Хто відкрив структуру молекули ДНК

0 Comments

Розалінда Франклін

Розалінд Франклін відома своєю роллю (здебільшого невизнаною за її життя) у відкритті спіральної структури ДНК , відкриття, яке приписують Вотсону, Кріку та Вілкінсу, і отримала Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1962 році. Франклін могла бути включена до той приз, якби вона жила. Народилася 25 липня 1920 р., померла 16 квітня 1958 р. Вона була біофізиком, фізико-хіміком і молекулярним біологом.

Раннє життя

Розалінда Франклін народилася в Лондоні. Її родина була забезпечена; її батько працював банкіром із соціалістичними ухилами та викладав у Робочому коледжі.

Її родина була активною громадською діяльністю. Дядько по батьківській лінії був першим практикуючим євреєм, який служив у британському кабінеті міністрів. Тітка була залучена до жіночого виборчого права та організації профспілок. Її батьки брали участь у переселенні євреїв з Європи.

Дослідження

У школі Розалінд Франклін зацікавилася наукою, і до 15 років вирішила стати хіміком. Їй довелося подолати спротив свого батька, який не хотів, щоб вона відвідувала коледж або стала вченим; він волів, щоб вона пішла на соціальну роботу. Вона отримала ступінь доктора філософії. з хімії в 1945 році в Кембриджі.

Після закінчення навчання Розалінд Франклін залишилася і деякий час працювала в Кембриджі, а потім влаштувалася на роботу у вугільну промисловість, застосовуючи свої знання та навички до структури вугілля. З цієї посади вона переїхала до Парижа, де працювала з Жаком Мерінгом і розробила техніку рентгенівської кристалографії, передову техніку для дослідження структури атомів у молекулах .

Вивчення ДНК

Розалінд Франклін приєдналася до вчених відділу медичних досліджень Королівського коледжу, коли Джон Рендалл залучив її до роботи над структурою ДНК. ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) була спочатку відкрита в 1898 році Йоганном Мішером, і було відомо, що вона є ключем до генетики. Але лише в середині 20-го століття наукові методи розробили так, щоб можна було виявити справжню структуру молекули, і робота Розалінди Франклін стала ключовою для цієї методології.

Розалінд Франклін працювала над молекулою ДНК з 1951 по 1953 рік. Використовуючи рентгенівську кристалографію, вона зробила фотографії B-версії молекули. Колега, з яким Франклін не мав хороших робочих стосунків, Моріс Х. Ф. Вілкінс, показав фотографії ДНК Франкліна Джеймсу Вотсону — без дозволу Франкліна. Вотсон і його партнер Френсіс Крік незалежно один від одного працювали над структурою ДНК, і Вотсон зрозумів, що ці фотографії є ​​науковим доказом, який їм потрібен, щоб довести, що молекула ДНК є дволанцюговою спіраллю.

Хоча Уотсон у своїй розповіді про відкриття структури ДНК в основному відкидав роль Франкліна у відкритті, Крік пізніше визнав, що Франклін була «лише в двох кроках» від самої розв’язки.

Рендалл вирішила, що лабораторія не працюватиме з ДНК, і тому до моменту публікації її статті вона перейшла до коледжу Біркбек і вивчала структуру вірусу тютюнової мозаїки, і показала спіралеподібну структуру вірусу. ‘ РНК . Вона працювала в Birkbeck для Джона Десмонда Бернала та з Аароном Клугом, чия Нобелівська премія 1982 року була частково заснована на його роботі з Франкліном.

Рак

У 1956 році Франклін виявила пухлини в черевній порожнині. Вона продовжувала працювати під час лікування від раку. Наприкінці 1957 року була госпіталізована, на початку 1958 року повернулася до роботи, але незабаром стала непрацездатною. У квітні вона померла.

Розалінда Франклін не виходила заміж і не мала дітей; Свій вибір піти в науку вона сприймала як відмову від шлюбу та дітей.

Спадщина

Вотсон, Крік і Вілкінс отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1962 році, через чотири роки після смерті Франкліна. Правила Нобелівської премії обмежують кількість осіб для нагородження трьома особами, а також обмежують нагороду тими, хто ще живий, тому Франклін не мав права на Нобелівську премію. Тим не менш, багато хто вважав, що вона заслуговує прямої згадки в премії та що її ключова роль у підтвердженні структури ДНК була пропущена через її ранню смерть і ставлення вчених того часу до жінок-вчених .

Книга Вотсона, в якій розповідається про його роль у відкритті ДНК, демонструє його зневажливе ставлення до «Розі». Опис Кріком ролі Франкліна був менш негативним, ніж опис Ватсона, і Вілкінс згадав Франкліна, коли той приймав Нобелівську премію. Енн Сейр написала біографію Розалінди Франклін, реагуючи на відсутність кредиту, наданого їй, і на описи Франкліна Ватсоном та іншими. Дружина іншого вченого в лабораторії та подруга Франкліна, Сейр описує зіткнення особистостей і сексизм , з якими Франклін зіткнулася у своїй роботі. Аарон Клуг використовував блокноти Франклін, щоб показати, наскільки близько вона підійшла до незалежного відкриття структури ДНК.

У 2004 році Університет медичних наук Фінча/Чиказька медична школа змінив назву на Університет медицини та науки Розалінд Франклін, щоб вшанувати роль Франкліна в науці та медицині.

Основні моменти кар’єри

  • Стипендія, Кембридж, 1941-42: газофазна хроматографія, робота з Рональдом Норрішем (Норріш отримав Нобелівську премію з хімії 1967 року)
  • Британська дослідницька асоціація використання вугілля, 1942-46: вивчала фізичну структуру вугілля та графіту
  • Laboratoire Central des Services Chimiques de l’Etat, Париж, 1947-1950: працював з рентгенівською кристалографією, працював з Жаком Мерінгом
  • Відділ медичних досліджень, Королівський коледж, Лондон; Стипендія Тернера-Ньюолла, 1950-1953: працював над структурою ДНК
  • коледж Біркбек, 1953-1958; вивчав вірус і РНК тютюнової мозаїки

Освіта

  • Дівчача школа Святого Павла, Лондон: одна з небагатьох шкіл для дівчат, яка включала наукові дослідження
  • Коледж Ньюнем, Кембридж, 1938-1941, закінчив хімію в 1941 році
  • Кембридж, доктор філософії хімії, 1945р

Сім’я

  • Батько: Елліс Франклін
  • Мати: Мюріел Уейлі Франклін
  • Розалінда Франклін була однією з чотирьох дітей, єдиною донькою

Релігійна спадщина: єврей, пізніше став агностиком

Також відома як: Розалінда Елсі Франклін, Розалінда Е. Франклін

Основні твори Розалінди Франклін або про неї

  • Розалінд Франклін і Реймонд Г. Гослінг [студент-дослідник, який працює з Франкліном]. Стаття в Nature опублікована 25 квітня 1953 року з фотографією Франкліна B-форми ДНК. У тому ж номері, що й стаття Уотсона та Кріка, яка оголосила про двоспіральну структуру ДНК.
  • Дж. Д. Бернал. «Доктор Розалінда Е. Франклін». Природа 182, 1958.
  • Джеймс Д. Ватсон. Подвійна спіраль. 1968 рік.
  • Аарон Клуг, «Розалінда Франклін і відкриття структури ДНК». Nature 219, 1968.
  • Роберт Олбі. Шлях до подвійної спіралі. 1974 рік.
  • Енн Сейр. Розалінда Франклін і ДНК. 1975 рік.
  • Бренда Меддокс. Розалінда Франклін: Темна леді ДНК. 2002 рік.

БІОХІМІЯ – Підручник – Остапченко Л. І. – 2012

Дослідження нуклеотидного складу молекул ДНК із різних біологічних об’єктів показало, що незалежно від джерела походження (тваринні, рослинні, бактеріальні організми), усі ДНК мають певні кількісні співвідношення між вмістом пуринових і піримідинових нуклеотидів. Застосовуючи метод хроматографії, Е. Чаргафф і співробітники його лабораторії визначили нуклеотидний склад нуклеїнових кислот різного походження та дійшли висновку (1950 р.), що співвідношення в ДНК азотистих основ підпорядковуються універсальним закономірностям, які назвали правилами Чаргаффа:

✵ сума піримідинових нуклеотидів дорівнює сумі пуринових (Пур = Пір);

✵ кількість основ, які містять аміногрупи в положенні 4 піриміди- нового ядра та в положенні 6 пуринового (А + Ц), дорівнює кількості основ, які мають оксогрупу в тих самих положеннях (Г + Т);

Рис. 9.5. Фрагменти полінуклеотидних ланцюгів ДНК і РНК

✵ молекулярні співвідношення Г + Ц / А + Т (коефіцієнт специфічності) видоспецифічні. Для ДНК вищих тварин і рослин та деяких мікроорганізмів це співвідношення менше 1 (у них так званий АТ-тип ДНК), у ДНК більшості мікроорганізмів, особливо бактерій і грибів, переважають ГЦ-пари (ГЦ-тип).

Ці емпіричні правила Чаргаффа стосуються тільки ДНК, і не властиві РНК.

Виявлені особливості кількісних взаємовідносин між азотистими основами вказують на те, що в ДНК повинна зберігатися досить чітка закономірність спарювання не пуринових і піримідинових основ узагалі, а відповідно – аденіну з тиміном і гуаніну з цитозином.

Використовуючи правила Чаргаффа, а також результати вивчення будови молекул ДНК методом рентгеноструктурного аналізу Дж. Уотсон і Ф. Крік у 1953 р. запропонували модель структури молекули ДНК у вигляді подвійної спіралі, яка має епохальне значення. Існує віршована версія книги Дж. Уотсона “Подвійна спіраль”, написана Дж. Філдом (переклад Оксани Берник) про надзвичайне значення відкриття просторової структури ДНК.

Слухай пісню, як спіральний

Комплекс скручений, хіральний

Хтось відкрив і в світ пустив.

Після ретельної дедукції

З усіх сторін: “О! Диво, люди!” —

Несамовито люд кричав.

А автор ручку взяв й писав

Чудову байку про спіральку:

Як кралечка із Кембриджа

Світ науковий ненароком

Із ніг на голову з прискоком

В прекрасну мить перевела.

Неначе сон прийшла вона.

Я вам всю правду розповім

Як ту структуру відкривали:

Загадку гена розгадали!

Біопрогнози і без містики

Краще будь-якої белетристики.

В думок великих буревії

Всі здогадки “прийшли до дії”:

Пари основ миготіли в тумані

Всім перешкодам на зло.

Так воно все і було.

Легким помахом руки

Поєднати ці основи

Затьмарено всі експерименти

У хвалу звучать аплодисменти!

Як його не величати

Все ж сором хімії не знати

Та, прочитав він, так скажу,

Книгу Полінга одну.

Тих основ узяв моделі

Крутив їх наче в каруселі.

Клав їх так, і ставив сяк,

Та не слухались ніяк

Ні тимін, ні аденін,

Десь утік гуанозин.

Не покладав він рук щоденно,

А тут і лист із Пасадени.

Що тут коїться? О, Боже,

Полінга модель пригожа

Для атомів, так, додаткових,

Що в усіх посібниках зразкових

Як і писали – тільки прикінці.

(може, в нецензурній фразі)

про модель він відгук дав

але рук, повір, не склав!

Почав знову працювати

Основи сяк і так в’язати.

Що ж вам далі розказати?

Автор наш таутомери

(Те що треба) вибирає

Сама природа – помагає.

Ланцюжки два (чи спіралі)

Плюс іще такі деталі:

Полінга основи ззовні,

А фосфати посередині,

Навпаки всі факти вам наведені.

Щоб на сто відсотків знали!

. Ось і про наше відкриття,

Слухали усі народи.

Важко було: Села Розі

На рефлекси в гордій позі.

Книгу Брегг назвав скрижаллю Моріс? —

Гнівно і без жалю,

Наче чайник закипів

Далі можна і без слів.

Що за байка без моралі:

Ось пиши такі скрижалі,

Часу не гайнуй намарне —

Науковцем станеш гарним.

А тут і НОБЕЛІВСЬКА премія —

Побачить світ іще одного генія!

Згідно з моделлю Уотсона – Кріка, молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, що утворюють правообертальну спіраль, яка має загальну вісь. Азотисті основи спрямовані всередину спіралі, а їхні площини майже перпендикулярні її осі й паралельні одна одній.

Між основами за такого розміщення виникає міжплощинна взаємодія – стекінг (англ. stack up – розташування один над одним). При цьому забезпечуються не тільки вигідні вандер-ваальсові контакти між атомами, але й виникає додаткова стабілізація завдяки перекриванню π-орбіталей атомів контактуючих основ. Стабілізація подвійних спіралей ДНК здійснюється також за рахунок сприятливого гідрофобного ефекту, який виявляється в тому, що неполярні основи захищенні від безпосереднього контакту з водним (гідрофільним) оточенням. Навпаки, вуглеводно- фосфорний каркас з його полярними групами та зарядженими атомами експоновані, що також стабілізує структуру й забезпечує формування вторинної структури ДНК.

Два ланцюги молекули ДНК мають протилежну спрямованість – один із них орієнтований у 3′ → 5′ напрямку, а другий – у 5′ → 3′. Подібна протилежна полярність двох ланцюгів у спіралі забезпечує правильну просторову взаємну орієнтацію азотистих основ.

Полінуклеотидні ланцюги в молекулі ДНК, які орієнтовані антипаралельно, по всій довжині зв’язані один з одним водневими зв’язками. Ці зв’язки між ланцюгами утворюються за рахунок специфічної взаємодії аденінового залишку одного ланцюга з ти- міновим залишком другого ланцюга (два водневих зв’язки) та гуанінового залишку одного ланцюга з цитозиновим залишком другого ланцюга (три водневі зв’язки). Нижче вказані місця водневих зв’язків між основами в нуклеїнових кислотах (рис. 9.6):

Рис. 9.6. Місця водневих зв’язків азотистих основ у нуклеїнових кислотах

Азотисті основи, які утворюють пари, комплементарні одна одній в тому відношенні, що між ними легше виникають водневі зв’язки, ніж при інших поєднаннях. Відбувається це тому, що в цих парах центри з підвищеною та пониженою електронною щільністю основ розміщенні оптимально один до одного.

У дволанцюговій молекулі ДНК стійкість конформації зумовлена обмеженим обертанням навколо фосфодіефірного зв’язку й забезпечується переважаючою антиконформацією глікозидних зв’язків і домінуючими таутомерними формами п’яти азотистих основ (див. рис. 9.1 і 9.2)

Спіраль ДНК регулярна: один виток спіралі (360°) складається з 10 нуклеотидних пар, ця структура повторюється з інтервалом у 3,4 нм, відстань між азотистими основами вздовж осі спіралі становить 0,33 нм, а діаметр – 2,37 нм. Кожна основа повернена відносно попередньої на 36°.

Рис. 9.7. Схема будови подвійної спіралі ДНК (В-форма)

Просторове взаєморозміщення ланцюгів зумовлює виникнення великої та малої борозенок, завширшки 2,2 нм і близько 1,2 нм відповідно. У ділянці великої борозенки ДНК асоційовані регуляторні білки, які можуть специфічно взаємодіяти з певними атомами азотистих основ і здійснювати контроль експресії генів, не порушуючи при цьому комплементарних взаємодій у структурі подвійної спіралі (рис. 9.7).

Подвійні структури в молекулах ДНК виникають не тільки при взаємодії двох комплементарних полідезоксирибонуклеотидних ланцюгів, але й у межах одного й того ж ланцюга. Це відбувається в тих випадках, коли в комплементарних ланцюгах присутні інвертовані послідовності (паліндроми, грец. palindrome – перевертень), тобто нуклеотидні послідовності, що читаються однаково у прямому та зворотному напрямках. Наприклад, послідовність

є паліндромом, оскільки при зчитуванні від 5′ до 3′ вона ідентична (ГААТТЦ) в обох ланцюгах. Особлива властивість таких обернених ділянок ДНК полягає в тому, що за певних станів ДНК вони здатні утворювати шпилькові структури простої або складнішої форми (рис. 9.8).

Рис. 9.8. Приклад інвертованих нуклеотидних послідовностей та їхня здатність формувати різні структури ДНК

Практично кожна ДНК містить паліндромні послідовності довжиною від декількох до багатьох тисяч пар нуклеотидів. Паліндромні структури характерні для тих ділянок молекули ДНК, де розташовані зони впізнавання структур ДНК ферментами та регуляторними білками.

Зазначені структурні особливості дволанцюгової молекули ДНК характерні для В-форми молекули ДНК, яка є домінуючою за фізіологічних умов (низька концентрація солі, висока ступінь гідратації). Однак при взаємодії нуклеїнової кислоти з різною кількістю молекул води, катіонами та іншими факторами ДНК набуває різних форм. На цей час ідентифіковані та описані такі форми ДНК: правообертальні А-, В-, С-, D-, Е-, Н-, L-, Р- і лівообертальна спіраль – Z-. Проте в природних біологічних системах спостерігалися тільки А-, В- і Z-форми ДНК.

Подібний поліформізм молекули ДНК пов’язаний з:

✵ кількістю пар основ, які припадають на один виток подвійної спіралі;

✵ відстанню між площинами пар основ і кутом, який вони утворюють із віссю спіралі;

✵ направленістю (права, ліва) подвійної спіралі, яка залежить від послідовності нуклеотидів в ДНК, величини та напрямку її суперспіралізації, хімічної модифікації азотистих основ і концентрації хімічних речовин у розчині, перш за все іонів металів і поліамінів.

Деякі геометричні дані ізоформ ДНК наведено в табл. 9.3.

Характеристика деяких ізоформ ДНК

Форма ДНК

Кількість пар основ на виток

Діаметр спіралі, нм

Відстань між площинами основ, нм

Праві спіралі В

Зміна конфігурації ДНК залежно від умов, в яких перебуває молекула, зумовлена тим, що валентні кути між основами й пентозами можуть змінюватися, і пентозофосфатний каркас є досить гнучким для того, щоб утворювались альтернативні форми подвійної спіралі ДНК. Слід відмітити, що деякі з цих форм переходять одна в одну в разі зміни будь-яких вказаних вище параметрів та дії певних факторів. У клітині ДНК зазвичай існує у В-формі, але окремі її ділянки можуть перебувати в А-, Z- або в іншій конформації. Важливо, що А-форма ДНК схожа зі структурою, характерною для дволанцюгової РНК, або для гібридних молекул ДНК-РНК. Для наочності наводимо схему кількох альтернативних форм (рис. 9.9).

Рис. 9.9. Ізоформи ДНК

За певних умов ділянки ДНК, для яких характерним є чергування пуринових і піримідинових нуклеотидів (ГЦ або АЦ), набувають форми лівої спіралі (Z-форма). При цьому відстань між сусідніми парами основ збільшується до 0,371 нм (див. табл. 9.3), а кількість пар основ на один виток – до 12. Каркас молекули ДНК має зигзагоподібний вигляд унаслідок того, що переміжні нуклеотидні послідовності гуаніну й цитозину та залишки дезоксирибоз зазнають конформаційних змін, через що лінія, яка сполучає фосфатні групи, через кожні дві пари основ утворює злам.

До стабілізуючих Z-форму ДНК факторів можна віднести: 1) зв’язування Z-ДНК-специфічних білків; 2) метилюванння атомів вуглецю в 5-положенні деяких залишків дезоксицитидину; 3) наявність специфічних катіонів, таких як спермін і спермідин та ін. Припускають, що ДНК у Z-формі може брати участь у регуляції експресії генів, які близько розташовані, а також суттєво віддалених від Z-ділянки.

Лінійна ДНК у клітині має форму витягнутої молекули, упакованої в компактну структуру з утворенням спіралізованих і надспіралізованих форм. Це свідчить, що дволанцюгова молекула ДНК у просторі може піддаватись подальшій укладці в певну третинну структуру – надспіраль, або кільцеву форму. Бактеріальні плазміди, хромосоми деяких бактерій, більшість мітохон- дріальних і хлоропластних ДНК та ДНК-вмісник вірусів тварин представлені ковалентно замкненими кільцевими молекулами ДНК. Замкнуті кільця можуть існувати в релаксованому або надспіралізованому стані (рис. 9.10).

Рис. 9.10. Лінійна, релаксована циклічна і надспіралізована форми ДНК

При перетворенні релаксованої структури ДНК у надспіралізо- вану затрачується певна кількість енергії й молекула стає компактнішою, що дає можливість упакування молекули ДНК у малий об’єм. Надвитки в ДНК, утворені за рахунок спіралізації проти годинникової стрілки у напрямку, зворотному закручуванню правосторонньої подвійної спіралі ДНК, називаються негативними. При переході молекули ДНК до іншого типу надмолекулярної структури, енергія може знижуватися за рахунок утворення ділянок негативної спіралізації. Прикладом такого переходу є розділення ланцюгів ДНК під час матричних процесів – синтезу ДНК (реплікація) або синтезу РНК (транскрипція). Ферменти, які каталізують топологічні зміни молекули ДНК, називаються топоізомеразами.

Надспіральна конформація ДНК характерна для нуклеоїду прокаріотів і хромосом вищих організмів. Подібна третинна структура стабілізується за рахунок електростатичних сил – негативно заряджені фосфатні групи частково нейтралізуються позитивно зарядженими іонами металів і поліамінами або основними амінокислотними залишками білків. У результаті таких взаємодій відбувається конденсація ДНК зі зменшенням об’єму в тисячі разів. Наприклад, довжина молекули ДНК однієї з найменших хромосом людини становить близько 3 см, а сумарна довжина всієї ДНК однієї клітини складає близько 2 м. При цьому вона упакована в ядрі з діаметром близько 5 мкм.

Кожна молекула ДНК упакована в окрему хромосому, до складу якої входить аморфне нуклеопротеїнове утворення – хроматин, стан якого змінюється залежно від клітинного циклу. У фазі спокою хроматин рівномірно розподілений по всьому об’єму ядра. У фазі поділу клітини хроматин утворює компактні частки – хромосоми. Морфологічно розрізняють еухроматин і гетерохроматин, який більш конденсований, ніж еухроматин. Останній відповідає ділянкам хромосом з активною транскрипцією.

Хроматин – надмолекулярна структура, що складається з ДНК, гістонів та інших ядерних білків (негістонових білків). Приблизно 2/3 маси хроматину становлять білки, 1/3 – ДНК; хроматин містить також РНК (до 10 %), незначний відсоток ліпідів та іони деяких металів (Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ ). Терміном “гістони” позначають декілька груп споріднених основних білків із молекулярною масою 11-21 кД. Характерною особливістю гістонів є високий вміст лізину і/ або аргініну. Завдяки позитивному заряду гістони утворюють іонні зв’язки з негативно зарядженими фосфатними групами, які розташовані на зовнішній поверхні подвійної спіралі ДНК.

Існує п’ять основних типів гістонів: Н1, Н2А, Н2В, Н3 та Н4. По дві молекули кожного з гістонів Н2А, Н2В, Н3 і Н4 становлять октамер (нуклеосомний кор) (рис. 9.11, А), оповитий сегментом ДНК довжиною 146 пар нуклеотидів (1,75 оберта). Такий комплекс гістонових білків з ДНК є основною структурною одиницею хроматину й називається нуклеосом.ою. У складанні нуклеосом бере участь ядерний білок аніонного характеру – нуклеоплазмін, здатний оборотно сполучатися з гістоновим октамером і таким чином блокувати здатність гістонів до неспецифічної взаємодії з негативно зарядженими структурами, такими як ДНК. Нуклеоплазмін проявляє вибірковість до певних ділянок ДНК і, мабуть, створює в ядрі специфічне іонне оточення, яке сприяє взаємодії гістонів з ДНК і складанню нуклеосом.

Ділянка ДНК, розташована між сусідніми нуклеосомними частками, називається лінкерною (сполучною) ДНК, і в середньому складається з 60 пар нуклеотидів. Молекула гістону Н1 не входить до складу нуклеосомного кору й не бере участі в процесі намотування ДНК на гістоновий октамер. Гістон Н1 контактує з ДНК у тих місцях, де подвійна спіраль входить і виходить із нуклеосомного кору, тобто гістон Н1 “зшиває” ДНК у місцях, де вона починає і припиняє обвиватися на нуклеосомний кор (рис. 9.11, Б).

Подальше укладання нуклеосом у ядрі залежить, мабуть, від взаємодії гістонів Н1 з ділянками дволанцюгової ДНК, що сполучає нуклеосоми. Топологію цієї взаємодії, яка приводить до утворення міжнуклеосомних з’єднань, вивчено недостатньо. Але за допомогою електронної мікроскопії в інтерфазному ядрі було виявлено соленоїдоподібну структуру діаметром 30 нм, або, як її ще називають, 30 нм-фібрила.

Рис. 9.11. Модель структури нуклеосомного кору (А) і нуклеосом (Б)

Припускають, що дископодібні нуклеосоми діаметром 10 нм і висотою 5 нм у цій упаковці дотикаються одна до одної краями й орієнтуються своїми плоскими поверхнями вздовж осі фібрили. Фібрили, імовірно, також спіралізуються з кроком 6 нуклеосом на один виток спіралі. У результаті утворюється соленоїд діаметром 30 нм (рис. 9.12).

Коли хроматин конденсується з утворенням метафазної хромосоми, соленоїдні структури утворюють петлеподібні домени, діаметром 300 нм, зв’язані з білковим каркасом (ядерний каркас). Ядерний каркас являє собою хромосомні структурні білки, на яких відбувається остаточна конденсація хроматину.

Рис. 9.12. Модель 30 нм-хроматинової фібрили наднуклеосомного рівня укладання ДНК

Наступна компактизація ДНК приводить до утворення додаткових надструктур. Приблизно 20 петель утворюють так звані мінідиски, які, у свою чергу, укладаються у стосик (700 нм) (рис. 9.13).

Наслідком такого упакування ДНК є утворення конденсованого хроматину, що є характерним для еукаріотичної метафазної хромосоми і приводить майже до 8000-10000-кратного укорочення молекули ДНК.

Деякі амінокислотні залишки (аргінін, лізин) і кінцеві аміногрупи гістонів у складі нуклеосом здатні хімічно модифікуватися: фосфорилюватися, метилюватися, ацетилюватися або взаємодіяти з білком убіквітином тощо. Такі ковалентні модифікації можуть викликати зміни заряду й конформації гістонів, що, у свою чергу, впливає на взаємодію гістонів між собою та з ДНК. Хімічні модифікації роблять можливими конфірмаційні перебудови хроматину, що є важливим для контролю за генною експресією.

Рис. 9.13. Схема компактизації ДНК у хромосомах

Негістонові білки хроматину. В ядрі еукаріотичних клітин присутні різноманітні ДНК-зв’язуючі негістонові білки. До них належать:

✵ білки, які виконують структурну функцію, беруть участь в утворенні наднуклеосомних рівнів укладання хромосом;

✵ численна група ферментів, що забезпечують процеси реплікації, транскрипції, репарації, хімічної модифікації складових компонентів хроматину;

✵ найрізноманітніша за складом група регуляторних білків, які контролюють активність указаних вище ферментів, а також доступність тих чи інших ділянок ДНК для цих ферментів. Як приклад можна навести родину сайт-специфічних білків типу “цинкові пальці», лейцинові “застібки”, гомодимери. Вони мають особливу структуру та належать до так званих факторів транскрипції, які зв’язуються з регуляторними областями генів і таким чином впливають на експресію. До групи структурно-регуляторних білків, постійно асоційованих із хроматином, відносять білки високої рухомості – HMG-білки (від англ. high mobility gel proteins). Ці білки характеризуються відносно малими розмірами (до 30 кД) і високим вмістом заряджених амінокислотних залишків. Вони виявляють спорідненість і зв’язуються з тими нуклеосомами, які містяться в транскрипційно-активній частині хроматину.

Биологическая библиотека – материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Життя та робота Френсіса Кріка, співвідкривача структури ДНК

Френсіс Крік (8 червня 1916–28 липня 2004) був одним із першовідкривачів структури молекули ДНК . Разом з Джеймсом Уотсоном він відкрив подвійну спіральну структуру ДНК. Разом із Сіднеєм Бреннером та іншими він продемонстрував, що генетичний код складається з трьох базових кодонів для читання генетичного матеріалу.

Короткі факти: Френсіс Крік

  • Повне ім’я: Френсіс Гаррі Комптон Крік
  • Відомий тим, що: співвідкрив подвійну спіральну структуру ДНК
  • Народився: 8 червня 1916 р. у Нортгемптоні, Англія
  • Помер: 28 липня 2004 року в Ла-Хойя, Каліфорнія, США
  • Освіта: Кембриджський університет, Ph.D.
  • Основні досягнення: Нобелівська премія з фізіології та медицини (1962)
  • Імена подружжя: Рут Дорін Додд (1940–1947) та Оділл Спід (1949–2004)
  • Імена дітей: Майкл Френсіс Комптон, Габріель Анн, Жаклін Марі-Терез

Перші роки

Френсіс Гаррі Комптон Крік народився 8 червня 1916 року в англійському містечку Нортгемптон. Він був старшим із двох дітей. Крік почав свою формальну освіту в Нортгемптонської гімназії, потім відвідував школу Мілл Хілл у Лондоні. Він мав природну допитливість до наук і любив проводити хімічні експерименти під опікою одного зі своїх дядьків.

Крік отримав ступінь бакалавра наук з фізики в Університетському коледжі Лондона (UCL). Потім він розпочав докторську дисертацію. роботу з фізики в UCL, але не зміг закінчити через початок Другої світової війни. Під час війни Крік працював у науково-дослідній лабораторії Адміралтейства, проводячи дослідження з розробки акустичних і магнітних мін.

Після війни Крік перейшов від вивчення фізики до вивчення біології . Йому дуже подобалося розмірковувати про нові відкриття, які в той час робилися в науках про життя. У 1950 році він був прийнятий студентом коледжу Каюса в Кембриджі. Йому присвоєно ступінь доктора філософії. у 1954 році за дослідження рентгенівської кристалографії білків .

Дослідницька кар’єра

Перехід Крика від фізики до біології був вирішальним для його роботи в біології. Кажуть, що його підхід до біології був удосконалений простотою фізики, а також його вірою в те, що в біології ще попереду великі відкриття.

Крік познайомився з Джеймсом Уотсоном у 1951 році. Вони мали спільний інтерес у розпізнаванні того, як генетична інформація організму може зберігатися в його ДНК. Їхня спільна робота спиралася на роботи інших вчених, таких як Розалінда Франклін , Моріс Вілкінс, Реймонд Гослінг та Ервін Чаргафф. Партнерство виявилося випадковим для відкриття структури подвійної спіралі ДНК .

Більшу частину своєї кар’єри Крік працював у Раді медичних досліджень у Кембриджі в Англії. Пізніше він працював в Інституті Солка в Ла-Хойя, Каліфорнія, США.

Структура ДНК

Крік і Уотсон запропонували ряд важливих особливостей у своїй моделі структури ДНК, зокрема:

  1. ДНК являє собою дволанцюгову спіраль.
  2. Спіраль ДНК зазвичай правостороння.
  3. Спіраль антипаралельна.
  4. Зовнішні краї основ ДНК доступні для водневих зв’язків.

Модель складалася з цукрово-фосфатної основи зовні та пар азотистих основ, які утримувалися разом водневими зв’язками зсередини. Крік і Уотсон опублікували свою статтю з детальним описом структури ДНК у науковому журналі Nature у 1953 році. Ілюстрацію в статті намалювала дружина Кріка Оділла, яка була художницею.

Крік, Уотсон і Моріс Вілкінс (один із дослідників, чию роботу ґрунтували Крік і Уотсон) отримали Нобелівську премію з фізіології з медицини в 1962 році. Їхні відкриття сприяли розумінню того, як генетична інформація від одного організму передається до його потомство з покоління в покоління.

Пізніше життя та спадщина

Крік продовжував вивчати інші аспекти синтезу ДНК і білків після відкриття подвійної спіральної природи ДНК. Він співпрацював із Сіднеєм Бреннером та іншими, щоб продемонструвати, що генетичний код складається з трьох базових кодонів для амінокислот . Дослідження показало, що, оскільки існує чотири основи, існує 64 можливих кодону, і та сама амінокислота може мати кілька кодонів.

У 1977 році Крік залишив Англію та переїхав до Сполучених Штатів, де він працював видатним професором-дослідником JW Kieckhefer в Інституті Солка. Він продовжував дослідження в галузі біології, зосереджуючись на нейробіології та людській свідомості.

Френсіс Крік помер у 2004 році у віці 88 років. Його пам’ятають своєю важливою роллю у відкритті структури ДНК. Це відкриття мало ключове значення для багатьох пізніших досягнень у науці та техніці, включаючи скринінг генетичних захворювань, ДНК-відбитки пальців та генну інженерію.

Джерела

  • «Документи Френсіса Кріка: біографічна інформація». Національна медична бібліотека США , Національний інститут здоров’я, profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/SC/p-nid/141.
  • «Френсіс Крік – Біографічний». Nobelprize.org , www.nobelprize.org/prizes/medicine/1962/crick/biographical/.
  • «Про доктора Френсіса Кріка». Крік , www.crick.ac.uk/about-us/our-history/about-dr-francis-crick.
  • Уотсон, Джеймс Д. Подвійна спіраль: особистий звіт про відкриття структури ДНК . Нова американська бібліотека, 1968.