Мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Что такое ДНК?

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) .

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула. Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов ) в одной ее цепи соответствует (комплементарна ) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации ).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген .

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки, другие - только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

• синтеза РНК (транскрипции ): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
• синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК ), мРНК , ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы .

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер . Его – нуклеотиды , которые, в свою очередь, состоят из:

При этом, фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка, а органическое основание - к 1′-атому .

Основания в ДНК бывают двух типов:

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен 2′-дезоксирибозой , содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН) , а в РНК - рибозой , имеющей 2 гидроксильные группы (OH ).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями , при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец), а на другом - 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

• первичную;
• вторичную;
• третичную.

Первичная структура ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек, закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм , расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет 8 см , а в форме суперспирали укладывается в 5 нм .

Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т или (А + G )/(C + Т)=1 .
2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А + C ) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т): А + C = G + Т или (А + C )/(G + Т)= 1
3. Правило эквивалентности, то есть: А=Т, Г=Ц; А/Т = 1; Г/Ц=1.
4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98 , у микроорганизмов он больше 1.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик , основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями , образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином , а гуанин - с цитозином . Пара оснований А-Т стабилизируется двумя водородными связями , а пара G-С - тремя .

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п .н .). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н .

Сахарофосфатный остов молекулы , который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’-З’-фосфодиэфирными связями , образует «боковины винтовой лестницы», а пары оснований А-Т и G-С - ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны : одна из них имеет направление 3’→5′ , другая 5’→3′ . В соответствии с принципом комплементарности , если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′ , то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′ . В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева, а 3′-конец - справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул .

Модель ДНК Уотсона-Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

• согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
• нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации . При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК.
2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля. Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот» , где описали двойную спираль молекулы ДНК.

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год

С апреля этого года ДНК человека начала проходить свою более интенсивную мутацию под воздействием нарастающей Солнечной активности. Точнее сказать - трансмутирование клеток всего живого на планете идёт уже десятки лет. Но пишу это потому, что многие бывают напуганы, пытаются искать врачей, не в силах распознать в своём физическом теле процесс изменений на глубоком уровне. А лечение не работает, правительственные медицинские предложения не работают: это всё не соответствует вызовам, которые предлагает человеку… Солнце.

Эти симптомы возникают и исчезают неожиданно, появляются без причин, проходят сами. Это хорошие знаки: тело посылает вам весточку о том, что оно освобождается от старой биологии и от старого мышления. Не отставайте от него)

Симптомы, возникающие при мутации (перестройке) ДНК и изменениях тела на клеточном уровне:

Чувство усталости или опустошенности при незначительных нагрузках.
- желание спать дольше или чаще, чем обычно.
- симптомы гриппозного состояния - высокая температура, пот, боли в костях и суставах и т.д. И всё это не поддается лечению антибиотиками.
- головокружение
- звон в ушах

Важный симптом - боли в сердце, сердечная аритмия, которая происходит из-за корректировки сердца для новых энергий.

Сегодня у переходного человека время открытия 4-ой сердечной чакры, чакры любви и сострадания. Она часто заблокирована (у 90 % обычных людей!), и её активация может сопровождаться приступами тоски, страха. Сердечная чакра связана с вилочковой железой. Этот орган находится в передней части легких и у большинства пребывает в зачаточном состоянии. Она не развивалась вообще. Когда 4-я чакра начинает открываться, тимус начинает расти. На более поздней стадии это может быть даже видно при томографии.

Рост вилочковой железы связан с болями в груди, удушьем, опять же могут быть симптомы бронхита - пневмонии, при которых врачи ошибочно поставят диагноз грипп или пневмония.

Головные боли, мигрени;
- насморк с чиханием с утра до вечера, днями и месяцами;
- иногда - диарея;
- чувство, что все тело вибрирует - особенно, когда человек находится в расслабленном состоянии;
- интенсивные мышечные спазмы;
- покалывание - в руках или ногах;
- потеря мышечной силы - в руках, вызванная изменениями в системе циркуляции;
- иногда трудности дыхания, потребность дышать глубже, ощущение нехватки кислорода;
- изменения в иммунной системе;
- изменения лимфатической системы;
- ногти и волосы растут быстрее, чем обычно;
- приступы депрессии без реальных оснований;
- напряжение, беспокойство и высокий уровень стресса - чувствуешь, что что-то происходит, но не знаешь что это такое.

Иногда могут возникать признаки болезней, которые вы считали исцеленными давно. Это выходят корни недугов, которые сохранились на других информационных уровнях вашего тела. Болезнь может даже протекать остро, возможно, реверсно, но быстрее, чем шла, когда вы болели. Это значит, что тело избавляется от недуга на более глубоком уровне. Ваше тело весьма разумно, и часто разумнее вас самих!

Перевожу конспективно:

То, что происходит сегодня с человеком, с природой - это активация кода ДНК. Если вы назовёте это мутацией - то - да, это мутация. Причиной мутации становится возрастающая активность Солнца.

Симптомы солнечного воздействия: вертиго, мускульные боли и спазмы, боли в спине и шее, бицепсах, тремор, нервозность, возбуждение, панические атаки.

А также…

Простуда, слабость. Простуда - без лихорадки.
Речь. Трудно найти слова, трудность в том, чтобы соединить их.
Аномалии с едой.
Постоянное чувство голода
Острая потребность в сладком.
Вы хотите есть, но не можете.
Возбуждение.
Вы остро ощущаете возрастающую негативность повсюду, где много народу - в толпе, даже по телевизору - и от этого заболеваете.

Если вы “пострадали” от этого списка, у меня для вас хорошая новость: ваша ДНК интенсивно активируется!

А теперь, ЧТО ДЕЛАТЬ:

Главное - никакой паники! Гуляйте. Двигайтесь! Велосипед, бассейн, тренажеры… Или хотя бы глубокие приседания от 20 до 50 раз в день.
Обязательно - водные контрасты!
Обязательно ежедневно пить соду!
Можно, если помогает, гомеопатию!
Использование эфирных масел!
Массаж шиацу и т.п.

Делайте упражнения для шеи - голову вверх, вниз, вправо-влево, положите ухо на плечо, потом на другое. Старайтесь максимально!

Я скажу ещё чуть-чуть от себя: дышите правильно! А это целое искусство! Если чувствуете, что накатило - дышите глубоко, насколько можете и так медленно, как можете. И запомните этот совет для ситуации, когда придёт день Х, а он придёт. На автомате: если что - глубоко дышите. Чувствуете психическую или физическую кроличью нору - дышите! Запомните: у кого есть время - изучайте пранаямы.

А вот некоторые психофизические симптомы и попытка объяснить, как к этому относиться:

1. Чувство, как будто вы находитесь в скороварке интенсивной энергии и, как следствие, - стресс. Помните, чтобы приспособиться к более высокой вибрации, вы должны в конечном итоге измениться. Старые модели поведения и убеждения вылезают на поверхность в конфликтной форме. Управляйте своим поведением (самоконтроль!) с помощью мыслей-приказов. Укрощайте своё ЭГО, эмоции, чувства…

2. Чувство дезориентации, потеря чувства места. Вы не в 3d больше, а на “огненной передовой”! Как для тела, так и для духа!

3. Необычные боли в разных частях тела. Это освобождающиеся заблокированные раньше энергии вибрируют в 3d, пока вы вибрируете в более высоком измерении.

4. Пробуждение ночью между 2 и 4 часами. Многое происходит с нами во сне. С нашими физическими органами и тонкими телами работают в ходе ночного отдыха “космические целители”. Поэтому вам иногда даже может быть необходим перерыв во время этих интенсивных процессов, и вы просыпаетесь.

5. Забывчивость. Вы замечаете за собой, как у вас выпадают из памяти какие-то детали. И это ещё мягко говоря! Дело в том, что время от времени вы находитесь в пограничной зоне, в более чем одном измерении, болтаетесь туда-сюда, и память физическая может в эти моменты просто быть блокирована.
Кроме того: Прошлое - это часть старого, а старое навсегда ушло.

6. Потеря идентичности. Вы пытаетесь получить доступ к себе прошлому, но это уже невозможно. Вы иногда можете поймать себя на ощущении, что вы не знаете, кто это, глядя на себя в зеркало.

7. Опыт “вне тела”. Вы можете чувствовать, как будто кто-то говорит за вас, но это не вы. Это естественный защитный механизм выживания, когда вы находитесь в состоянии стресса. Организм испытывает большой прессинг, и вы “в моменте” на доли секунды как будто покидаете тело. Значит, вы не должны испытывать то, через что проходит ваше тело сейчас. Это длится не больше мгновения и проходит.

8. Повышенная чувствительность к окружающей обстановке. Толпа, шум, еда, машины, ТВ, громкие голоса - всё это вы едва уже можете выносить. Вы легко впадаете в состояние подавленности и, наоборот, с легкостью становитесь взвинчены и гипервозбуждены.
Ваша психика настраивается на новые более тонкие вибрации! Помогите себе разными способами релаксации!

9. Вам не хочется ничего делать? Это не лень и не депрессия. Это ‘перезагрузка’ вашего биокомпьютера. Не насилуйте себя. Ваше тело знает, что ему нужно. ОТДЫХ!

10. Нетерпимость к нижним колебательным явлениям 3d, разговорам, отношениям, общественным структурам и т.д. Они буквально заставляют Вас чувствовать себя больным. Вы растёте, и больше не совпадаете со многим и многими из того, что вас окружало раньше и вовсе не раздражало как теперь. Оно само отпадёт, не волнуйтесь.

11. Внезапное исчезновение каких-то друзей из вашей жизни, изменение привычек, работы, места жительства, рациона питания… Вы духовно поднимаетесь, и эти люди больше не соответствуют вашим вибрациям. Скоро придет НОВОЕ и будет намного лучше.

12. Дни или периоды сильной усталости. Ваше тело теряет плотность, утончается, проходит интенсивную перестройку.

13. Если вы чувствуете атаки низкого уровня сахара в крови, ешьте чаще. Наоборот, вы можете вовсе не хотеть есть.

14. Эмоциональная дестабилизация, слезливость… Все эмоции, которые вы переживали раньше и копили в себе, выходят. Радуйтесь! Не сдерживайте их выход!

15. Ощущение, что “едет крыша”. Ничего страшного. Вы открываете внетелесный опыт и экспириенс других частот - то есть реальностей. Многое стало доступнее вам сейчас. Вы просто не привыкли к этому. Ваши внутренние знания и интуиция крепнут и барьеры исчезают.

16. Беспокойство и паника. Ваше ЭГО теряет бОльшую часть себя и боится.
Ваша физиологическая система испытывает перегрузки. Что-то происходит с вами, что вы не можете понять до конца, но допустИте ЭТО!..

17. Вы также теряете модели поведения низких вибраций, которые вы для себя разработали для выживания в 3d. Это может заставить вас чувствовать себя уязвимым и беспомощным. Эти образцы и модели поведения скоро совсем не будут вам нужны. Просто наберитесь терпения и покоя, подождите.

18. Депрессии. Внешний мир не соответствует вашим потребностям и эмоциям. Вы выпускаете темные энергии, которые были внутри вас. Не пугайтесь и не препятствуйте их выходу, а постарайтесь трансформировать, чтобы они не причинили вреда другим.

19. Сны. Многие отдают себе отчёт, что они переживают необычно интенсивные сны.

20. Неожиданное бросание в пот и скачки температуры. Ваше тело меняет систему “отопления”, сгорают клеточные шлаки, сжигаются остатки прошлого в ваших тонких полях.

21. Ваши планы внезапно меняются в середине пути, и вы начинаете идти в совершенно ином направлении. Ваша душа пытается сбалансировать вашу энергию. Ваша душа знает больше, чем вы. Слушайте и доверяйте своему сердцу!

В вашем СОЗНАНИИ находятся подавленные, неудовлетворённые потребности в ДОБРОТЕ, СОВЕРШЕНСТВЕ, ЦЕЛОСТНОСТИ, ЗАКОНЕ, СПРАВЕДЛИВОСТИ И ПОРЯДКЕ. Возможно, из-за этого у вас возникли или могут возникнуть такие патологические состояния, как АНТИПАТИЯ, НЕДОВЕРИЕ, РАСЧЁТ ТОЛЬКО НА СЕБЯ И ДЛЯ СЕБЯ, ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ, ГНЕВ, ЦИНИЗМ, махровый ЭГОИЗМ…

Знаете, какого “лекарства” вам действительно не хватает? ЗНАНИЙ!

Самовоспроизведение генетического материала. Репликация.

Принципы записи генетической информации. Генетический код и его свойства.

Генетический код – свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Для построения белков в природе используется 20 различных аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек в строго определенной последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следоваетльно и его свойства. Набор аминокислот универсален почти для всех живых организмов.

Свойства ген. кода:

Триплетность- сочетание 3-х нуклеотидов

Непрерывность- между триплетами нет знаков препинания, т.е. информация считывается непрерывно

Неперекрываемость- один и тот же нуклеотид не может одновременно входить в состав нескольких триплетов

Специфичность- определенный кодон соответствует только 1 аминокислоте

Вырожденность- одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов

Универсальность- генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности

Помехоустойчивость

В процессе репликации генетического материала водородные связи между азотистыми основаниями разрываются, и из двойной спирали образуется две нити ДНК. Каждая из них становится матрицей для синтеза другой комплементарной нити ДНК. Последняя, через водородную связь, соединяется с матричной ДНК. Итак, любая дочерняя молекула ДНК состоит из одной старой и одной новой полинуклеотидной цепи. В результате дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, как и у родительских клеток. Поддержание такой ситуации обеспечивается механизмом самокоррекции, осуществляемым ДНК-полимеразой. Способность генетического материала, ДНК, к самовоспроизведению (репликации) лежит в основе размножения живых организмов, передачи наследственных свойств из поколения в поколение и развития многоклеточного организма из зиготы.

Нескорректированные изменения химической структуры генов, воспроизводимые в последовательных циклах репликации и проявляющиеся у потомства в виде новых вариантов признаков, называются генными мутациями.

Изменения структуры ДНК можно разделить на 3 группы: 1. Замена одних оснований другими.

2. сдвиг рамки считывания при изменении количества нуклеотидных пар в составе гена.

3. изменение порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена.

1. Замена одних оснований другими. Могут возникать случайно или под влиянием конкретных химических агентов. Если измененная форма основания остается незамеченной во время репарации, то при ближайшем цикле репликации она может присоединить к себе другой нуклеотид.

Другой причиной может быть ошибочное включение в синтезируемую цепь ДНК нуклеотида, несущего измененную форму основания или его аналог. Если эта ошибка остается незамеченной во время репарации, то измененное основание включается в процесс репликации что приводит к замене одной пары на другую.

Вследствие образуется новый триплет в ДНК. Если этот триплет кодирует ту же аминокислоту, то изменения не отразятся на структуре пептида (вырожденность генетического кода). Если вновь возникший триплет кодирует другую аминокислоту, изменяется структура пептидной цепи и свойства белка.

2. сдвиг рамки считывания. Эти мутации происходят из-за выпадения (делеция) или вставки в нуклеотидную последовательность ДНК одной или нескольких пар комплементарных нуклеотидов. Причиной может быть воздействие на генетический материал некоторых химических веществ (акридиновых соединений). Большое число мутаций происходит вследствие включения в ДНК подвижных генетических элементов – транспозонов. Так же причиной могут послужить ошибки при рекомбинации при неравноценном внутригенном кроссинговере.

При таких мутациях изменяется смысл биологической информации, записанной в данной ДНК.

3. изменение порядка нуклеотидных последовательностей. Данный тип мутаций происходит вследствие поворота участка ДНК на 180ᵒ (инверсия). Это происходит из-за того что молекула ДНК образует петлю, в пределах которой репликация идет в неправильном направлении. В пределах инвертированного участка нарушается считывание информации и нарушается аминокислотная последовательность белка.

Причины: -неравный кроссинговер между гомологичными хромосомами

Внутрихромосомный кроссинговер

Разрывы хромосом

Разрывы с последующим соединением элементов хромосом

Копирование гена и его перенос в другой участок хромосомы

МОСКВА, 25 апр — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Ровно 65 лет назад британские ученые Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали статью о расшифровке структуры ДНК, заложив основы новой науки — молекулярной биологии. Это открытие изменило очень многое в жизни человечества. РИА Новости рассказывает о свойствах молекулы ДНК и о том, почему она так важна.

Во второй половине XIX века биология была совсем молодой наукой. Ученые только приступали к исследованию клетки, а представления о наследственности, хотя и были уже сформулированы Грегором Менделем, не получили широкого признания.

Весной 1868 года молодой швейцарский врач Фридрих Мишер приехал в Университет города Тюбингена (Германия), чтобы заняться научной работой. Он намеревался узнать, из каких веществ состоит клетка. Для экспериментов выбрал лейкоциты, которые легко получить из гноя.

Отделяя ядро от протоплазмы, белков и жиров, Мишер обнаружил соединение с большим содержанием фосфора. Он назвал эту молекулу нуклеином ("нуклеус" на латыни — ядро).

Это соединение проявляло кислотные свойства, поэтому возник термин "нуклеиновая кислота". Его приставка "дезоксирибо" означает, что молекула содержит H-группы и сахара. Потом выяснилось, что на самом деле это соль, но название менять не стали.

В начале XX века ученые уже знали, что нуклеин представляет собой полимер (то есть очень длинную гибкую молекулу из повторяющихся звеньев), звенья сложены четырьмя азотистыми основаниями (аденином, тимином, гуанином и цитозином), а нуклеин содержится в хромосомах — компактных структурах, которые возникают в делящихся клетках. Их способность передавать наследственные признаки продемонстрировал американский генетик Томас Морган в опытах на дрозофилах.

Модель, объяснившая гены

А вот что делает в ядре клетки дезоксирибонуклеиновая кислота, сокращенно ДНК, долго не понимали. Считалось, что она играет какую-то структурную роль в хромосомах. Единицам наследственности — генам — приписывали белковую природу. Прорыв совершил американский исследователь Освальд Эвери, опытным путем доказавший, что генетический материал передается от бактерии к бактерии посредством ДНК.

Стало ясно, что ДНК нужно изучать. Но как? В то время ученым был доступен только рентген. Чтобы просвечивать им биологические молекулы, их приходилось кристаллизовать, а это сложно. Расшифровкой структуры белковых молекул по рентгенограммам занимались в Кавендишской лаборатории (Кембридж, Великобритания). Работавшие там молодые исследователи Джеймс Уотсон и Френсис Крик не располагали собственными экспериментальными данными по ДНК, поэтому они воспользовались рентгенограммами коллег из Королевского колледжа Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин.

Уотсон и Крик предложили модель структуры ДНК, точно соответствующую рентгенограммам: две параллельные цепочки закручены в правую спираль. Каждая цепочка складывается произвольным набором азотистых оснований, нанизанных на остов их сахаров и фосфатов, и удерживается водородными связями, протянутыми между основаниями. Причем аденин соединяется только с тимином, а гуанин — с цитозином. Это правило называют принципом комплементарности.

Модель Уотсона и Крика объясняла четыре главных функции ДНК: репликацию генетического материала, его специфику, хранение информации в молекуле и ее способность мутировать.

Ученые опубликовали свое открытие в журнале Nature 25 апреля 1953 года. Через десять лет им вместе с Морисом Уилкинсом присудили Нобелевскую премию по биологии (Розалинда Франклин скончалась в 1958 году от рака в возрасте 37 лет).

"Теперь, более полувека спустя, можно констатировать, что открытие структуры ДНК сыграло в развитии биологии такую же роль, как в физике — открытие атомного ядра. Выяснение строения атома привело к рождению новой, квантовой физики, а открытие строения ДНК привело к рождению новой, молекулярной биологии", — пишет Максим Франк-Каменецкий, выдающийся генетик, исследователь ДНК, автор книги "Самая главная молекула".

Генетический код

Теперь оставалось узнать, как эта молекула действует. Было известно, что ДНК содержит инструкции для синтеза клеточных белков, которые выполняют всю работу в клетке. Белки — это полимеры, состоящие из повторяющихся наборов (последовательностей) аминокислот. Причем аминокислот — всего двадцать. Виды животных отличаются друг от друга набором белков в клетках, то есть разными последовательностями аминокислот. Генетика утверждала, что эти последовательности задаются генами, которые, как тогда считали, служат первокирпичиками жизни. Но что такое гены, никто в точности не представлял.

Ясность внес автор теории Большого взрыва физик Георгий Гамов, сотрудник Университета Джорджа Вашингтона (США). Основываясь на модели двухцепочечной спирали ДНК Уотсона и Крика, он предположил, что ген — это участок ДНК, то есть некая последовательность звеньев — нуклеотидов. Поскольку каждый нуклеотид — это одно из четырех азотистых оснований, то нужно просто выяснить, как четыре элемента кодируют двадцать. В этом состояла идея генетического кода.

К началу 1960-х установили, что белки синтезируются из аминокислот в рибосомах — своего рода "фабриках" внутри клетки. Чтобы приступить к синтезу белка, к ДНК приближается фермент, распознает определенный участок в начале гена, синтезирует копию гена в виде маленькой РНК (ее называют матричной), затем уже в рибосоме из аминокислот выращивается белок.

Выяснили также, что генетический код — трехбуквенный. Это значит, что одной аминокислоте соответствуют три нуклеотида. Единицу кода назвали кодоном. В рибосоме информация с мРНК считывается кодон за кодоном, последовательно. И каждому из них соответствует несколько аминокислот. Как же выглядит шифр?

На этот вопрос ответили Маршалл Ниренберг и Генрих Маттеи из США. В 1961 году они впервые доложили свои результаты на биохимическом конгрессе в Москве. К 1967-му генетический код полностью расшифровали. Он оказался универсальным для всех клеток всех организмов, что имело далеко идущие последствия для науки.

Открытие структуры ДНК и генетического кода полностью переориентировало биологические исследования. То, что у каждого индивида уникальная последовательность ДНК, кардинально изменило криминалистику. Расшифровка генома человека дала антропологам совершенно новый метод изучения эволюции нашего вида. Недавно изобретенный редактор ДНК CRISPR-Cas позволил сильно продвинуть вперед генную инженерию. По всей видимости, в этой молекуле хранится решение и самых злободневных проблем человечества: рака, генетических заболеваний, старения.

Уотсон и Крик показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе они свиты вместе, т. е. закручены вправо вокруг одной и той же оси, образуя двойную спираль.

Цепи антипараллельны, т. е. направлены в противоположные стороны. Каждая цепь днк состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого перпендикулярно длинной оси двойной спирали располагаются основания; находящиеся друг против друга основания двух противоположных цепей двойной спирали связаны между собой водородными связями.

Сахарофосфатные остовы двух цепей двойной спирали хорошо видны на пространственной модели ДНК. Расстояние между сахарофосфатными остовами двух цепей постоянно и равно расстоянию, занимаемому парой оснований, т. е. одним пурином и одним пиримидином. Два пурина занимали бы слишком много места, а два пиримидина - слишком мало для того,чтобы заполнить промежутки между двумя цепями.

Вдоль оси молекулы соседние пары оснований располагаются на расстоянии 0,34 нм одна от другой, чем и объясняется обнаруженная на рентгенограммах периодичность. Полный оборот спирали приходится на 3,4 нм, т. е. на 10 пар оснований. Никаких ограничений относительно последовательности нук-леотидов в одной цепи не существует, но в силу правила спаривания оснований эта последовательность в одной цепи определяет собой последовательность нуклеотидов в другой цепи. Поэтому мы говорим, что две цепи двойной спирали комплементарны друг другу.

Уотсон и Крик опубликовали сообщение о своей модели ДНК в журнале « » в 1953 г., а в 1962 г. они вместе с Морисом Уилкинсом были удостоены за эту работу Нобелевской премии. В том же году получили Нобелевскую примию Кендрью и Перуц за свои работы по определению трехмерной структуры белков, также выполненные методом рентгеноструктурного анализа. Розалинду Франклин, умершую от рака ранее присуждения этих премий, не включили в число лауреатов, поскольку Нобелевская премия посмертно не присуждается.

Для того чтобы признать предложенную структуру генетическим материалом, требовалось показать, что она способна: 1) нести в себе закодированную информацию и 2) точно воспроизводиться (реплицироваться). Уотсон и Крик отдавали себе отчет в том, что их модель удовлетворяет этим требованиям. В конце своей первой статьи они сдержанно отметили: «От нашего внимания не ускользнуло, что постулированное нами специфическое спаривание оснований сразу же позволяет постулировать и возможный механизм копирования для генетического материала».

Во второй статье, опубликованной втом же 1953 г., они обсудили выводы, которые следовали из их модели, в генетическом плане. Это открытие, показавшее, сколь явно структура может быть связана с функцией уже на молекулярном уровне, дало мощный толчок развитию молекулярной биологии.