Концепции современного естествознания

Рис. IX. Структура одноцепочной дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК):

Главная цепь (остов) ограничена двумя волнистыми линиями. Вправо отходят боковые цепи. Всего возможны четыре разновидности боковых цепей, которые чередуются в совершенно нерегулярной последовательности. Watson J. D. Molecular Biology of the Gene, New York, Benjamin, Inc., 1965, p. 91 (Дж. Уотсон, Молекулярная биология гена, «Мир», М., 1967).

Ступеньками ее служат пары оснований, скрепленных теми же слабыми водородными связями, с которыми мы уже встречались в альфа-спирали — там, где речь шла о структуре белка. Наиболее существенно в структуре ДНК то, что каждая пара оснований, составляющая ступеньку, обязательно содержит одно большое и одно малое основания, так что встречаются только пары А-Т и Г-Ц. Ступенька не может состоять из двух малых оснований, скажем из Т и Ц, двух Т или двух Ц, так как они не достанут до середины и не смогут соединиться водородной связью. Не может она состоять и из двух больших оснований — А и Г, А и А или Г и Г — не хватит места. Нельзя соединить в пары также А с Ц или Г с Т — это невозможно просто потому, что их химическая структура исключает возможность образования подходящих водородных связей. Таким образом, правила Чаргаффа получают простое объяснение, исходя из структуры: на каждой ступеньке должна быть либо пара А-Т, либо пара Г-Ц, и, следовательно, общее число А должно равняться общему числу Т, а число всех Г — числу всех Ц. Объяснение получилось настолько естественным, что каждый, кто знакомится с деталями предложенной структуры, а в особенности кристаллографы и химики-структурщики, у которых уже наметан глаз на такого типа модели, сразу получают полное удовлетворение. Возникает такое ощущение, будто иначе и не может быть.

Имея в руках модель, подобную двойной спирали Уотсона-Крика, вы можете проверять ее тысячами способов. Вы можете рассчитать, какую она должна давать рентгенограмму, и сравнить, насколько результат соответствует экспериментально полученной рентгенограмме. Используя метод проб и ошибок, Уотсон и Крик впоследствии слегка изменили свою модель и получили достаточно удовлетворительное соответствие с данными рентгеноструктурного анализа, а позднее Уилкинс внес еще кое-какие уточнения, так что теперь соответствие просто превосходное. Но ни одна из внесенных поправок не нарушила великой простоты первоначальной модели. Структура Уитсона-Крика подтверждена теперь во всех подробностях, и мы можем быть совершенно уверены, что в волокнах ДНК расположение цепей носит точно такой характер.

Однако ДНК в волокнах совсем не обязательно должна быть тем же, чем она является в живых клетках. Заранее нельзя сказать, что структура, однозначно установленная для ДНК внутри волокон, описывает состояние молекул ДНК в их биологическом окружении. В последние несколько лет многие биохимики и физико-химики изучали ДНК уже непосредственно в живых клетках, такой, как она есть. За недостатком места мы не будем описывать все эти методы. Скажу только результат: установлено, что обычно в живой клетке ДНК тоже присутствует в виде двойной спирали.

В наши дни электронный микроскоп позволяет непосредственно рассмотреть отдельные молекулы ДНК. Можно видеть короткий участок молекулы ДНК, имеющий в поперечнике две десятимиллионные доли сантиметра. Вот она, настоящая нить жизни. В том, что это действительно так, мы не замедлим убедиться. Сразу же возникает вопрос: каким образом она выполняет свою главную функцию — самовоспроизведение; каким образом получается, что после деления в каждой из дочерних клеток ДНК оказывается идентичной ДНК родительской клетки? Уотсон и Крик предложили смелую и вместе с тем очень простую гипотезу. Они допустили, что спираль ДНК расплетается на две одиночные цепи, а затем из нуклеотидов, свободно плавающих в клетке, формируется вдоль каждой цепи еще одна цепь, причем основания, соединяющиеся с основаниями старой цепи, подбираются в соответствии с правилами Чаргаффа. Легко видеть, что в конечном счете будут построены две одинаковые двойные спирали, идентичные первоначальной (рис. X).