Лауреаты Нобелевской премии: Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс

Федеральное агентство по образованию 
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская академия  
государственной службы» 
Кафедра региональной экономики

 

 

 

Реферат

Тема: « Лауреаты Нобелевской премии: Фрэнсис Крик,

Джеймс Уотсон и Морис  Уилкинс»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 1 курса 

9127 группы

Мамакина Анжелика

Научный руководитель:

к. т. н., 
доцент кафедры 
Пахтусов Б.К.

 

 

 

Новосибирск 2009

Оглавление

Оглавление 2

Введение 3

Великое открытие структуры ДНК 4

Заключение 12

Список использованной литературы: 14

 

 

Введение 

Расшифровка структуры ДНК (1953 г.) стала одним из поворотных моментов в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону, Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 г.

Сегодня мы знаем, что молекула ДНК является носителем кода, который  управляет химизмом всего живого, а двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых известных научных символов.

Открытие двойной спирали дало толчок последующему полувековому развитию молекулярной биологии, завершившемуся успешным осуществлением проекта «Геном человека».

 

 

Великое открытие структуры  ДНК

Накануне открытия структуры  молекулы ДНК известные биологи  считали, что вторгнуться в наследственный аппарат, а тем более манипулировать с ним наука сможет лишь в XXI в. Однако, несмотря на сложность структуры и свойств наследственного материала именно в XX веке произошли великие открытия.

Сегодня мы знаем, что молекула ДНК является носителем кода, который  управляет химизмом всего живого, а двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых известных научных символов. Открытие ДНК, как и практически все великие открытия, не было результатом работы одинокого гения, а увенчало собой длинную цепь экспериментальных работ. Так, эксперимент Херши—Чейз продемонстрировал, что носителем генетической информации в клетках является именно ДНК, а не белки. Еще в 1920-е годы американский биохимик родом из России Фибус Левин (Phoebus Levene) (1869–1940) установил, что основные кирпичики, из которых построена ДНК, — это пятиатомный сахар дезоксирибоза (она обозначена буквой Д в слове ДНК), фосфатная группа и четыре азотистых основания — тимин, гуанин, цитозин и аденин (их обычно обозначают буквами Т, Г, Ц и А). В конце 1940-х годов американский биохимик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф (Erwin Chargaff) (р. 1905) выяснил, что во всех ДНК содержится равное количество оснований Т и А и, аналогично, равное количество оснований Г и Ц. Однако относительное содержание Т/А и Г/Ц в молекуле ДНК специфично для каждого вида.

В начале 1950-х годов стали  известны два новых факта, пролившие  свет на природу ДНК: американский химик  Лайнус Полинг (Linus Pauling) (1901–94) показал, что в длинных молекулах, например белках, могут образовываться связи, закручивающие молекулу в спираль, а в лондонской лаборатории Морис  Уилкинс и Розалинда Франклин получили данные рентгеноструктурного анализа (основанные на усовершенствованном  применении закона Брэгга), позволившие  предположить, что ДНК имеет спиральную структуру. рентгенографические исследования ДНК подготовили почву для расшифровки Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. структуры ДНК (двойную спиралевидность этой молекулы и ее способность к разделению на две половины).

Как раз в это время  молодой американский биохимик Джеймс Уотсон отправился на год в Кембриджский университет для работы с молодым  английским физиком-теоретиком Фрэнсисом  Криком. («Обо мне тогда практически  никто не знал, — вспоминал впоследствии Крик, — а идеи Уотсона считали... слишком заумными».) История открытия структуры ДНК описана американским биохимиком Джеймсом Уотсоном (р.1928) в его книге «Двойная спираль»(1968). Из общения с химиками Уотсон узнал, что структурные формулы, которыми они пользовались далеки от совершенства. Экспериментируя с металлическими моделями, Крик и Уотсон пытались объединить различные компоненты молекулы в трехмерную модель ДНК. Разобравшись в структуре пуринов (А, Г) и пиримидинов (Т, Ц), Уотсон и Крик решили, что они должны быть тесно связаны между собой. Если это так, то ДНК должна состоять из двух цепей. Цепи должны закручиваться между собой так, чтобы сохранялись определенные углы между группами атомов. Так возникла двойная спираль, в которой пурины и пиримидины выстроены по типу ступенек лестницы: роль "перекладин" играют основания, "веревок" — сахарофосфатные остовы. Каждая перекладинка образована из двух оснований, присоединенных к двум противоположным цепям, причем у одного из оснований одно кольцо, у другого — два. Следовательно, это может быть А и Т или Г и Ц. Поскольку в каждой паре есть одно основание с одним кольцом и одно — с двумя, величина перекладин одинаковая, и остовы цепей находятся на одном расстоянии. Две цепи удерживаются вместе водородными связями между основаниями. Статья Уотсона и Крика, в которой сообщалось о расшифровке структуры ДНК, заняла всего две странички в научном журнале, но она открыла новую эпоху в раскрытии тайны жизни. В первой же публикации (1953) Крик и Уотсон отметили, что такая структура хорошо объясняет и процесс "воспроизводства" этой молекулы. При рассоединении цепей возможно присоединение новых нуклеотидов к каждой из них, тогда около каждой старой возникнет новая цепь, точно ей соответствующая. Так впервые пришли к структуре, которая была способна к самовоспроизведению.

Для   ясности:

Чтобы лучше представить  себе полученные ими результаты, вообразите длинную лестницу. Вертикальные стойки этой лестницы состоят из молекул  сахара, кислорода и фосфора. Важную функциональную информацию в молекуле несут ступеньки лестницы. Они  состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молекулы — четыре азотистых  основания — представляют собой  одиночные или двойные кольца, содержащие атомы углерода, азота  и кислорода и способные образовывать две или три водородные связи (см. Химические связи) с другими  основаниями. Форма этих молекул  позволяет им образовывать связи  — законченные ступеньки —  лишь определенного типа: между А  и Т и между Г и Ц. Другие связи возникнуть не могут. Следовательно, каждая ступенька представлена либо А—Т либо Г—Ц. Теперь вообразите, что  вы берете собранную таким образом  лестницу за два конца и скручиваете  — вы получите знакомую двойную  спираль ДНК.

Считывая ступеньки по одной цепи молекулы ДНК, вы получите последовательность оснований. Представьте, что это сообщение, написанное с  помощью алфавита всего из четырех  букв. Именно это сообщение определяет химические превращения, происходящие в клетке, и, следовательно, характеристики живого организма, частью которого является эта клетка. На другой цепи спирали  никакой новой информации не содержится, ведь если вам известно основание, которое  находится на одной цепи, вы знаете и то, какой должна быть вторая половина ступеньки. В некотором смысле две  цепи двойной спирали относятся  друг другу так же, как фотография и негатив.

Открыв двуспиральную  структуру ДНК, Уотсон и Крик поняли и тот простой способ, которым  осуществляется воспроизведение молекулы ДНК — как и должно происходить  при делении клетки. По их собственным  словам, «от нашего внимания не ускользнул тот факт, что постулированная  нами специфичная парность азотистых  оснований непосредственно указывает  на возможный механизм копирования  генетического материала».

Такой «возможный механизм копирования» определен структурой ДНК. Когда клетка приступает к делению  и необходима дополнительная ДНК  для дочерних клеток, ферменты начинают «расстегивать» лестницу ДНК, как застежку-«молнию», обнажая индивидуальные основания. Другие ферменты присоединяют соответствующие  основания, находящиеся в окружающей жидкой среде, к парным «обнажившимся» основаниям — А к Т, Г к Ц  и т. д. В результате на каждой из двух разошедшихся цепей ДНК достраивается  соответствующая ей цепь из компонентов  окружающей среды, и исходная молекула дает начало двум двойным спиралям. Свойство самоудвоения ДНК и обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии. Это открытие явилось ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче наследственных признаков.

Эти открытия заключены  в следующем: Была открыта двойная структура ДНК и постулирован её матричный синтез. Двойная спираль ДНК при репликации разделится и вдоль нити ДНК, специальные ферменты-полимеры, собирают точные копии материнской ДНК, таким образом в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК, одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особый тип реакции матричный синтез. Одна молекула матрица, а вторая строится по её программе. ух спиралей, а одной. Этот процесс получил название транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивают реакции матричного синтеза: репликация ДНК(необходима для передачи наследственной информации дочерним клеткам), транскрипция(синтез и-РНК в ядре клетки) и трансляция(сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).

Точно так же, как каждое великое открытие основано на работе предшественников, оно дает начало новым плодотворным исследованиям, поскольку ученые используют полученную информацию для движения вперед. Можно  сказать, что открытие двойной спирали  дало толчок последующему полувековому развитию молекулярной биологии, завершившемуся успешным осуществлением проекта «Геном человека».

Физики Крик и Уилкинс  вместе с биохимиком Уотсоном стали  лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1962 год.

Это фундаментальное открытие позволило понять, как происходит удвоение (репликация) нуклеиновых  кислот. Вскоре после этого американские исследователи А.Даунс и Дж.Гамов  предположили, что структура белков каким-то образом закодирована в  нуклеиновых кислотах, а к 1965 эта  гипотеза была подтверждена многими  исследователями: Ф.Криком в Англии, М.Ниренбергом и С.Очоа в США, Х.Кораной  в Индии. Все эти открытия, результат  столетнего изучения нуклеиновых кислот, произвели подлинную революцию  в биологии. Они позволили объяснить  феномен жизни в рамках взаимодействия между атомами и молекулами.

Молекулы нуклеиновых кислот содержат множество отрицательно заряженных фосфатных групп и образуют комплексы  с ионами металлов; их калиевая и  натриевая соли хорошо растворимы в  воде. Концентрированные растворы нуклеиновых  кислот очень вязкие и слегка опалесцируют, а в твердом виде эти вещества белые. Нуклеиновые кислоты сильно поглощают ультрафиолетовый свет, и  это свойство лежит в основе определения  их концентрации. С этим же свойством  связан и мутагенный эффект ультрафиолетового  света.

Нуклеиновые структуры- это длинные цепочки, состоящие из четырех многократно повторяющихся единиц (нуклеотидов). Их структуру можно представить следующим образом:

Символ Ф обозначает фосфатную  группу. Чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты образуют сахарофосфатный остов молекулы, одинаковый у всех ДНК, а огромное их разнообразие обусловливается тем, что четыре азотистых основания  могут располагаться вдоль цепи в самой разной последовательности.

Сахаром в нуклеиновых кислотах является пентоза; четыре из пяти ее углеродных атомов вместе с одним атомом кислорода  образуют кольцо. Атомы углерода пентозы -. В РНК сахар представлен рибозой, а в ДНК ¢ до 5¢обозначают номерами от 1 дезоксирибозой, содержащей на один атом кислорода меньше. Фрагменты полинуклеотидных цепей ДНК и РНК показаны на рисунке.

Поскольку фосфатные группы присоединены к сахару асимметрично, в положенияхвв, молекула нуклеиновой кислоты имеет определенное направление. Сложноэфирные связи между мономерными единицами нуклеиновых кислот чувствительны к гидролитическому расщеплению (ферментативному или химическому), которое приводит к высвобождению отдельных компонентов в виде небольших молекул.

Азотистые основания – это плоские  гетероциклические соединения. Они . Более крупные основания имеют¢присоединены к пентозному кольцу по положению 1 два кольца и называются пуринами: это аденин (А) и гуанин (Г). Основания, меньшие по размерам, имеют одно кольцо и называются пиримидинами: это цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У). В ДНК входят основания А, Г, Т и Ц, в РНК вместо Т присутствует У. Последний отличается от тимина тем, что у него отсутствует метильная группа (CH3). Урацил встречается в ДНК некоторых вирусов, где он выполняет ту же функцию, что и тимин.

Трехмерная структура. Важной особенностью нуклеиновых кислот является регулярность пространственного расположения составляющих их атомов, установленная рентгеноструктурным методом. Молекула ДНК состоит из двух противоположно направленных цепей (иногда содержащих миллионы нуклеотидов), удерживаемых вместе водородными связями между основаниями:

Водородные связи, соединяющие  основания противоположных цепей, относятся к категории слабых, но благодаря своей многочисленности в молекуле ДНК они прочно стабилизируют ее структуру. Однако если раствор ДНК нагреть примерно до 60 градусов эти связи рвутся и цепи расходятся – происходит денатурация ДНК (плавление).

Обе цепи ДНК закручены по спирали  относительно воображаемой оси, как  будто они навиты на цилиндр. Эта  структура называется двойной спиралью. На каждый виток спирали приходится десять пар оснований.