Ferenc sír. A DNS titkainak feltárása F. Crick és J. Watson tudományos érdeme az
A DNS kettős hélix 50 éves!
1953. február 28-án, szombaton két fiatal tudós, J. Watson és F. Crick egy kis étkezőben Sas Cambridge-ben bejelentették az ebédlőnek, hogy felfedezték az élet titkát. Sok évvel később Odile, F. Crick felesége azt mondta, hogy természetesen nem hisz neki: amikor hazajött, gyakran nyilatkozott ilyesmiről, de aztán kiderült, hogy ez tévedés. Ezúttal nem történt hiba, ezzel a kijelentéssel a biológia forradalma kezdődött, amely a mai napig tart.
1953. április 25-én a folyóiratban Természet három cikk jelent meg a nukleinsavak szerkezetéről. Az egyikben, amelyet J. Watson és F. Crick írt, a DNS-molekula szerkezetét kettős hélix formájában javasolták. A másik kettő, M. Wilkins, A. Stokes, G. Wilson, R. Franklin és R. Gosling, a DNS-molekulák spirális szerkezetét igazoló kísérleti adatokat mutatott be. A DNS kettős hélixének felfedezésének története egy kalandregényhez hasonlít, és megérdemel egy rövid összefoglalást.
A gének kémiai természetéről és szaporodásuk mátrixelvéről szóló legfontosabb gondolatokat először 1927-ben fogalmazta meg egyértelműen N.K. Kolcov (1872–1940). Tanítványa, N.V. Timofejev-Reszovszkij (1900–1981) ezeket az elképzeléseket a genetikai anyag konvariáns reduplikációjának elveként dolgozta ki. Max Delbrück német fizikus (1906–1981; Nobel-díj 1969), az 1930-as évek közepén tevékenykedett. a berlini Kaiser Wilhelm Kémiai Intézetben, Timofejev-Reszovszkij hatására annyira érdekelte a biológia, hogy otthagyta a fizikát és biológus lett.
A biológusok sokáig, teljes összhangban Engels életdefiníciójával, úgy vélték, hogy az örökletes anyag valamilyen speciális fehérje. Senki sem gondolta, hogy a nukleinsavaknak köze lehet a génekhez – túl egyszerűnek tűntek. Ez 1944-ig folytatódott, amikor is olyan felfedezést tettek, amely gyökeresen megváltoztatta a biológia egész további fejlődését.
Idén jelent meg Oswald Avery, Colin McLeod és McLean McCarthy cikke, amely azt mutatja, hogy a pneumococcusokban az öröklődő tulajdonságok átkerülnek az egyik baktériumról a másikra a tiszta DNS segítségével, pl. A DNS az öröklődés anyaga. McCarthy és Avery ezután kimutatta, hogy a DNS-t DNS-emésztő enzimmel (DNáz) kezelve elvesztette géntulajdonságait. Még mindig nem világos, hogy ezt a felfedezést miért nem ítélték oda Nobel-díjjal.
Nem sokkal korábban, 1940-ben L. Pauling (1901–1994; Nobel-díj 1954 és 1962) és M. Delbrück kidolgozta a molekuláris komplementaritás koncepcióját az antigén-antitest reakciókban. Ugyanezekben az években Pauling és R. Corey kimutatta, hogy a polipeptidláncok spirális szerkezeteket alkothatnak, és valamivel később, 1951-ben Pauling kidolgozott egy elméletet, amely lehetővé tette a különböző spirális struktúrák röntgensugaras mintázatainak megjóslását.
Avery és munkatársai felfedezése után, bár nem győzte meg a fehérjegén-elmélet híveit, világossá vált, hogy meg kell határozni a DNS szerkezetét. Azok között, akik megértették a DNS fontosságát a biológiában, kiélezett versennyel kísért versenyfutás kezdődött az eredményekért.
Az 1940-es években használt röntgenkészülék. aminosavak és peptidek kristályszerkezetének tanulmányozására
1947-1950 között Számos kísérlet alapján E. Chargaff megállapította a DNS-ben található nukleotidok közötti megfelelési szabályt: a purin- és pirimidinbázisok száma azonos, az adeninbázisok száma pedig megegyezik a timinbázisok számával, a guaninbázisok számával. egyenlő a citozin bázisok számával.
Az első szerkezeti munkák (S. Ferberg, 1949, 1952) kimutatták, hogy a DNS spirális szerkezetű. A fehérjék szerkezetének röntgendiffrakciós minták alapján történő meghatározásában széles körű tapasztalattal rendelkező Pauling kétségtelenül gyorsan megoldhatta volna a DNS szerkezetének problémáját, ha lett volna megfelelő röntgendiffrakciós mintázata. Ilyenek azonban nem voltak, és azok közül, amelyeket sikerült megszereznie, nem tudott egyértelműen választani a lehetséges struktúrák egyike mellett. Emiatt Pauling az eredmény közzétételével sietve rossz lehetőséget választott: egy 1953 elején megjelent cikkében egy háromszálú hélix formájú szerkezetet javasolt, amelyben a foszfátmaradékok merev magot alkotnak, a nitrogénbázisok pedig a periférián helyezkednek el.
Sok évvel később, felidézve a DNS szerkezetének felfedezésének történetét, Watson megjegyezte, hogy „Linus [Pauling] nem érdemelte meg, hogy rendbe tegye. Nem olvasta a cikkeket és nem beszélt senkivel. Sőt, még a saját dolgozatát is elfelejtette Delbrückkel, amely a génreplikáció komplementaritásáról beszél. Azt hitte, hogy kitalálja a szerkezetet, csak mert olyan okos.”
Amikor Watson és Crick elkezdett dolgozni a DNS felépítésén, már sok mindent lehetett tudni. Maradt a megbízható röntgenszerkezeti adatok beszerzése és azok értelmezése az akkor már rendelkezésre álló információk alapján. Hogy mindez hogyan történt, azt jól leírja J. Watson „The Double Helix” című híres könyve, bár sok tényt nagyon szubjektíven mutatnak be.
J. Watson és F. Crick egy nagy felfedezés küszöbén
Természetesen egy kettős hélix modell felépítéséhez széleskörű tudásra és intuícióra volt szükség. De több véletlen egybeesése nélkül a modell hónapokkal később is megjelenhetett volna, és szerzői más tudósok is lehettek volna. Íme néhány példa.
Rosalind Franklin (1920–1958), aki M. Wilkinsszel (1962. Nobel-díj) dolgozott a King's College-ban (London), a DNS legjobb minőségű röntgendiffrakciós mintázatát kapta. De ez a munka kevéssé érdekelte, rutinszerűnek tartotta, és nem sietett levonni a következtetéseket. Ezt elősegítette Wilkinsszel való rossz kapcsolata.
1953 legelején Wilkins R. Franklin tudta nélkül megmutatta Watsonnak a röntgenfelvételeit. Ezenkívül ugyanazon év februárjában Max Perutz megmutatta Watsonnak és Cricknek az Orvosi Kutatási Tanács éves jelentését, amely áttekintette az összes vezető alkalmazott, köztük R. Franklin munkáját. F. Cricknek és J. Watsonnak ez elég volt ahhoz, hogy megértsék, hogyan kell felépíteni a DNS-molekulát.
R. Franklin által készített DNS röntgenfelvétele
Wilkins és munkatársai ugyanabban a számban megjelent cikkében Természet Ugyanaz, mint Watson és Crick tanulmánya, kimutatható, hogy a röntgendiffrakciós minták alapján a különböző forrásokból származó DNS szerkezete megközelítőleg azonos, és egy hélix, amelyben a nitrogénbázisok belül helyezkednek el, és a foszfát maradványok kívül.
R. Franklin cikke (tanítványával, R. Goslinggel) 1953 februárjában íródott. Már a cikk kezdeti változatában leírta a DNS szerkezetét két, a tengely mentén egymáshoz képest eltolt koaxiális hélix formájában. belül nitrogéntartalmú bázisokkal, kívül foszfátokkal. Adatai szerint a DNS-hélix B formában (vagyis >70%-os relatív páratartalom mellett) 3,4 nm volt, és fordulatonként 10 nukleotid volt. Watsonnal és Crickkel ellentétben Franklin nem épített modelleket. Számára a DNS nem volt érdekesebb tanulmányi tárgy, mint a szén és a szén, amelyeket Franciaországban tanult, mielőtt a King's College-ba került.
Miután megismerte a Watson-Crick modellt, kézzel hozzátette a cikk végső változatához: „Így általános elképzeléseink nem mondanak ellent az előző cikkben megadott Watson-Crick modellnek.” Ami nem meglepő, mert... ez a modell az ő kísérleti adatain alapult. De sem Watson, sem Crick, annak ellenére, hogy a legbarátságosabb kapcsolatokat ápoltak R. Franklinnal, soha nem mondta el neki azt, amit évekkel a halála után sokszor nyilvánosan megismételtek – hogy az ő adatai nélkül soha nem tudták volna megépíteni a modelljüket.
R. Franklin (bal szélső) egy párizsi találkozón kollégáival
R. Franklin 1958-ban rákban halt meg. Sokan úgy gondolják, hogy ha 1962-ig élt volna, a Nobel-bizottságnak meg kellett volna szegnie szigorú szabályait, és nem három, hanem négy tudósnak ítélte volna oda a díjat. Az ő és Wilkins eredményeinek elismeréseként a King's College egyik épülete a Franklin-Wilkins nevet kapta, örökre összekapcsolva azoknak az embereknek a nevét, akik alig beszéltek egymással.
Watson és Crick cikkének olvasásakor (lásd alább) az ember meglepődik kis terjedelmén és lapidáris stílusán. A szerzők tisztában voltak felfedezésük jelentőségével, és ennek ellenére csak a modell leírására korlátozódtak, és egy rövid utalásra, hogy „a feltételezett... specifikus párok kialakulásából azonnal következik a genetikai anyag másolásának lehetséges mechanizmusa. .” Maga a modell mintha a levegőből lett volna – nincs utalás arra, hogyan szerezték be. Szerkezeti jellemzőit nem adjuk meg, kivéve a hélix hangmagasságát és a nukleotidok számát az egy hangmagasságban. A párok kialakulása szintén nincs egyértelműen leírva, mert Abban az időben két rendszert használtak a pirimidinek atomjainak számozására. A cikket egyetlen rajz illusztrálja, amelyet F. Crick felesége készített. A hétköznapi biológusok számára azonban Wilkins és Franklin krisztallográfiai adatokkal túlterhelt cikkei nehezen érthetőek voltak, Watson és Crick cikkét viszont mindenki megértette.
Később Watson és Crick is elismerte, hogy egyszerűen féltek bemutatni minden részletet az első cikkben. Ezt egy második, „A DNS szerkezetének genetikai következményei” című cikkben tették meg, és ben publikálták. Természet Ugyanezen év május 30. Megmutatja a modell indoklását, a DNS szerkezetének minden dimenzióját és részletét, a láncképzés és a bázispárosodás mintáit, és kitér a genetikai vonatkozásokra. Az előadás jellege és hangvétele azt jelzi, hogy a szerzők eléggé biztosak a helyességükben és felfedezésük fontosságában. Igaz, csak két hidrogénkötéssel kötötték össze a G–C párost, de egy évvel később egy módszertani cikkben jelezték, hogy három kötés is lehetséges. Pauling ezt hamarosan számításokkal is megerősítette.
Watson és Crick felfedezése kimutatta, hogy a genetikai információ négybetűs ábécé szerint van írva a DNS-ben. De még 20 évbe telt, mire megtanultam olvasni. Azonnal felmerült a kérdés, hogy mi legyen a genetikai kód. A választ erre a kérdésre 1954-ben G.A. elméleti fizikus javasolta. Gamow*: a DNS-ben lévő információt nukleotidhármasok - kodonok kódolják. Ezt 1961-ben kísérletileg megerősítette F. Crick és S. Brenner. Majd 3-4 éven belül M. Nirenberg (Nobel-díj 1965), S. Ochoa (Nobel-díj 1959), H. Korana (Nobel-díj 1965) és mások munkáiban a kodonok és aminosavak közötti megfelelés.
Az 1970-es évek közepén. F. Sanger (szül. 1918; Nobel-díj 1958-ban és 1980-ban), szintén Cambridge-ben dolgozott ki egy módszert a DNS-ben található nukleotidszekvenciák meghatározására. Sanger segítségével meghatározta a jX174 bakteriofág genomját alkotó 5386 bázis szekvenciáját. Ennek a fágnak a genomja azonban ritka kivétel: ez egyszálú DNS.
A genomok mai korszaka 1995 májusában kezdődött, amikor J.K. Venter bejelentette egy egysejtű szervezet - egy baktérium - első genomjának megfejtését. Haemophilus influenzae. Körülbelül 100 különböző szervezet genomját sikerült megfejteni.
Egészen a közelmúltig a tudósok úgy gondolták, hogy a sejtben mindent a DNS-ben lévő bázisok sorrendje határoz meg, de az élet láthatóan sokkal összetettebb.
Ma már jól ismert, hogy a DNS-nek gyakran más alakja van, mint a Watson–Crick kettős hélix. Több mint 20 évvel ezelőtt laboratóriumi kísérletekben fedezték fel a DNS úgynevezett Z-helikális szerkezetét. Ez is egy kettős spirál, de a klasszikus szerkezethez képest az ellenkező irányba csavarodott. Egészen a közelmúltig azt hitték, hogy a Z-DNS-nek semmi köze az élő szervezetekhez, de a közelmúltban a National Heart, Lung and Blood Institutes (USA) kutatóinak egy csoportja felfedezte, hogy az immunrendszer egyik génje csak akkor aktiválódik. amikor szabályozó sorozatának egy része Z alakba kerül. Jelenleg azt feltételezik, hogy a Z-forma átmeneti kialakulása számos gén expressziójának szabályozásában szükséges láncszem lehet. Egyes esetekben a vírusfehérjékről azt találták, hogy kötődnek a Z-DNS-hez, és sejtkárosodáshoz vezetnek.
A DNS a spirális struktúrákon kívül prokariótákban és egyes vírusokban is kialakíthatja a jól ismert csavart gyűrűket.
Tavaly S. Nidle, az Institute of Cancer Research (London) munkatársa felfedezte, hogy a kromoszómák szabálytalan végei – a telomerek, amelyek a DNS egyszálai – nagyon szabályos struktúrákká hajthatók össze, amelyek propellerhez hasonlítanak. Hasonló struktúrákat találtak a kromoszómák más régióiban is, és ezeket G-kvadrupplexeknek nevezték, mivel ezeket a DNS guaninban gazdag régiói alkotják.
Úgy tűnik, az ilyen struktúrák segítenek stabilizálni azokat a DNS-szakaszokat, ahol kialakulnak. Az egyik G-quadruplexet közvetlenül a gén mellett találták meg c-MYC, melynek aktiválása rákot okoz. Ebben az esetben megakadályozhatja, hogy a génaktivátor fehérjék kötődjenek a DNS-hez, és a kutatók már elkezdték kutatni a G-kvadrupplexek szerkezetét stabilizáló gyógyszerek után, abban a reményben, hogy ezek segíthetnek a rák elleni küzdelemben.
Az elmúlt években nemcsak a DNS-molekulák azon képességét fedezték fel, hogy a klasszikus kettős hélixtől eltérő struktúrákat alkotnak. A tudósok meglepetésére a sejtmagban lévő DNS-molekulák folyamatos mozgásban vannak, mintha „táncolnának”.
Régóta ismert, hogy a DNS a sejtmagban a hisztonfehérjékkel komplexeket képez a spermiumban lévő protaminnal. Ezeket a komplexumokat azonban erősnek és statikusnak tekintették. A modern videotechnológia segítségével valós időben lehetett filmezni ezen komplexumok dinamikáját. Kiderült, hogy a DNS-molekulák folyamatosan röpke kapcsolatokat alakítanak ki egymással és különféle fehérjékkel, amelyek legyekként lebegnek a DNS körül. Egyes fehérjék olyan gyorsan mozognak, hogy 5 másodperc alatt eljutnak a sejtmag egyik oldaláról a másikra. Még a H1 hiszton is, amely a legszorosabban kötődik a DNS-molekulához, percenként disszociál és újra kapcsolódik hozzá. A kapcsolatoknak ez az inkonzisztenciája segít a sejtnek szabályozni génjei aktivitását – a DNS folyamatosan ellenőrzi a transzkripciós faktorok és más szabályozó fehérjék jelenlétét a környezetében.
A meglehetősen statikus képződménynek - genetikai információk tárházának - tekintett mag valójában vibráló életet él, és a sejt jóléte nagyban függ összetevőinek koreográfiájától. Egyes emberi betegségeket okozhatnak ezek a molekuláris táncok koordinációjának zavarai.
Nyilvánvaló, hogy az atommag életének ilyen megszervezésével a különböző részei egyenlőtlenek - a legaktívabb „táncosoknak” közelebb kell lenniük a központhoz, a legkevésbé aktívaknak pedig közelebb kell lenniük a falakhoz. És így is lett. Például az emberben a 18-as kromoszóma, amely csak néhány aktív gént tartalmaz, mindig a sejtmag határának közelében található, és az aktív génekkel teli 19-es kromoszóma mindig a központ közelében található. Sőt, a kromatin és a kromoszómák mozgása, sőt egyszerűen a kromoszómák egymáshoz viszonyított helyzete nyilvánvalóan befolyásolja génjeik aktivitását. Így a 12-es, 14-es és 15-ös kromoszómák szoros elhelyezkedése az egér limfóma sejtek magjában olyan tényezőnek tekinthető, amely hozzájárul a sejt rákos sejtté történő átalakulásához.
Az elmúlt fél évszázad a biológiában a DNS korszaka lett – az 1960-as években. a genetikai kódot az 1970-es években fejtették meg. Az 1980-as években rekombináns DNS-t kaptak, és szekvenálási módszereket fejlesztettek ki. Kifejlesztették a polimeráz láncreakciót (PCR), és 1990-ben elindult a Human Genome Project. Watson egyik barátja és munkatársa, W. Gilbert úgy véli, hogy a hagyományos molekuláris biológia halott – most már mindent ki lehet deríteni a genomok tanulmányozásával.
F. Crick a Cambridge-i Molekuláris Biológiai Laboratórium munkatársai között
Most, Watson és Crick 50 évvel ezelőtti iratait átnézve az ember meglepett, hogy a feltételezések közül mennyi bizonyult igaznak vagy közel az igazsághoz – elvégre szinte semmilyen kísérleti adatuk nem volt. Ami magukat a szerzőket illeti, mindkét tudós a DNS szerkezetének felfedezésének ötvenedik évfordulóját ünnepli, jelenleg aktívan dolgoznak a biológia különböző területein. J. Watson a Human Genome Project egyik kezdeményezője volt, és továbbra is a molekuláris biológia területén dolgozik, F. Crick pedig 2003 elején publikált egy cikket a tudat természetéről.
J.D. Watson,
|
* Georgij Antonovics Gamov (1904–1968, 1933-ban emigrált az USA-ba) - a 20. század egyik legnagyobb tudósa. Ő a szerzője a théta-bomlás elméletének és az alagúthatásnak a kvantummechanikában; Az atommag folyadék-csepp modellje - a nukleáris bomlás és a termonukleáris reakciók elméleteinek alapja; a csillagok belső szerkezetének elmélete, amely kimutatta, hogy a napenergia forrása a termonukleáris reakciók; a „Big Bang” elmélet az Univerzum evolúciójában; A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás elméletei a kozmológiában. Ismeretesek tudományos népszerűsítő könyvei, mint például a Mr. Tompkinsról szóló könyvsorozat (Mr. Tompkins Csodaországban, Mr. Tompkins belül stb.), Egy, kettő, három... Végtelen, Föld nevű bolygó" ill. stb.
Ennek a történetnek az eleje viccnek is felfogható. – És most fedeztük fel az élet titkát! - mondta annak a két férfinak az egyike, akik pontosan 50 éve - 1953. február 28-án - betértek a Cambridge Eagle kocsmába. És ezek az emberek, akik a közeli laboratóriumban dolgoztak, egyáltalán nem túloztak. Egyiküket Francis Cricknek, a másikat James Watsonnak hívták.
Watson és Crick felfedezte a dezoxiribonukleinsav (DNS) szerkezetét, egy olyan anyag, amely minden örökletes információt tartalmaz. Néhány hónappal a kocsmában történt történelmi bejelentés után két kutató munkájának óvatos publikációja jelent meg a Nature folyóiratban (Watson J.D., Crick F.H.C. Molecular structure of nuclein acids // Nature. 1953. V. 171. P. 738 -740). A cikk azzal a felvetéssel zárult, hogy a DNS szerkezetének felfedezése megmagyarázhatja a genetikai anyag másolásának mechanizmusait.
Az ötvenes években már ismerték, hogy a DNS egy nagy molekula, amely négy különböző típusú kis molekulák ezreiből áll, amelyek egy vonalban - nukleotidokban - kapcsolódnak egymáshoz. A tudósok azt is tudták, hogy a DNS a felelős a genetikai információk tárolásáért és öröklődéséért, hasonlóan a négybetűs ábécével írt szöveghez. Ennek a molekulának a térbeli szerkezete és a DNS sejtről sejtre és szervezetről szervezetre öröklődő mechanizmusa ismeretlen maradt.
1948-ban Linus Pauling felfedezte más makromolekulák – fehérjék – térszerkezetét. Pauling a jade ágyához kötve több órát töltött papír hajtogatásával, amellyel megpróbálta modellezni egy fehérje molekula konfigurációját, és megalkotta az „alfa hélix” nevű szerkezet modelljét.
Watson szerint a felfedezés után a DNS helikális szerkezetére vonatkozó hipotézis népszerűvé vált laboratóriumukban. Watson és Crick a röntgendiffrakciós elemzés vezető szakértőivel működött együtt, és Crick szinte pontosan tudta észlelni a spirál jeleit az így kapott képeken.
Pauling azt is hitte, hogy a DNS egy hélix, ráadásul három szálból áll. Azonban nem tudta megmagyarázni sem egy ilyen szerkezet természetét, sem a DNS önmegkettőzésének mechanizmusait a leánysejtekbe való átvitelhez.
A kétszálú szerkezet felfedezésére azután került sor, hogy Maurice Wilkins titokban megmutatta Watsonnak és Cricknek egy DNS-molekula röntgenfelvételét, amelyet munkatársa, Rosalind Franklin készített. Ezen a képen egyértelműen felismerték a spirál jeleit, és elindultak a laboratóriumba, hogy mindent megvizsgáljanak egy háromdimenziós modellen.
A laboratóriumban kiderült, hogy a műhely nem szállította a sztereó modellhez szükséges fémlemezeket, és Watson négyféle nukleotid modellt vágott ki kartonból - guanint (G), citozint (C), timint (T) és adenint. (A) - és elkezdte kirakni őket az asztalra. Aztán felfedezte, hogy az adenin a timinnel, a guanin pedig a citozinnal a „kulcszár” elv szerint egyesül. A DNS-spirál két szála pontosan így kapcsolódik egymáshoz, vagyis a timinnal szemben az egyik szálból mindig adenin lesz a másikból, semmi más.
Ez az elrendezés lehetővé tette a DNS-másolódás mechanizmusainak magyarázatát: a hélix két szála eltér egymástól, és mindegyikhez nukleotidokból adják hozzá a hélix korábbi „partnerének” pontos másolatát. Ugyanazt az elvet használva, mint pozitívat nyomtatni negatívból egy fényképen.
Rosalind Franklin sorsa nagyon szomorú volt. Wilkins kizárólag „kékharisnyásnak” nevezte beosztottját, és állandó konfliktusban volt vele. Bár Franklin nem támasztotta alá a DNS helikális szerkezetének hipotézisét, Watson és Crick felfedezésében az ő fényképei játszottak döntő szerepet. És talán Pauling negyedik Nobel-díjat kapott volna, ha a brit kutatók előtt láthatta volna ezeket a képeket.
Rosalind nem élte meg a díjat, amelyet Wilkins, Watson és Crick kapott. 1958-ban rákban halt meg.
Nyilvánvaló, hogy a DNS térszerkezetének felfedezése forradalmat hozott a tudomány világában, és új felfedezések egész sorát vonja maga után, amelyek nélkül nem csak a modern tudomány, hanem általában a modern élet sem képzelhető el.
A múlt század hatvanas éveiben Watson és Crick feltételezése a DNS-replikáció (duplázódás) mechanizmusáról teljes mértékben beigazolódott. Ezenkívül kimutatták, hogy egy speciális fehérje, a DNS-polimeráz vesz részt ebben a folyamatban.
Körülbelül ugyanebben az időben egy másik fontos felfedezésre került sor - a genetikai kódra. Mint fentebb említettük, a DNS mindent tartalmaz, ami öröklődik, beleértve a testben lévő összes fehérje lineáris szerkezetét is. A fehérjék a DNS-hez hasonlóan hosszú aminosavak molekuláris láncai. Ebből 20 aminosav van, ennek megfelelően nem volt világos, hogy a négybetűs ábécéből álló DNS „nyelve” hogyan fordítható le a fehérjék „nyelvére”, ahol 20 „betűt” használnak.
Kiderült, hogy a három DNS-nukleotid kombinációja egyértelműen megfelel a 20 aminosav egyikének. Így ami a DNS-re „írva” van, az egyértelműen fehérjévé válik.
A hetvenes években két fontosabb módszer jelent meg, amelyek Watson és Crick felfedezésén alapulnak. Ez a szekvenálás és a rekombináns DNS kinyerése. A szekvenálás lehetővé teszi a nukleotidok szekvenciájának „olvasását” a DNS-ben. Ezen a módszeren alapul az egész Human Genome program.
A rekombináns DNS megszerzését másképpen molekuláris klónozásnak nevezik. Ennek a módszernek az a lényege, hogy egy adott gént tartalmazó fragmentumot beépítenek egy DNS-molekulába. Ily módon például olyan baktériumokat nyernek, amelyek a humán inzulin génjét tartalmazzák. Az így kapott inzulint rekombinánsnak nevezik. Minden „génmódosított termék” ugyanazzal a módszerrel készül.
Paradox módon a reproduktív klónozás, amelyről most mindenki beszél, a DNS szerkezetének felfedezése előtt jelent meg. Nyilvánvaló, hogy most az ilyen kísérleteket végző tudósok aktívan használják Watson és Crick felfedezésének eredményeit. De kezdetben a módszer nem ezen alapult.
A tudomány következő fontos lépése a polimeráz láncreakció kifejlesztése volt a nyolcvanas években. Ezt a technológiát a kívánt DNS-fragmens gyors „reprodukálására” használják, és már számos alkalmazást találtak a tudományban, az orvostudományban és a technológiában. Az orvostudományban a PCR-t a vírusos betegségek gyors és pontos diagnosztizálására használják. Ha a páciens analíziséből nyert DNS-tömeg minimális mennyiségben is tartalmaz vírus által hozott géneket, akkor PCR segítségével ezek „sokszorozhatók”, majd könnyen azonosíthatók.
Amellett, hogy Watson és Crick felfedezése számos tudományos tanulmány, köztük a híres Human Genome Project alapja lett, a DNS-molekula nyomot hagyott a modern festészetben, moziban és építészetben.
Francis Harry Compton Crick, Harry Crick és Annie Elizabeth Wilkins első gyermeke 1916. június 8-án született egy kis faluban, Northamptonshire közelében, Angliában. Nagyapja, az amatőr természettudós Walter Drawbridge Crick kutatási jelentéseket írt a helyi foraminiferákról, és levelezett Charles Darwinnal. A haslábúak osztályának két képviselőjét még a nagyapjáról is elnevezték.
Ferenc már fiatalon érdeklődni kezdett a tudomány iránt, és aktívan merített ismereteket a könyvekből. Szülei elvitték a templomba, de 12 éves korához közelebb a fiú bejelentette, hogy felhagy a vallásos hitével, hogy kérdéseire tudományos szempontból választ keressen. Később némi iróniával azt mondta, hogy a felnőttek legalább megbeszélhetik a kereszténységgel kapcsolatos kérdéseket, de a gyerekeket ettől az egésztől távol kell tartani.
21 évesen Crick fizikából szerzett bachelor fokozatot a londoni University College-ban. A második világháború alatt az Admiralitás Kutatólaboratóriumában kötött ki, ahol mágneses és akusztikus aknákat fejlesztett ki, és fontos szerepet játszott egy új akna létrehozásában, amely hatékonynak bizonyult a német aknavetőkkel szemben.
1947-ben Crick biológiát kezdett tanulni, csatlakozva a "migráns tudósok" áramához, akik feladták fizikális tanulmányaikat biológiáért. A fizika „eleganciájáról és mélységes egyszerűségéről” át kellett váltania „azokra az összetett kémiai folyamatokra, amelyek a természetes szelekció révén alakultak ki évmilliárdok alatt”. Az egyik területről a másikra való átmenet súlyát hangsúlyozva Crick kijelentette, hogy "gyakorlatilag újjászületett".
Francis a következő két év nagy részét a citoplazma fizikai tulajdonságainak tanulmányozásával töltötte a cambridge-i Strangeways Laboratóriumban, Honor Bridget Fell vezetésével, amíg el nem kezdett Max Perutz-cal és John Kendrew-val () a Cavendish Laboratoryban. 1951 végén Crick James Watsonnal dolgozott, akivel 1953-ban közösen kidolgozott modellt publikált a DNS helikális szerkezetére.
Maurice Wilkins is részt vett a dezoxiribonukleinsav szerkezetének felfedezésében. Megmutatta Francisnak és Jamesnek egy DNS-molekula röntgenfelvételét, amelyet alkalmazottja, Rosalind Franklin készített, és ezt követően a tudósok meg tudták magyarázni a DNS-másolás mechanizmusait. A molekuláris biológiában Crick bevezette a „Central Dogma” kifejezést, amely általánosítja a genetikai információ (DNS → RNS → fehérje) megvalósításának szabályát.
Karrierje hátralévő részében Crick a kaliforniai La Jolla-ban található J. Salk Biológiai Tanulmányok Intézetében dolgozott. Feladatai csak a tudományos kutatómunkára korlátozódtak. Ferenc későbbi kutatásai az elméleti neurobiológiára összpontosítottak, és az emberi tudat tanulmányozásának előmozdítására irányuló vágyához kapcsolódnak.
Ferenc kétszer nősült. Három gyermeke és hat unokája volt. 2004. július 28-án halt meg vastagbélrákban.
A nap legjobbja
Látogatott:6279 |
Igor Khiryak. A csernobili baleset fekete felszámolója |
A megkettőzött DNS-spirál felfedezése vízválasztó pillanatnak bizonyult a biológiában. Az angol Francis Crick és az amerikai James Watson készítette. 1962-ben a tudósok Nobel-díjat kaptak.
A bolygó legokosabb emberei között tartják őket. Crick számos felfedezést tett különböző területeken, nem korlátozva a genetikára. Watson számos kijelentésével vívta ki magának az ismertséget, de ez inkább rendkívüli emberként jellemzi.
Gyermekkor
Francis Crick 1916-ban született az angliai Northamptonban. Apja sikeres üzletember volt, és egy cipőgyár tulajdonosa volt. Egy rendes középiskolába járt. A háború után a család jövedelme jelentősen csökkent, a fej úgy döntött, hogy a családot Londonba költözteti. Francis a Mill Hill Schoolban végzett, ahol a matematika, a fizika és a kémia érdekelte. Később a University College Londonban tanult, és Bachelor of Science fokozatot kapott.
Aztán leendő kollégája, James Watson egy másik kontinensen született. Gyerekkora óta más volt, mint a hétköznapi gyerekek, Jamesnek fényes jövőt jósoltak. Chicagóban született 1928-ban. Szülei szeretettel és örömmel vették körül.
Az első osztályos tanár megjegyezte, hogy intelligenciája nem megfelelő a korához. 3. osztály után részt vett a rádióban a gyerekeknek szóló szellemi vetélkedőn. Watson elképesztő képességeket mutatott be. Később meghívták a négyéves Chicagói Egyetemre, ahol érdeklődni kezdett az ornitológia iránt. Az alapdiplomával rendelkező fiatalember úgy dönt, hogy az indianai Bloomington Egyetemen folytatja tanulmányait.
Érdeklődés a tudomány iránt
Watson az Indianai Egyetemen genetikát tanul, és Salvador Lauria biológus és a zseniális genetikus, J. Moeller figyelmébe ajánljuk. Az együttműködés eredményeként egy értekezés született a röntgensugárzás baktériumokra és vírusokra gyakorolt hatásáról. Egy zseniális védekezés után James Watson a tudomány doktora lett.
A bakteriofágokkal kapcsolatos további kutatások a távoli Dániában – a Koppenhágai Egyetemen – zajlanak majd. A tudós aktívan dolgozik egy DNS-modell összeállításán és annak tulajdonságainak tanulmányozásán. Munkatársa a tehetséges biokémikus, Herman Kalkar. A Cambridge-i Egyetemen azonban sorsdöntő találkozóra kerül sor Francis Crickkel. Egy tudósra törekvő Watson, aki mindössze 23 éves, meghívja Francist a laboratóriumába, hogy együtt dolgozzanak.
A második világháború előtt Crick tanulmányozta a víz viszkozitását különböző állapotokban. Később a haditengerészeti osztálynál kellett dolgoznia – aknákat fejleszt. A fordulópont E. Schrödinger könyvének olvasása lesz. A szerző ötletei arra késztették Ferencet, hogy biológiát tanuljon. 1947 óta egy cambridge-i laboratóriumban dolgozik, ahol röntgendiffrakciót, szerves kémiát és biológiát tanult. Vezetője Max Perutz volt, aki a fehérjék szerkezetét tanulmányozza. Crick érdeklődést mutat a genetikai kód kémiai alapjainak meghatározása iránt.
DNS dekódolás
1951 tavaszán Nápolyban szimpóziumot tartottak, ahol James találkozott Maurice Wilkins angol tudóssal és Rosalyn Franklin kutatóval, akik szintén DNS-elemzést végeztek. Megállapították, hogy a cella szerkezete hasonló egy csigalépcsőhöz - kettős spirál alakú. Kísérleti adataik további kutatásra késztették Watsont és Cricket. Úgy döntenek, hogy meghatározzák a nukleinsavak összetételét, és megkeresik a szükséges finanszírozást – a Csecsemőparalízis Nemzeti Társaságának támogatását.
James Watson 1953-ban tájékoztatják a világot a DNS szerkezetéről, és bemutatják a molekula elkészült modelljét.
Mindössze 8 hónapon belül két zseniális tudós fogja összefoglalni kísérleteinek eredményeit a rendelkezésre álló adatokkal. Egy hónap múlva golyókból és kartonpapírból háromdimenziós DNS-modellt készítenek.
A felfedezést Lawrence Bragg, a Cavendish Laboratórium igazgatója jelentette be egy április 8-i belga konferencián. A felfedezés fontosságát azonban nem ismerték fel azonnal. Csak április 25-én, a Nature tudományos folyóiratban megjelent cikk után, a biológusok és más díjazottak igazán értékelték az új ismeretek értékét. Az eseményt az évszázad legnagyobb felfedezésének tartották.
1962-ben az angolokat Wilkinst és Cricket, valamint az amerikai Watsont jelölték orvosi Nobel-díjra. Sajnos Rosalind Franklin 4 éve meghalt, és nem volt a versenyzők között. Erről óriási botrány kerekedett, ugyanis a modell Franklin kísérleteinek adatait használta fel, bár hivatalos engedélyt nem adott. Crick és Watson szorosan együttműködött párjával, Wilkins-szel, és maga Rosalind élete végéig nem tudta meg kísérleteinek fontosságát az orvostudományban.
Watsonnak emlékművet állítottak New York-i felfedezéséért. Wilkins és Crick nem részesült ebben a megtiszteltetésben, mert nem volt amerikai állampolgárságuk.
Karrier
A DNS szerkezetének felfedezése után Watson és Crick elvált egymástól. James a Kaliforniai Egyetem biológia tanszékének vezető tagja, majd professzor lett. 1969-ben felajánlották neki, hogy a Long Island-i Molekuláris Biológiai Laboratórium élére álljon. A tudós nem hajlandó a Harvardon dolgozni, ahol 1956 óta dolgozik. Élete hátralevő részét a neurobiológiának fogja szentelni, a vírusok és a DNS rákra gyakorolt hatását tanulmányozza. A tudós vezetésével a laboratórium a kutatási minőség új szintjére jutott, finanszírozása jelentősen megnőtt. A Gold Spring Harbor a világ vezető molekuláris biológia-kutatási központjává vált. 1988 és 1992 között Watson aktívan részt vett számos, az emberi genom tanulmányozására irányuló projektben.
A nemzetközi elismerés után Crick egy cambridge-i biológiai laboratórium vezetője lett. 1977-ben a kaliforniai San Diegóba költözött, hogy tanulmányozza az álmok és a látás mechanizmusait.
Francis Creek 1983-ban a matematikussal, Gr. Mitchison azt javasolta: az álmok az agy azon képessége, hogy megszabaduljon a napközben felhalmozódott haszontalan és túlzott asszociációktól. A tudósok az álmokat az idegrendszer túlterhelésének megelőzésének egyik módjának nevezték.
1981-ben jelent meg Francis Crick „Az élet úgy, ahogy van: eredete és természete” című könyve, amelyben a szerző a földi élet eredetéről spekulál. Az ő verziója szerint a bolygó első lakói más űrobjektumokból származó mikroorganizmusok voltak. Ez magyarázza az összes élő objektum genetikai kódjának hasonlóságát. A tudós 2004-ben halt meg onkológiában. Elhamvasztották, hamvait pedig a Csendes-óceánra szórták.
Francis Creek 2004-ben Watson rektor lett, de 2007-ben le kellett mondania erről a posztról, mert a származás (faji) és az intelligencia szintjének genetikai kapcsolatáról beszélt. A tudós előszeretettel kommentál provokatívan és sértően kollégái munkáját, ez alól Franklin sem volt kivétel. Egyes kijelentéseket elhízott emberek és homoszexuálisok elleni támadásnak tekintették.
2007-ben Watson kiadta önéletrajzát Avoid Boring címmel. 2008-ban nyilvános előadást tartott a Moszkvai Állami Egyetemen. Watsont az első személynek, akinek teljesen megfejtett genomja van. A tudós jelenleg azon dolgozik, hogy megtalálja a mentális betegségekért felelős géneket.
Crick és Watson új lehetőségeket nyitott meg az orvostudomány fejlődésében. Tudományos tevékenységük jelentőségét lehetetlen túlbecsülni.
Fontos számunkra az információk relevanciája és megbízhatósága. Ha hibát vagy pontatlanságot talál, kérjük, jelezze felénk. Jelölje ki a hibátés nyomja meg a billentyűparancsot Ctrl+Enter .
Biológiai munka
Romanova Anasztázia
Francis Crick
James Watson
"A DNS másodlagos szerkezetének felfedezése"
Ennek a történetnek az eleje viccnek is felfogható. – És most fedeztük fel az élet titkát! - mondta annak a két férfinak az egyike, akik pontosan 57 éve - 1953. február 28-án - betértek a Cambridge Eagle Pub-ba. És ezek az emberek, akik egy közeli laboratóriumban dolgoztak, egyáltalán nem túloztak. Egyiküket Francis Cricknek, a másikat James Watsonnak hívták.
Életrajz:
Francis Creek
A háború éveiben Crick aknák létrehozásán dolgozott a brit haditengerészeti minisztérium kutatólaboratóriumában. A háború befejezése után két évig ebben a minisztériumban dolgozott, és ekkor olvasta el Erwin Schrödinger „Mi az élet? Az élő sejt fizikai vonatkozásai", 1944-ben megjelent. A könyvben Schrödinger felteszi a kérdést: „Hogyan magyarázhatók meg a fizika és a kémia szemszögéből az élő szervezetben előforduló tér-időbeli események?”
A könyvben bemutatott ötletek annyira befolyásolták Cricket, hogy részecskefizikával foglalkozni szándékozóan áttért a biológiára. Archibald W. Will támogatásával Crick Orvosi Kutatási Tanácsi ösztöndíjat kapott, és 1947-ben a cambridge-i Strangeway Laboratoryban kezdett dolgozni. Itt biológiát, szerves kémiát és a molekulák térszerkezetének meghatározására használt röntgendiffrakciós technikákat tanult.
James Deway Watson
1928. április 6-án született Chicagóban, Illinois államban, James D. Watson üzletember és Jean (Mitchell) Watson, egyetlen gyermeke gyermekeként.
Elemi és középiskolai tanulmányait Chicagóban szerezte. Hamar kiderült, hogy James szokatlanul tehetséges gyerek, és felkérték, hogy szerepeljen a „Kvíz gyerekeknek” című rádióműsorban. Mindössze két év középiskola után Watson 1943-ban ösztöndíjat kapott, hogy részt vegyen egy négyéves kísérleti főiskolán a Chicagói Egyetemen, ahol felkeltette érdeklődését az ornitológia tanulmányozása. Miután 1947-ben megszerezte a Chicagói Egyetemen Bachelor of Science fokozatot, az Indiana University Bloomingtonon folytatta tanulmányait.
Ekkorra Watson érdeklődni kezdett a genetika iránt, és Indianában kezdett tanulni Herman J. Meller e terület specialistája és Salvador Luria bakteriológus irányítása alatt. Watson disszertációt írt a röntgensugárzásnak a bakteriofágok (baktériumokat megfertőző vírusok) reprodukciójára gyakorolt hatásáról, és 1950-ben doktorált. A National Research Society támogatása lehetővé tette számára, hogy a dániai Koppenhágai Egyetemen folytassa a bakteriofágokkal kapcsolatos kutatásait. Ott a bakteriofág DNS biokémiai tulajdonságait tanulmányozta. Azonban, amint később visszaemlékezett, a fággal végzett kísérletek kezdtek rá nehezedni, többet akart megtudni a DNS-molekulák valódi szerkezetéről, amelyről a genetikusok olyan lelkesen beszéltek.
1951 októberébenévben a tudós a Cambridge-i Egyetem Cavendish Laboratóriumába ment, hogy John C. Kendrew-val közösen tanulmányozza a fehérjék térszerkezetét. Ott ismerkedett meg Francis Crick-kel, (a biológia iránt érdeklődő fizikus), aki akkoriban doktori disszertációját írta.
Ezt követően szoros alkotói kapcsolatokat építettek ki. „Intellektuális szerelem volt első látásra” – mondja egy tudománytörténész. Közös érdekeik, életszemléletük és gondolkodásmódjuk ellenére Watson és Crick kíméletlenül, bár udvariasan kritizálták egymást. Ebben az intellektuális duettben eltérő szerepük volt. „Francis volt az agy, én pedig az érzés” – mondja Watson
1952-től kezdve, Chargaff, Wilkins és Franklin korai munkáira építve, Crick és Watson úgy döntött, hogy megpróbálják meghatározni a DNS kémiai szerkezetét.
Az ötvenes években már ismerték, hogy a DNS egy nagy molekula, amely egy vonalban egymáshoz kapcsolódó nukleotidokból áll. A tudósok azt is tudták, hogy a DNS felelős a genetikai információk tárolásáért és öröklődéséért. Ennek a molekulának a térbeli szerkezete és a DNS sejtről sejtre és szervezetről szervezetre öröklődő mechanizmusa ismeretlen maradt.
BAN BEN 1948 Ugyanebben az évben Linus Pauling felfedezte más makromolekulák - fehérjék - térbeli szerkezetét. A jade ágyához kötve Pauling több órát töltött papír hajtogatásával, amellyel megpróbálta modellezni egy fehérje molekula konfigurációját, és megalkotta az „alfa hélix” nevű szerkezet modelljét.
Watson szerint a felfedezés után a DNS helikális szerkezetére vonatkozó hipotézis népszerűvé vált laboratóriumukban. Watson és Crick a röntgendiffrakciós elemzés vezető szakértőivel működött együtt, és Crick szinte pontosan tudta észlelni a spirál jeleit az így kapott képeken.
Pauling azt is hitte, hogy a DNS egy hélix, ráadásul három szálból áll. Azonban nem tudta megmagyarázni sem egy ilyen szerkezet természetét, sem a DNS önmegkettőzésének mechanizmusait a leánysejtekbe való átvitelhez.
A kétszálú szerkezet felfedezésére azután került sor, hogy Maurice Wilkins titokban megmutatta Watsonnak és Cricknek egy DNS-molekula röntgenfelvételét, amelyet munkatársa, Rosalind Franklin készített. Ezen a képen egyértelműen felismerték a spirál jeleit, és elindultak a laboratóriumba, hogy mindent megvizsgáljanak egy háromdimenziós modellen.
A laboratóriumban kiderült, hogy a műhely nem szállította a sztereó modellhez szükséges fémlemezeket, és Watson négyféle nukleotid modellt vágott ki kartonból - guanint (G), citozint (C), timint (T) és adenint. (A) - és elkezdte kirakni őket az asztalra. Aztán felfedezte, hogy az adenin a timinnel, a guanin pedig a citozinnal a „kulcszár” elv szerint egyesül. A DNS-spirál két szála pontosan így kapcsolódik egymáshoz, vagyis a timinnal szemben az egyik szálból mindig adenin lesz a másikból, semmi más.
A következő nyolc hónapban Watson és Crick egyesítette eredményeiket a már rendelkezésre állókkal, februárban beszámolva a DNS szerkezetéről 1953 az év ... ja.
Egy hónappal később elkészítették a DNS-molekula háromdimenziós modelljét, amely gyöngyökből, kartondarabokból és drótból készült.
A Crick-Watson modell szerint a DNS egy kettős hélix, amely két dezoxiribóz-foszfát láncból áll, amelyeket bázispárok kapcsolnak össze, hasonlóan a létra fokaihoz. Hidrogénkötéseken keresztül az adenin a timinnel, a guanin a citozinnal egyesül.
Cserélheted:
a) ennek a párnak a résztvevői;
b) bármely pár egy másik párra, és ez nem vezet a szerkezet felbomlásához, bár döntő hatással lesz a biológiai aktivitására.
A Watson és Crick által javasolt DNS-struktúra tökéletesen megfelelt a fő kritériumnak, amelynek teljesítése szükséges volt egy örökletes információ tárházának mondó molekulához. "Modellünk gerince erősen rendezett, és a bázispár szekvencia az egyetlen tulajdonság, amely közvetítheti a genetikai információ átvitelét" - írták.
„A mi szerkezetünk – írta Watson és Crick – tehát két láncból áll, amelyek mindegyike kiegészíti a másikat.
Watson így írt a felfedezésről főnökének, Delbrücknek, aki ezt írta Niels Bohrnak: „Csodálatos dolgok történnek a biológiában. Azt hiszem, Jim Watson olyan felfedezést tett, amely hasonlítható ahhoz, amit Rutherford tett 1911-ben." Érdemes felidézni, hogy 1911-ben Rutherford fedezte fel az atommagot.
Ez az elrendezés lehetővé tette a DNS-másolódás mechanizmusainak magyarázatát: a hélix két szála eltér egymástól, és mindegyikhez nukleotidokból adják hozzá a hélix korábbi „partnerének” pontos másolatát. Ugyanazt az elvet használva, mint pozitívat nyomtatni negatívból egy fényképen.
Rosalind Franklin ugyan nem támasztotta alá a DNS spirális szerkezetének hipotézisét, de Watson és Crick felfedezésében az ő fényképei játszottak döntő szerepet.
Később a Watson és Crick által javasolt DNS-szerkezeti modell bizonyítást nyert. És be 1962 munkájukat fiziológiai vagy orvosi Nobel-díjjal jutalmazták „a nukleinsavak molekuláris szerkezetével kapcsolatos felfedezéseikért, valamint az élő anyagok információtovábbításában betöltött szerepük meghatározásáért”. A díjazottak között nem volt Rosalind Franklin, aki addigra elhunyt (1958-ban rákban), mivel a díjat nem posztumusz adják át.
yom, a Karolinska Intézet munkatársa a díjátadó ünnepségen elmondta: „A DNS térbeli molekuláris szerkezetének felfedezése rendkívül fontos, mert felvázolja annak lehetőségét, hogy nagyon részletesen megértsük minden élőlény általános és egyéni jellemzőit.” Engström megjegyezte, hogy "a dezoxiribonukleinsav kettős spirális szerkezetének feltárása a nitrogénbázisok specifikus párosításával fantasztikus lehetőségeket nyit meg a genetikai információ szabályozásának és átvitelének részleteinek feltárására."
https://pandia.ru/text/78/209/images/image004_142.jpg" width="624" height="631 src=">
