Генетика как наука возникла в 1866 году,
когда Грегор Мендель сформулировал положение, что «элементы», названные позднее
генами, определяют наследование физических свойств. Спустя три года швейцарский
биохимик Фридрих Мишер открыл нуклеиновую кислоту и показал, что она содержится
в ядре клетки. На пороге нового века ученые обнаружили, что гены располагаются
в хромосомах, структурных элементах ядра клетки.
В первой половине XX века биохимики
определили химическую природу нуклеиновых кислот, а в сороковых годах
исследователи обнаружили, что гены образованы одной из этих кислот, ДНК. Было
доказано, что гены, или ДНК, управляют биосинтезом (или образованием) клеточных
белков, названных ферментами, и таким образом контролируют биохимические
процессы в клетке.
К 1944 году американский биолог Освальд
Авери, работая в Рокфеллеровском институте медицинских исследований, представил
доказательства, что гены состоят из ДНК. Эта гипотеза была подтверждена в 1952
году Альфредом Херши и Мартой Чейз. Хотя было ясно, что ДНК контролирует
основные биохимические процессы, происходящие в клетке, ни структура, ни
функция молекулы не были известны.
Весной 1951 года, во время пребывания на
симпозиуме в Неаполе, Уотсон встретил Мориса Г.Ф. Уилкинса, английского
исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллеги по Королевскому колледжу
Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул ДНК и
показали, что они представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую
лестницу. Полученные ими данные привели Уотсона к мысли исследовать химическую
структуру нуклеиновых кислот. Национальное общество по изучению детского
паралича выделило субсидию.
В октябре 1951 года ученый отправился в
Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета для исследования
пространственной структуры белков совместно с Джоном К. Кендрю. Там он
познакомился с Фрэнсисом Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим
в то время докторскую диссертацию.
Впоследствии у них установились тесные
творческие контакты. Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях
Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить!
химическую структуру ДНК
Фрэнсис Харри Комптон Крик родился 8
июня 1916 года в Норт-хемптоне и был старшим из двух сыновей Харри Комптона
Крика, зажиточного обувного фабриканта, и Анны Элизабет (Вилкинс) Крик. Проведя
свое детство в Нортхемптоне, он посещал среднюю классическую школу Во время
экономического кризиса, наступившего после Первой мировой войны, коммерческие
дела семьи пришли в упадок, и родители Фрэнсиса переехали в Лондон. Будучи
студентом школы Милл-Хилл, Крик проявил большой интерес к физике, химии и
математике. В 1934 году он поступил в Университетский колледж в Лондоне для
изучения физики и окончил его через три года, получив звание бакалавра
естественных наук. Завершая образование в Университетском колледже, молодой
ученый рассматривал вопросы вязкости воды при высоких температурах; эта работа
была прервана в 1939 году разразившейся Второй мировой войной.
В военные годы Крик занимался созданием
мин в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства
Великобритании. В течение двух лет после окончания войны он продолжал работать
в этом министерстве и именно тогда прочитал известную книгу Эрвина Шредингера
«Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки», вышедшую в свет в 1944
году. В книге Шредингер задается вопросом. «Как можно пространственно-временные
события, происходящие в живом организме, объяснить с позиции физики и химии»
Идеи, изложенные в книге, настолько
повлияли на Крика, что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на
биологию. При поддержке Арчибалда В. Уилла Крик получил стипендию Совета по
медицинским исследованиям и в 1947 году начал работать в Стрэндж-вейской
лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы
рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной
структуры молекул. Его познания в биологии значительно расширились после
перехода в 1949 году в Кавен-дишскую лабораторию в Кембридже — один из мировых
центров молекулярной биологии.
Под руководством Макса Перуца Крик
исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к
генетическому коду последовательности аминокислот в белковых молекулах. Около
20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все
белки Изучая вопрос, определенный им как «граница между живым и неживым», Крик
пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла
быть заложена в дезок-сирибо-нуклеиновой кислоте (ДНК).
В 1951 году двадцатитрехлетний
американский биолог Джеймс Д. Уотсон пригласил Крика на работу в Кавендишскую
лабораторию.
Джеймс Девей Уотсон родился 6 апреля
1928 года в Чикаго (штат Иллинойс) в семье Джеймса Д. Уотсона, бизнесмена, и
Джин (Митчелл) Уотсон и был их единственным ребенком. В Чикаго он получил
начальное и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно
одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе «Викторины
для детей» Лишь два года проучившись в средней школе, Уотсон получил в 1943
году стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при
Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Став
бакалавром естественных наук в университете Чикаго в 1947 году, он продолжил
образование в Индианском университете Блумингтона.
К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой
и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Германа
Дж. Меллера и бактериолога Сальвадора Лурия. Уотсон написал диссертацию о
влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих
бактерии) и получил в 1950 году степень доктора философии. Субсидия
Национального исследовательского общества позволила ему продолжить исследования
бактериофагов в Копенгагенском университете в Дании Там он проводил изучение
биохимических свойств ДНК бактериофага Однако, как он позднее вспоминал,
эксперименты с бактериофагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об
истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.
Крику и Уотсону было известно, что
существует два типа нуклеиновых кислот — ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК),
каждая из которых состоит из моносахарида группы пентоз, фосфата и четырех
азотистых оснований: аденина, тимина (в РНК — урацила), гуанина и цитозина. В
течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили полученные результаты
с уже имевшимися, сделав сообщение о структуре ДНК в феврале 1953 года Месяцем
позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков,
кусочков картона и проволоки.
Согласно модели Крика—Уотсона, ДНК
представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата,
соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством
водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином С
помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК.
Модель позволила другим исследователям
отчетливо представить репликацию ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах
водородных связей наподобие открытия застежки-молнии, после чего на каждой
половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность
оснований действует как матрица, или образец, для новой молекулы.
В 1953 году Крик и Уотсон завершили
создание модели ДНК. Это позволило им вместе с Уилкинсом через девять лет
разделить Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине «за открытия,
касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи
информации в живых системах».
А.В. Энгстрем из
Каролинского института сказал на церемонии вручения премии: «Открытие
пространственной молекулярной структуры... ДНК является крайне важным, т.к.
намечает возможности для понимания в мельчайших деталях общих и индивидуальных
особенностей всего живого». Энгстрем отметил, что «расшифровка двойной
спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты со специфическим парным
соединением азотистых оснований открывает фантастические возможности для
разгадывания деталей контроля и передачи генетической информации».
После опубликования описания модели в
английском журнале «Нейче» в апреле 1953 года тандем Крика и Уотсона распался.
В 1965 году Уотсон написал книгу
«Молекулярная биология гена», ставшую одним из наиболее известных и популярных
учебников по молекулярной биологии.
Что касается Крика, то в 1953 году он получил
степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную
рентгеновскому дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего
года он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в
Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в
1954 году, он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории,
сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально
теоретиком, Крик начал совместно с Сиднеем Бреннером изучение генетических
мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).
К 1961 году были открыты три типа РНК:
информационная, рибо-сомальная и транспортная. Крик и его коллеги предложили
способ считывания генетического кода. Согласно теории Крика, информационная РНК
получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее к рибосомам
(местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная РНК переносит в
рибосомы аминокислоты. Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с
другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в
правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых
оснований ДНК и РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из
многочисленных основных триплетов, которые Крик назвал кодонами.
До расшифровки генома человека
оставалось сорок лет...
Источник:
Д. К. Самин, «100 великих научных открытий».
Комментариев нет:
Отправить комментарий