ДНК. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

1869 г. - Фридерих Мишер впервые, изучая лейкоциты гноя человека, выделяет из ядер лейкоцитов вещество, которое резко отличалось от известных тогда белков, углеводов, жиров. Поскольку ядро клетки в 1831 г. англ. ученым Робертом Броуном было названо нуклеус, то выделенное вещество Мишер назвал нуклеином.

Братья Оскар и Рихард Гертвиги впервые предположили, что нуклеид - вещество наследственности.

В 1891 г. профессор берлинского университета Альбрехт Коссель впервые при изучении нуклеина обнаружил в его составе пуриновые азотистые основания (аденин и гуанин). Он же в 1901 г. обнаружил в нуклеине пиримидиновые азотистые основания (тимин и цитозин).

В 1909 г. французский ученый Питер Левин установил, что в нуклеине есть остаток фосфорной кислоты и сахар рибоза. В 1930 г. он же находит дезоксирибозу.

В 20-х гг. прошлого века ученые поняли, что нуклеид (позднее - нуклеиновые кислоты) разделяются на 2 вещества: перв. назвали тимонуклеиновой кислотой, т. к. ее обнаружили в тимусе теленка и стали считать, что эта кислота характерна для животных. Вторая - дрожжеая кислота (найдена в клетках дрожжей), и стали считать, что она характерна для растений.

В 30-е гг. были найдены красители, которые в клетке по-разному окрашивали эти 2 кислоты. И вот, почти одновременно, сразу несколько ученых (французский ученый Касперсон, отечественный ученый Кедровский и американцы Мирский, Шпигельман, Камен) пришли к выводу, что первая тимонуклеиновая кислота есть и у растений, и у животных только в ядре клетки, и ее стали называть ДНК, а вторая кислота (дрожжевая) - у всех, но она содержится, в основном, в цитоплазме и ядрышке ядра клетки.

1950 г. - американский ученый Эривин Чаргафф впервые при изучении ДНК приходит к следующему заключению:

1) количество пуриновых основания = количеству пиримидиновых азотистых оснований;

2) содержание в клетке А = Т

3) содержание в клетке Ц = Г

Морису Уилкинсу и Розалинде Франклин впервые удалось сделать поперечный срез ДНК и сделать фото с помощью рентгеновского микроскопа. При этом они получили интересную картину.

Анализируя это изображение, они приходят к следующим соображениям:

1) ДНК состоит из 2 цепей

2) цепь спирально закручена, ее диаметр = 2 нм

3) цепь состоит из повторяющихся элементов, каждый из которых занимает 0,34 нм

4) на виток спирали ДНК приходится около 10 повторов, и сам виток равен 3,4 нм

В 1953 г двое молодых ученых - американцы Джеймс Уотсон (биохимик) и Френсис Крик (биофизик), воспользовавшись данными, которые получили Уилкинс и Франклин, попытались создать представление о том, как устроена ДНК.

Они пришли к выводу, что нити ДНК антипараллельны друг другу

Предположим, что репликация: Нить растет, на ее основе синтезируются новые цепи.

Артур Корнберг открыл фермент ДНК-полимеразу-I, который способен синтезировать ДНК, но ему нужны одноцепочечные нити ДНК, которые идут в направлении 3'-5'.

Выходило, что реплицировать фермент может только на 3'-5', но не на др. (5'-3') Т. е.

1) реплицируется только 1 нить (опровергнуто)

2) существует другой фермент, который может реплицировать ДНК на 5'-3'

Было открыто множество ферментов.

Филипп Хеневалт изучал процесс репликации у кишечной палочки. Установил, что полная репликация ДНК происходит за 15 минут. Зная количество нуклеотидов, вычислив, сколько витков спирали ДНК имеет кишечная палочка, пришел к выводу: чтобы реплицироваться за счет раскручивания ДНК за 15 минут, надо крутиться со скоростью 60 тыс. оборотов/мин (что невозможно).

Впервые ученый Оказаки при изучении репликации обнаружил, что та идет фрагментами, примерно 1100 нуклеотидов. Их стали называть фрагментами Оказаки.

Ричардсон и Вейс обнаружили фермент, с помощью которого эти фрагменты могут сшиваться вместе - лигаза.

Еще в 1954 году американский ученый Дельбрюк и Гюнтер Стент после открытия Уотсона и Крика предположили, что репликация может идти:

1) консервативным способом, согласно которому двухцепочечная нить ДНК производит новую дочернюю нить ДНК, которая не содержит никаких старых элементов ДНК

2) полуконсервативным способом: старая нить дает 2 гибридных, в которых одна нить старая, а вторая новая

3) дисперсным способом: старая нить разрезается на кусочки, каждый из которых реплицируется отдельно, а затем эти куски сшиваются

Мезельсон и Сталь решили проверить эти методы. Они работали на кишечной палочке, выращивая ее в питательной среде, содержащей тяжелый N15, и через одну генерацию они поместили выделенную ДНК в специальный раствор, содержащий CsCl2 . Этот раствор обладает градиентом плотности (чем ниже к донцу, тем плотнее).

Варианты:

1) обе нити имеют N14 и N14

2) -||- N15 и N15

3) -||- N14 и N15

Дисперсность не рассматривали. Все сосредоточилось в середине (3). Вывод: репликация идет полуконсервативным методом.

СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗЗРЕНИЯ НА РЕПЛИКАЦИЮ ДНК.

Идея о раскручивании ДНК по все длине равномерно была отвергнута. Репликация идет участками (примерно 110 нуклеотидов). Эти участки называются репликонами. Одновременно репликация ДНК может идти во многих точках ДНК.

Точка репликации называется точкой ori.

Сперва нужно реплицировать маленький фрагмент, а для этого нужно раскрутить участок ДНК. Этим процессом занимается фермент ДНК-гираза (топоизомераза-II). Она начинает раскручивание в точке ori, при этом спиральность сдвигается на концы репликона, и здесь наблюдается суперскручивание ДНК и переплетение ДНК.

ДНК-хеликаза способна разрезать спутанные части ДНК. ДНК-свебилаза в области фосфатных мостиков делает надрез (шарнир Кэрнса), через него суперспираль сбрасывается. Чтобы нити вновь не склеились, появляются SSB-белки на поверхности шарнира Кэрнса.

Праймосома (мобильный промотор репликации) состоит из 3 белковых ферментов:

1) праймаза

2) ДНК-зависимая рибонуклеозид-3-фосфотаза (ДНАБ)

3) ДНК-зависимая атефаза (N'-белок)

Праймосома присоединяется к точке ori. Начинается синтез праймера (затравки), примерно 6 нуклеотидов РНК. К этой затравке присоединяется ДНК-полимераза, которая движется, синтезируя по 5'-3' и только на цепи 3'-5'. Эта нить является лидируещей, она непрерывна. Противоположная нить синтезируется участками [праймер -> затравка -> ДНК-полимераза-3 -> репликация до точки ori], эта нить называется запаздывающей.

Далее синтезируется участок соединяющийся с помощью ДНК-лигазы. В дальнейшем, когда репликация подойдет к концу, вновь начнет действовать топоизомераза-III, происходит восстановление спиральности.

Таким образом:

1) в начале репликации ДНК-гираза (топоизомераза-II) раскручивает участок ДНК - репликон в точке ori

2) на границах репликона возникает суперспираль

3) ДНК-свебилаза надрезает фосфатные мостики, образуя шарнир Кэрнса, и происходит сбрасывание излишек спирали

4) хеликазы надрезают нити ДНК в местах скручивания

5) SSB-белки стабилизируют одноцепочечную ДНК

6) праймосома за счет фермента праймазы, белков ДНАБ и N' образует РНК-затравку в точке ori

7) ДНК-полимераза-III присоединяется к затравке и стимулирует рост молекулы ДНК - элонгация

8) РНК-затравка удаляется с помощью РНКазы, и образовавшаяся брешь застраивается ДНК-полимеразой-I. Противоположная цепь ДНК синтезируется участками Оказаки. Все образовавшиеся ферменты сшиваются вместе ДНК-лигазой. Топоизомераза-III в дальнейшем восстанавливает спиральность ДНК.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РОЛИ ДНК. (ДНК - носитель генетической информации)

1) Впервые в 1928 г. немецкий ученый Гриффитс экспериментировал на бактерии пневмококк, обладающей полисахаридной капсулой. Убивает нагреванием опасный пневмококк. Убитых бактерий мешает с авирулентными. Этой смесью заражает мышей. Мышь гибнет. Из ее легких выделяет живые капсульные формы. Вывод: живые авирулентные микробы способны захватить генетическую информацию у убитой формы и превратиться в вирулентный штамм. Явление было названо трансформацией (способность к захвату генетической информации у другого организма с изменением генетических свойств).

1944 г. - американцы Эвери, МакКлеод, МакКарти решили повторить вышеупомянутый опыт с выделением ДНК. Они выделили ДНК у вирулентной особи и стали культивировать авирулентов с этой ДНК. В результате, обнаружили, что они превращаются в капсульные формы.

2) Американские ученые Хериш и Чейз провели эксперимент с бактериофагом. Они культивировали бактериофаг и вводили S³⁵ и P³². Заразили бактерий бактериофагами. Оказалось, что внутрь проник только Р³², при этом размножение бактериофагов с биосинтезом капсида.

Дата добавления: 2014-11-20; просмотров: 819; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!