатории в Кембридже, тогда как Уилкинс и Франклин работали в поддерживаемой MRC лаборатории в King's в Лондоне. Такие отчеты MRC обычно не получали широкого распространения, но Крик прочитал копию отчета Франклина в начале 1953 года.[13][14]

Перуц оправдывал передачу отчета Франклина о кристаллографической единице структур B-ДНК и A-ДНК Крику и Ватсону тем, что отчет содержал информацию, которую Уотсон слышал раньше, в ноябре 1951 года, когда Франклин рассказывала о своих неопубликованных результатах. Раймонд Гослинг во время встречи, устроенной M.H.F. Уилкинс в Королевском колледже по просьбе Крика и Ватсона;[15] Перуц сказал, что он не действовал неэтично, потому что отчет был частью усилий по продвижению более широких контактов между различными исследовательскими группами MRC и не был конфиденциальным.[16] Это оправдание исключило бы Крика, который не присутствовал на встрече в ноябре 1951 года, но Перуц также предоставил ему доступ к данным отчета Франклина MRC. Затем Крик и Ватсон запросили разрешение у главы Кавендишской лаборатории. Уильям Лоуренс Брэгг, чтобы опубликовать свою молекулярную модель двойной спирали ДНК, основанную на данных Франклина и Уилкинса.

К ноябрю 1951 года Уотсон, по его собственному признанию, практически не изучал рентгеновскую кристаллографию и, таким образом, не до конца понимал, что Франклин говорил о структурной симметрии молекулы ДНК.[14] Крик, однако, зная преобразования Фурье функций Бесселя, которые представляют рентгеновские дифракционные картины спиральных структур атомов, правильно интерпретировал далее одно из экспериментальных результатов Франклина как указание на то, что ДНК, скорее всего, была двойной спиралью с двумя полинуклеотидными цепями бег в противоположных направлениях. Таким образом, Крик оказался в уникальном положении, чтобы сделать эту интерпретацию, потому что ранее он работал над данными дифракции рентгеновских лучей для других больших молекул, которые имели спиральную симметрию, аналогичную симметрии ДНК. Франклин, с другой стороны, отверг первый подход к построению молекулярной модели, предложенный Криком и Ватсоном: первая модель ДНК, которую Ватсон представил ей и Уилкинсу в 1952 году в Лондоне, имела явно неправильную структуру с гидратированными заряженными группами внутри. модели, а не снаружи. Уотсон прямо признал это в своей книге. Двойная спираль.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уотсон Дж. Д., Крик Ф. Х. (апрель 1953 г.). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот; структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы» (PDF). Природа. 171 (4356): 737–738. Bibcode:1953 г., природа. 171..737 Вт. Дои:10.1038 / 171737a0. PMID  13054692.
  2. ^ Кокран В., Крик ФХК и Ванд В. (1952) "Структура синтетических полипептидов. I. Преобразование атомов на спирали", Acta Crystallogr., 5, 581–586.
  3. ^ Полинг Л., Кори Р. Б. (1953). «Предлагаемая структура нуклеиновых кислот». PNAS. 39 (2): 84–97. Bibcode:1953ПНАС ... 39 ... 84П. Дои:10.1073 / pnas.39.2.84. ЧВК  1063734. PMID  16578429.
  4. ^ Джадсон, Гораций Фриланд (1979). Восьмой день творения: творцы революции в биологии. Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN  9780671254100.
  5. ^ Откройте для себя правила спаривания оснований ДНК с онлайн симулятор.
  6. ^ Perutz MF, Randall JT, Thomson L, Wilkins MH, Watson JD (июнь 1969). «Спираль ДНК». Наука. 164 (3887): 1537–9. Bibcode:1969Sci ... 164.1537W. Дои:10.1126 / science.164.3887.1537. PMID  5796048.
  7. ^ "История - Исторические личности: Уотсон и Крик (1928-)". BBC. Получено 15 июн 2014.
  8. ^ JM Gulland; Д.О. Иордания; HF Тейлор; (1947) Дезоксипентозные нуклеиновые кислоты; Часть II. Электрометрическое титрование кислотной и основной групп дезоксипентозной нуклеиновой кислоты тимуса теленка. J Chem Soc. 1947; 25: 1131-41.
  9. ^ Крит, Дж. М., Гулланд, Дж. М., Джордан, Д. О. (1947) Дезоксипентозные нуклеиновые кислоты. Часть III. Вязкость и струящееся двулучепреломление растворов натриевой соли дезоксипентозной нуклеиновой кислоты тимуса теленка. J. Chem. Soc. 1947,25 1141–1145
  10. ^ Уотсон, Джеймс Д., 2012. Аннотированная и иллюстрированная двойная спираль, Под ред. Ганн и Витковски, Саймон и Шустер, Нью-Йорк (стр.196-7)
  11. ^ Франклин Р., Гослинг Р. (25 апреля 1953 г.). «Молекулярная конфигурация тимонуклеата натрия» (PDF). Природа. 171 (4356): 740–741. Bibcode:1953 г., природа, 171..740F. Дои:10.1038 / 171740a0. PMID  13054694.
  12. ^ Уилкинс М. Х., Стокс А. Р., Уилсон Х. Р. (25 апреля 1953 г.). «Молекулярная структура дезоксипентозных нуклеиновых кислот» (PDF). Природа. 171 (4356): 738–740. Bibcode:1953 г., природа. 171..738 Вт. Дои:10.1038 / 171738a0. PMID  13054693.
  13. ^ а б Беквит, Джон (2003). "Двойной взгляд на двойную спираль". В Викторе К. Макэлхени (ред.). Ватсон и ДНК: совершая научную революцию. Кембридж, Массачусетс: издательство Perseus Publishing. п.363. ISBN  978-0-738-20341-6. OCLC  51440191.
  14. ^ а б c Уотсон, Джеймс Д. (1980). Двойная спираль: личный отчет об открытии структуры ДНК. Атенеум. ISBN  978-0-689-70602-8. (впервые опубликовано в 1968 г.)
  15. ^ Сейр, Энн (1975). Розалинда Франклин и ДНК. Нью-Йорк: Нортон.
  16. ^ Перуц М. Ф., Рэндалл Дж. Т., Томсон Л., Уилкинс М. Х., Уотсон Дж. Д. (27 июня 1969 г.). «Спираль ДНК». Наука. 164 (3887): 1537–1539. Bibcode:1969Sci ... 164.1537W. Дои:10.1126 / science.164.3887.1537. PMID  5796048.

Библиография

внешняя ссылка

Онлайн-версии