Эта увлекательная химия

Первая треть XX века. Левин в Рокфеллеровском институте (США) окончательно устанавливает, что в клетках имеются два вида нуклеиновых кислот. В состав первой в качестве сахара входит D-рибоза, углеводный компонент второй кислоты — D-дезоксирибоза.

Конец 30-х годов. Определена молекулярная масса нуклеиновых кислот. Для кислот, содержащих дезоксирибозу (позже их назовут дезоксирибонуклеиновыми, ДНК) она оказалась равной сотням тысяч и даже миллионам углеродных единиц. Вторая кислота (впоследствии названная рибонуклеиновой, РНК) легче — ее молекулярная масса от 20 до 200 тысяч.

1938 год. Окончательно установлено, что вся клеточная ДНК сосредоточена в ядре, в то время как РНК содержится в цитоплазме клетки.

40-е годы. Найдены методы разделения и количественного определения ДНК и РНК в животных и растительных тканях и показано, что в растениях и в животных содержатся одни и те же нуклеиновые кислоты двух видов — ДНК и РНК.

Надо сказать, что открытие наследственной функции нуклеиновых кислот тесно связано с вполне практическими, медицинскими исследованиями. Еще в 20-е годы интенсивно изучалась природа пневмонии — воспаления легких. Возбудители этой болезни были известны. Это бактерии пневмококки. Однако не все пневмококки способны вызвать болезнь. Есть среди них и безвредные. Спрашивается, чем они друг от друга отличаются? Был поставлен такой эксперимент! болезнетворные пневмококки убивали нагреванием, а потом к ним добавляли живые, но безвредные бактерии. Оказалось, что при этом безвредные пневмококки частично превратились ("трансформировались") в болезнетворных, притом это свойство оказалось устойчивым в потомстве (наследуемым). Стало ясно, что какое-то вещество переходит из убитой бактерии в живую и вызывает ее трансформацию. В 1944 г, американец О. Эвери показал, что только одно вещество передает болезнетворные свойства от убитой бактерии к живой. Им оказалась ДНК. Ни белки, ни какие-либо другие компоненты клетки в передаче наследуемых признаков никакой роли не играют.

Все эти события были все-таки лишь предысторией главных событий в молекулярной биологии. А главным было решение вопроса: в какой форме записана наследственная информация в ДНК, как она реализуется. Чтобы немного разобраться в этом, посмотрим, как устроена молекула ДНК, каковы ее составные части.

Основания, нуклеозиды, нуклеотиды...

Дезоксирибонуклеиновую кислоту можно сравнить с телеграфной лентой, на которой записана вся информация, необходимая клетке для ее существования, нормальной работы, размножения. Мы еще разберем подробнее, как хранится эта информация. Сейчас же скажем, что для записи всего огромного многообразия признаков, которые хранятся в каждой клетке организма, понадобится не одна тысяча фраз. Но фразы состоят из слов, а слова — из букв. Вот об этих буквах, из которых складываются слова и фразы наследственной записи, мы и хотим сейчас поговорить. Поскольку вся информация записана на длинных молекулах ДНК, которые мы сравнили с телеграфной лентой, сейчас мы затронем только эту кислоту.

Посмотрите на эту страницу. На ней имеется информация (в данном случае — некоторая информация о ДНК), которая выражена в конечном счете самыми мелкими единицами — буквами русского алфавита. Но каждая буква не есть какой-то неделимый элементарный знак, она состоит из нескольких черточек, которые и придают ей особое, только этой букве присущее начертание. Например, из трех черточек, располагая каждый раз две из них одинаковым манером, а третью — иначе, можно составить три различные буквы: Н, П, И.

Примерно такую же картину мы видим и в записи наследственных признаков. Каждая элементарная буковка наследственной записи состоит из трех частей, причем две части — две черточки каждой буквы — одинаковы. Одна из этих черточек — D-дезоксирибоза. Это углевод, содержащий пять атомов углерода и три гидроксила; в молекуле ДНК дезоксирибоза присутствует в циклической форме. Вторая палочка, общая для всех "букв" — остаток фосфорной кислоты НРОГ. Наконец, третья палочка, которая и придает букве специфический вид, так что эту букву уже не спутаешь ни с какой другой,- это азотистое основание. Азотистых оснований известно четыре. Два из них (аденин и гуанин)-это производные пурина, а два других (тимин и цитозин)-производные пиримидина.

Тут нужно заметить, что гуанин, тимин и цитозин могут существовать в двух таутомерных формах. В ДНК всегда присутствует форма с кетонной группой С=0, а не с гидроксилом ОН..

Как же собрать из отдельных черточек буквы? Первая палочка — основание. Присоединим к нему через один из атомов азота сахар дезоксирибозу (вторая палочка). Получим так называемый нуклеозид. Это две трети нашей буквы. Добавим третью палочку — к одному из гидроксилов дезоксирибозы присоединим остаток фосфорной кислоты. Получим целиком всю букву, которая называется нуклеотидом.

Вот как "складываем" буквы ДНК из отдельных частей: