Търсене
Close this search box.

История на „помнещата“ молекула – ДНК

История на „помнещата“ молекула – ДНК

История на „помнещата“ молекула – ДНК

История на „помнещата“ молекула – ДНК


Направи дарение на училище!



***

Как една „тъпа молекула“ и „дълъг, монотонен полимер“ се оказва носител  на генетичната информация.

 

Резюме: Нуклеиновите киселини (НК) са био­полимери, открити от Фридрих Мишер през 1869 г. Те са два вида ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина).  Едва в средата на XX век била разгадана тяхната функция като носители на наследствена информация, благодарение на Фредерик Грифит, който открива бактериалната трансформация и на Остуалд Ейвъри, който доказва участието на ДНК в този процес. Структурата този полимер се разгадава Джеймс Уотсън и Франсис Крик, които използвайки рентгеновото изображение и Розалинд Франклин и правилото на Ервин Чаргаф, създават прочутия си модел.

Ключови думи: нуклеинови киселини, ДНК, Фридрих Мишер, нуклеотиди, Фредерик Грифит, Остуалд Ейвъри, трансформацията, Розалинд Франклин, рентгеново изображение, Джеймс Уотсън и Франсис Крик, Ервин Чаргаф, двойна спирала

Нуклеиновите киселини (НК), подобно на белтъците и въглехидратите, са био­полимери (съединения с висока молекулна маса и естествен произход). НК са открити от швейцарския биохимик Фридрих Мишер през 1869 г. Той, изследвайки клетъчния строеж, изолира вещество, срещащо се предимно в клетъчното ядро, което нарича нуклеин (от лат. нуклеус – ядро). Двадесет години по-късно немският патолог и хистолог Ричард Алтман премахва белтъците от нуклеина и поради киселия характер на останалия полимер дава названието нуклеинови киселини.


Разбери повече за БГ Наука:

***

Към началото на ХХ век вече било известно, че НК са дълги вериги, съставени от мономери – нуклеотиди, като всеки от тях се състои от монозахарид (рибоза или дезоксирибоза), към който е свързана една азотна база измежду аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц) и урацил (У), и фосфорна киселина. НК са два вида ДНК (дезок­сирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина). В ДНК захарта е дезокси­рибозата, а базите са А, Г, Ц и Т, а в РНК захарта е рибозата, а базите са А, Г, Ц и У. Не се знаело нищо повече от структурна и функционална гледна точка за НК. Поради тази причина някои учени като Левин определили ДНК като „неусложнен, монотонен полимер“, а Делбрюк стигнал дори по-далеч заявявайки, че ДНК е „тъпа молекула“. Други биохимици смятали, че ДНК има само структурна и поддържаща роля.

Експериментите на британския микробиолог Фредерик Грифит и в последствие на Остуалд Ейвъри опровергали тези твърдения и доказали есенциалната функция на ДНК като носител на генетичната информация. 20-те години на ХХ век Грифит открил трансформацията – обмен на генетичен материал между две бактерии, не вертикално (от родител към дете), а между неродствени организми, т.е. хоризонтално. По това време била световната пандемия от испански грип (Инфлуенца), който често като усложнение водел до вторична пневмония, причинена от Streptococcus pneumoniae. Поради това учени, сред които и Грифит, се стремели да изработят ваксина срещу този бактерий. Пневмококите (стрептокиките, водещи до пневмония) имат два щама – гладък щам, имащ полизахаридна капсула, покриваща клетката отвън и предпазваща го от имунната система, и грапав щам, без капсула, който лесно се елиминира от защитните механизми на макроорганизмите. Мишки, в които се инжектира гладкият щам, загиват.

Грифит провел следния експеримент: чрез топлина убил гладките вирулентни бактерии, след което ги смесил с грапавите и ги инжектирал в мишки. Очакваните резултати били да няма летален ефект върху мишките, тъй като грапавите бактерии и убитите гладки бактерии биха се елиминирали от имунната система. Изненадващо обаче мишките загинали. Така по някакъв начин грапавите безвредни бактерии се били „трансформирали“ във вирулентни при смесването им с убитите гладки.

 

Експериментите на Грифит, довели до откриването на бактериалната трансформация при двата щама на пневмококите. Модифицирано от https://en.wikipedia.org/wiki/Griffith%27s_experiment#/media/File:Griffith_experiment.svg

 

Ейвъри потвърдил резултатите на Грифит, че при смесване на останки от гладки вирулентни бактерии с грапави невирулентни протича трансформация на тези невирулентни бактерии и инжектирането им в мишки води до смърт. Британецът дори забелязал, че трансформираните гладките бактерии запазвали и предавали вирулентността в поколението си. Ейвъри решил да не се ограничава дотук, а да стигне по-далеч като открие молекулите участващи в този процес. Първоначално отстранил бактериалната обвивка, промяна в трансформацията нямало. В последствие премахнал липидите и белтъците от мембраната, отново процесът останал непокътнат. Упоритият американец продължил, като денатурирал (разградил) белтъците с различни ензими, загряване с топлина, обработка с киселини – отново генетичният пренос бил непроменен. Единствено липса на трансформация наблюдавал при добавяне на ензим, разрушаващ ДНК. Поради това логично било заключението, че именно ДНК е носител на наследствената информация. Така първата въпросителна относно функцията на НК била разгадана. Оставала обаче по-трудната част от пъзела, а именно структурата на този биополимер.

 

Цялата статия, както и много други, можете да прочетете в новия Брой 163 на списанието.


Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!



***

Включи се в списъка ни с имейли – получаваш броеве, статии, видеа и всичко, което правим за популяризирането на науката в България.  

Еднократен (Вечен) абонамент​​

Списание “Българска наука” излиза в PDF и ePub и може да се изтегли и чете от компютър, таблет и телефон. Достъпа до него става чрез абонамент, а възможността да се абонирате еднократно позволява да можете да достъпите всички бъдещи броеве без да се налага никога повече да плащате за списанието.