Финото ДНК устройство, част I
Навигация: Начало Съдържание Други книги
Тънко ДНК устройство
За да направим по-нататъшния разказ по-ясен за читателя, нека първо разгледаме по-подробно как е устроена тази странна и мистериозна ДНК молекула.
И така, ДНК се състои от 4 азотни бази, както и захар (дезоксирибоза) и фосфорна киселина. Две азотни бази (съкратено С и Т) принадлежат към класа на така наречените пиримидинови бази, а другите две (А и G) принадлежат към пуриновите бази. Това разделение се дължи на характеристиките на техните структури, които са показани на фиг. 1.
Фиг. 1. Структурата на азотните бази (елементарни "букви"), от които е изградена ДНК молекулата
Отделните бази са свързани във веригата на ДНК чрез захарно-фосфатни връзки. Тези връзки са показани на следващата фигура (фиг. 2).
Фиг. 2. Химическата структура на ДНК веригата
Фиг. 3. Диаграма на взаимодействието на две допълващи се вериги в ДНК молекула
Две полимерни вериги са усукани в правилна двойна спирала. Те се държат заедно чрез водородни връзки между базови двойки (AT и G-C) като стъпала на стълба. Поради тази причина се казва, че двете вериги на ДНК се допълват. За природата това не е изненадващо. Има много примери за взаимно допълване. Допълнителни са например древните китайски символи "ин" и "ян", гнездата на гнездото и щепселните щифтове.
Двойната спирала на ДНК е показана схематично на фиг. 4. Външно прилича на въжена стълба, усукана в права спирала. Стъпалата в тази стълба са двойки нуклеотиди, а "страничните стени", които ги свързват, се състоят от захарно-фосфатен гръбнак.
Фиг. 4. известенДвойна спирала на ДНК a - рентгенова снимка на ДНК, получена от Р. Франклин, която помогна на Уотсън и Крик да намерят ключа към двойноверижната структура на ДНК; b - Схематично представяне на двуверижна ДНК молекула
Така е открита известната "двойна спирала". Ако последователността от връзки (нуклеотиди) в ДНК се счита за нейната първична структура, тогава двойната спирала вече е вторичната структура на ДНК. Моделът на „двойната спирала“, предложен от Уотсън и Крик, елегантно решава не само проблема с кодирането на информация, но и проблема с дублирането на гените (репликацията).
През 1962 г. Дж. Уотсън, Ф. Крик и Морис Уилкинс получават Нобелова награда за това постижение. А ДНК е наречена най-важната молекула на живата природа. Във всичко това, разбира се, е изиграла роля и точната информация за структурата на ДНК, но не в по-малка степен и „визионерското“ изграждане на сложна пространствена структура, изискваща от изследователите не само логика, но и творческо въображение – качество, присъщо на художници, писатели и поети. „Тук в Кеймбридж се случи може би най-забележителното събитие в биологията след книгата на Дарвин – Уотсън и Крик разкриха структурата на гена!“ - пише по това време на Нилс Бор в Копенхаген неговият бивш ученик М. Делбрюк. Известният испански художник Салвадор Дали, след откриването на двойната спирала, каза, че за него това е доказателство за съществуването на Бог и изобрази ДНК в една от своите картини.
И така, интензивната мозъчна атака, предприета от учените, беше пълен успех! В исторически мащаб откриването на структурата на ДНК е сравнимо с откриването на структурата на атома. Ако изясняването на структурата на атома доведе до появата на квантовата физика, то откриването на структурата на ДНК даде началото на молекулярната биология.
Какви са основните физически параметри на ДНКна човек - тази основна молекула? Диаметърът на двойната спирала е 2 нанометра (1 nm = 10–9 m); разстоянието между съседни базови двойки („стъпки“) е 0,34 nm; един оборот на спиралата се състои от 10 базови двойки. Последователността на нуклеотидните двойки в ДНК е неправилна, но самите двойки са подредени в молекула като в кристал. Това даде основание молекулата на ДНК да се характеризира като линеен апериодичен кристал. Броят на отделните ДНК молекули в една клетка е равен на броя на хромозомите. Дължината на такава молекула в най-голямата човешка хромозома 1 е около 8 см. Такива гигантски полимери все още не са открити нито в природата, нито сред изкуствено синтезирани химични съединения. При хората дължината на всички ДНК молекули, съдържащи се във всички хромозоми на една клетка, е приблизително 2 метра. Следователно дължината на ДНК молекулите е милиард пъти по-голяма от тяхната дебелина. Тъй като тялото на възрастен човек се състои от приблизително 5x1013 - 1014 клетки, общата дължина на всички ДНК молекули в тялото е 1011 km (това е почти хиляда пъти разстоянието от Земята до Слънцето). Ето го, цялото ДНК само на един човек!
Но човек не трябва да мисли, че човешкият геном е най-големият от всички съществуващи в природата. Например при саламандър и лилия дължината на ДНК молекулите, съдържащи се в една клетка, е тридесет пъти по-голяма, отколкото при хората.
Тъй като ДНК молекулите са с гигантски размери, те могат да бъдат изолирани и видени дори у дома. Ето как тази лесна процедура е описана в препоръката към кръга „Млад генетик“. Първо, трябва да вземете всякакви тъкани от животински или растителни организми (например ябълка или парче пиле). След това трябва да нарежете тъканта на парчета и да поставите 100 g в обикновен миксер. След добавяне на 1/8 чаена лъжичка сол и 200 мл студена вода цялата смес се разбива на миксер вв рамките на 15 секунди. След това разбитата смес се прецежда през цедка. В получената каша добавете 1/6 от количеството й (ще бъдат около 2 супени лъжици) препарат (например за съдове) и разбъркайте добре. След 5-10 минути течността се излива в епруветки или други стъклени съдове, така че във всяка от тях да се напълни не повече от една трета от обема. След това към него се добавя малко или сок от ананас, или разтвор, използван за съхранение на контактни лещи. Цялото съдържание се разклаща. Това трябва да се направи много внимателно, защото ако разклатите прекалено силно, тогава гигантските ДНК молекули ще се счупят и след това нищо няма да бъде видимо за очите. След това равен обем етанол се излива бавно в епруветката, така че да образува слой върху сместа. Ако след това завъртите стъклена пръчка в епруветка, върху нея се „навива“ вискозна и почти безцветна маса, която е ДНК препарат.