Back to chapter

5.2:

ДНК как генетический шаблон

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
DNA as a Genetic Template

Languages

Share

Модель Уотсона-Крика, предложенная в 1953 году, выделила две структурных особенности молекулы ДНК которые обеспечивают основу наследственности, её природу двоуных стандартов, и четыре нуклеотидных основания. Эта модель предложила, что ДНК составлены из двух цепей нуклеотидов, закрученных вокруг друг друга, формирую правую спираль. Это цепи антипараллельны в природе, что означает что праймер 3 конца одной ветви находится напротив праймера 5 конца другой ветви.Каждая цепь ДНК содержит последовательность из нуклеотидов, которая в точности дополняет её партнерскую цепь, давая возможность каждой из них действовать в качестве шаблона для своего партнера. Таким образом, клетка может выполнять репликацию её ДНК до клеточного деления, разделяя две цепи ДНК и производя две новых цепи, которые в точности дополняют друг друга. Кроме того, модель Уотсона-Крика предполагает, что спаривание оснований образуется между пурином и аденин либо гуанином, и пиримидином, и либо цитозином, либо тимином.Аденин, гуанин, цитозин и тимин четыре буквы в алфавите нуклеотидов. Теперь мы знаем, что когда эти буквы для нуклеотидов написаны вместе по три буквы, в 3-х буквенный кодон во время трансляция, они могут кодировать для одной из 20 аминокислот, как буквы в алфавите нужны, чтобы разобрать слова. Эти аминокислотные слова связаны в предложения, формируя цепи, которые сворачиваются в различные белки.Различные перестановки кодонов могут привести к появлению различных генов, совсем как комбинации слов и фраз в различных книгах. Геном полная информация, заключённая в генах организма и охватывающая все молекулы РНК и белки, которые организм будет производить за время его жизни. Различия между геномами приводят к генотипическому и фенотипическому различию организмов и видов.

5.2:

ДНК как генетический шаблон

Две структурные особенности молекулы ДНК обеспечивают основу для механизмов наследственности: четыре нуклеотидных основания и ее двухцепочечная природа. Модель двойной спирали ДНК Уотсона-Крика, предложенная в 1952 году, в значительной степени опиралась на рентгеновскую кристаллографию исследователей Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса. В 1962 году за свою работу Уотсон, Крик и Уилкинс совместно получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Франклин была исключена из премии по причинам, которые все еще оспариваются.

Модель ДНК Уотсона-Крика очень просто предположила, что ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, которые закручиваются вокруг друг друга, образуя правовращающую спираль, и что спаривание нуклеотидов происходит между пурином и пиримидином.

Две цепи ДНК антипараллельны, а это значит, что 3’-конец одной нити обращен к 5’-концу другой. Это позволяет каждой ветви выступать в качестве матрицы для своего партнера во время репликации ДНК, создавая две новых цепи ДНК, которые полностью комплементарны друг другу. Однако не было ясно, происходит ли репликация ДНК таким образом.

Эксперимент Мезельсона и Сталя

Месельсон и Сталь выращивали E. coli в течение нескольких поколений в среде, содержащей “тяжелый” изотоп азота, 15N. Со временем тяжелый азот был включен в азотистые нуклеотидные основания и, таким образом, в ДНК. После этого E. coli помещали в среду, содержащую другой изотоп азота, 14N, и выращивали ещё несколько поколений. После каждого поколения образец ДНК выделяли из некоторых клеток, загружали в градиент и центрифугировали на высоких скоростях. В градиенте ДНК будет разделяться в соответствии с ее плавучей плотностью (т.е. плотностью внутри градиента, где ДНК будет плавать).

В 15N среде в нижней части центрифужной пробирки наблюдалась единственная полоса высокой плотности. Сразу же после переноса бактерий на “более легкую” среду эта одинарная полоса сдвинулась вверх в колонке, указывая на меньшую плотность. Однако последующие поколения привели к появлению двух полос: одна соответствует плотности 14N, а другая — в промежуточном положении. Этот результат можно объяснить только полуконсервативным способом репликации, что подтверждает модель Уотсона-Крика.

Suggested Reading

  1. Watson, James D., and Francis HC Crick. "Molecular structure of nucleic acids." Nature 171.4356 (1953): 737-738.
  2. Meselson M, Stahl FW. THE REPLICATION OF DNA IN ESCHERICHIA COLI. Proc Natl Acad Sci U S A. 1958;44(7):671–682. doi:10.1073/pnas.44.7.671