If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

ԴՆԹ-ի կառուցվածքի հայտնաբերումը

ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի կառուցվածքը, և թե ինչպես է այն հայտնաբերվել: Չարգաֆ, Ուոթսոն և Կրիկ, Ֆրանկլին և Վիլկինս:

Ներածություն

Ներկայումս ԴՆԹի կրկնակի պարույրը հավանաբար բոլոր կենսաբանական մոլեկուլներից ամենանշանավորն է: Դրա օրինակով ստեղծվել են սանդուղքներ, զարդանախշեր, հետիոտնային կամուրջներ (ինչպիսին կա Սինգապուրում, տես ներքևում) և այլն:
Պետք է համաձայնեմ ճարտարապետների և դիզայներների այն մտքի հետ, որ կրկնակի պարույրը, մի գեղեցիկ կառույց է, որի ձևը ուշագրավ կերպով համապատասխանում է գործառույթին : Բայց կրկնակի պարույրը միշտ չէ, որ մեր մշակութային բառապաշարի մասն է եղել։ Իրականում մինչև 1950 թվականը ԴՆԹ-ի կառուցվածքը առեղծված էր:
Նկարի աղբյուր՝ "Կրկնակի պարույրի կամուրջ," ըստ William Cho, CC BY-SA 2,0
Այս հոդվածում համառոտ կքննարկենք, թե ինչպես են Ջեյմս Ուոթսոնի, Ֆրենսիս Կրիկի, Ռոզալինդ Ֆրանկլինի և այլ հետազոտողները իրենց աշխատանքի միջոցով հայտնաբերել կրկնակի պարույրի կառուցվածքը: Այնուհետև կանդրադառնանք պարույրի հատկություններին:

ԴՆԹ-ի բաղադրիչները

Կենսաքիմիկոս Ֆիբուս Լեվենի և այլոց աշխատանքների շնորհիցվ Ուոթսոնի և Կրիկի ժամանակակից գիտնականները գիտեին, որ ԴՆԹ-ն կազմված է ենթամիավորներից, որոնք կոչվում են նուկլեոտիդներ1: Նուկլեոտիդը կառուցված է ածխաջրից (դեզօքսիռիբոզ) , ֆոսֆատային խմբից և 4 ազոտական հիմքերից որևէ մեկից՝ ադենին (Ա), թիմին (Թ), գուանին (Գ) կամ ցիտոզին (Ց):
Ց և Թ հիմքերը, որոնք ունեն միայն մի օղակ, կոչվում են պիրիմիդիններ, իսկ Ա և Գ հիմքերը, որոնք ունեն երկու օղակ, կոչվում են պուրիններ:
Նկարի աղբյուր՝ ձախ վահանակ, նկարը ձևափոխված է "Nucleic acids: Figure 1"-ից ըստ OpenStax College, Biology (CC BY 3,0): Աջ վահանակը ձևափոխված է "DNA chemical structure,"-ից ըստ Madeleine Price Ball (CC0/public domain)
ԴՆԹ նուկլեոտիդները հավաքվում են՝ կազմելով շղթաներ, որոնցում դրանք կապված են կովալենտ կապերով։ Դրանք առաջանում են մի նուկլեոտիդի դեզօքսիռիբոզ ածխաջրի և մյուսի ֆոսֆատային խմբի միջև: Այս դասավորությունը ձևավորում է ԴՆԹ պոլիմերում դեզօքսիռիբոզ ածխաջրի և ֆոսֆատային խմբերի փոփոխական շղթա՝ կառուցվածք, որը հայտնի է որպես շաքար-ֆոսֆատային կմախք։

Չարգաֆի կանոններ

ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վերաբերյալ հիմնական տեղեկույթը մեզ է հասել ավստրիացի կենսաքիմիկոս Էրվին Չարգաֆի աշխատություններից: Չարգաֆը վերլուծել է տարբեր տեսակի օրգանիզմների ԴՆԹ-ն՝ որոշելով Ա, Թ, Ց և Գ հիմքերի կառուցվածքը։ Նա մի քանի հիմնական առանցքային դիտարկումներ կատարեց:
  • ԴՆԹ-ի մոլկուլում Ա-ն, Թ-ն, Ց-ն և Գ-ն հավասար քանակություններով չէին հայտնաբերվել (ինչպես տվյալ ժամանակի որոշ մոդելներ կանխատեսում էին)
  • Հիմքերի քանակությունը տարբեր էր տեսակների մոտ, իսկ նույն տեսակի առանձնյակներում՝ հավասար
  • Ա-ի քանակությունը միշտ հավասար էր Թ-ի քանակին, և Ց-ի քանակությունը միշտ հավասար էր Գ-ի քանակին (Ա=Թ և Գ=Ց)
Այս բացահայտումները կոչվում են Չարգաֆի կանոններ։ Դրանք վճռորոշ դեր խաղացին Ուոթսոնի և Կրիկի ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի մոդելի բացահայտման համար:

Ուոթսոն, Կրիկ և Ռոզալինդ Ֆրանկլին

Վաղ 1950ականներին ամերիկացի կենսաբան Ջեյմս Ուոթսոնը և բրիտանացի ֆիզիկոս Ֆրենսիս Կրիկը ներկայացրեցին իրենց հայտնի ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի մոդելը: Նրանք առաջիններն էին, ովքեր հատեցին գիտական մրցավազքի եզրագիծը մի շարք այլ գիտնականներին շրջանցելով՝ որոնցից է օրինակ՝ Լինուս Պոլինգը (ով հայտնաբերել է սպիտակուցների երկրորդային կառուցվածքը)։ Նրանք բոլորը նույնպես փորձել են գտնել ճշգրիտ մոդելը:
Լաբորատորիայում նոր փորձեր կատարելու փոխարեն, Ուոթսոնը և Քրիկը հիմնականում հավաքում և վերլուծում էին առկա տվյալների կտորները՝ դրանք միացնելով նոր և խորաթափանց ձևերով2: ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վերաբերյալ ամենավճռորոշ գաղափարները ներկայացրել է Ռոզալինդ Ֆրանկլինը: Նա քիմիկոս էր, որն աշխատում էր ֆիզիկոս Մորիս Ուիլկինսի լաբորատորիայում:
Ֆրանկլինը մոլեկուլների կառուցվածքը որոշող մի հզոր մեթոդի փորձագետ էր, որը հայտնի է որպես ռենտգենյան ճառագայթների կրիստալոգրաֆիա: Երբ մոլեկուլի բյուրեղային կառուցվածքը, ինչպիսին ԴՆԹ-ն է, ենթարկվում է ռենտգենյան ճառագայթման, այս ճառագայթներից որոշները բեկվում են բյուրեղի ատոմների կողմից՝ ձևավորելով դիֆրակցիոն պատկեր, որը տալիս է պատկերացում մոլեկուլի կառուցվածքի մասին:
Նկարը փոփոխված է "DNA structure and sequencing: Figure 2," ըստ OpenStax College, Biology (CC BY 3,0)
Ֆրանկլինի կրիստալոգրաֆիան ԴՆԹ-ի կառուցվաքի վերաբերյալ կարևոր հուշումներ է տվել Ուոթսոնին և Կրիկին: Սրանցից որոշները գալիս են հայտնի <<նկար 51>>-ից, Ֆրանկլինի և իր շրջանավարտի ստացած հիանալիորեն պարզ և զարմանալի ԴՆԹ-ի ռենտգենյան դիֆրակցիայի պատկերից: (ԴՆԹ-ից ստացված դիֆրակցիոն պատկերի ժամանակակից օրինակը ցուցադրված է վերևում): Ուոթսոնը անմիջապես Ֆրանկլինի դիֆրակցիոն պատկերի հիման վրա առաջարկեց ԴՆԹ-ի պարուրաձև, երկշղթա կառուցվածքը3:
Ուոթսոնը և Կրիկը հավաքել են տվյալներ բազմաթիվ հետազոտողներից՝ (ներառյալ Ֆրանկլինից, Ուիլկինսից, Չարգաֆից և ուրիշներից), կազմելով իրենց նշանավոր ԴՆԹ-ի կառուցվածքի եռաչափ մոդելը: 1962ին Ջեյմս Ուոթսոնը, Ֆրենսիս Կրիկը, Մորիս Ուիլկինսը ստացել են Նոբելյան մրցանակներ բժշկության ոլորտում: Ցավոք, այդ ժամանակ Ֆրանկլինը արդեն մահացել էր, իսկ Նոբելյան մրցանակները հետմահու չեն շնորհվում:

Ուոթսոնի և Կրիկի ԴՆԹ-ի մոդելը

ԴՆԹ-ի կառուցվածքը, ինչպես որ ներկայացված է Ուոթսոնի և Կրիկի մոդելում, երկշղթա, հակազուգահեռ աջ պտտվող պարույր է: ԴՆԹ-ի շաքար-ֆոսֆատային կմախքը կառուցում է պարույրի արտաքին մասը, իսկ ազոտական հիմքերը տեղակայված են պարույրի ներսում և ձևավորում են ջրածնական կապերով կապված զույգեր, որոնք միասին են պահում ԴՆԹ-ի շղթաները:
Ստորև պատկերված մոդելում նարնջագույն և կարմիր ատոմները ներկայացնում են շաքար-ֆոսֆատային կմախքի ֆոստֆատային խմբերը, իսկ կապույտ ատոմները պարույրի ներսում՝ ազոտական հիմքերը:
Նկարի աղբյուրը՝ "Bdna cropped," ըստ Jahobr, public domain.

Հակազուգահեռ ուղղվածություն

Երկշղթա ԴՆԹ-ն հակազուգահեռ մոլեկուլ է, ինչը նշանակում է, որ այն կազմված է երկու շղթաներից, որոնք անցնում են իրար կողք-կողքի՝ բայց դեպի հակառակ ուղվածությամբ: Երկշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլում մի շղթայի 5' ծայրը (ֆոսֆատ կրող ծայրը) ընկնում է իր զույգ շղթայի 3' ծայրի (հիդրօքսիլ խումբ կրող ծայրի) դիմաց և հակառակը:
_Նկարը փոփոխված է "DNA chemical structure,"-ից ըստ Madeleine Price Ball (CC0/public domain)._

Աջ պարույր

Ուոթսոնի և Կրիկի մոդելում ԴՆԹ-ի երկու շղթաները պարուրվում են մեկը մյուսի շուրջ, առաջացնելով աջ պարույր: Բոլոր պարույրները ունեն ուղվածություն, որը նկարագրում է՝ տարածության մեջ դրանց կողմնորոշումը:
_Նկարը ձևափոխված է "DNA structure and sequencing: Figure 3,"-ից ըստ OpenStax College, Biology (CC BY 3,0)._
ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի պտույտը և հիմքերի երկրաչափությունը ստեղծում է լայն ճեղք (որը կոչվում է մեծ ակոս), և ավելի նեղ ճեղք (որը կոչվում է փոքր ակոս), որը անցնում է մոլեկուլի երկայնքով , ինչպես վերը ցուցադրված է: Այս ակոսները կարևոր միացման կետեր են հանդիսանում այն սպիտակուցների համար, որոնք կարգավորում են ԴՆԹ-ն և վերահսկում են գեների ակտիվությունը:

Հիմքերի զուգավորում

Ուոթսոնի և Կրիկի մոդելում ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի երկու շղթաները միացած էին հակադիր շղթաների ազոտական հիմքերի միջև առկա ջրածնական կապերով: Զույգերից յուրաքաչյուրը հարթ տեղակայում ունի՝ ձևավորելով ԴՆԹ-ի մոլեկուլի սանդուղքի մի <<աստիճան>>:
Նուկլեոտիդային զույգերը հիմքերի ցանկացած զուգորդությունից չեն ստացվում: Փոխարենը, եթե մի շղթայի վրա կա Ա, ապա այն պիտի կապված լինի մյուս շղթայի Թ-ի հետ (և հակառակը): Նմանապես, Գ-ն մի շղթայի վրա պիտի հակադիր շղթայի վրա ունենա Ց զույգ: Այս Ա-Թ և Գ-Ց հարաբերությունները հայտնի են որպես կոմպլեմենտար նուկլեոտիդային զույգեր :
_Նկարը ձևափոխված է "DNA structure and sequencing: Figure 3,"-ից ըստ OpenStax College, Biology (CC BY 3,0)._
Նուկլեոտիդային զույգերի առկայությունը բացատրում է Չարգաֆի կանոնները, այսինքն, թե ինչու է Ա-ի քանակը միշտ հավասար Թ-ին, և Ց-ի քանակը հավասար Գ-ի քանակին11: Երբ մի շղթայի վրա Ա է, մյուսի վրա պիտի լինի Թ, և նույնը Գ-ի և Ց-ի դեպքում: Քանի որ մեծ պուրինը (Ա կամ Գ) միշտ զույգ է կազմում փոքր պիրիմիդինի հետ (Թ կամ Ց), պարույրի տրամագիծը հավասարաչափ է, մոտավորապես 2 նանոմետր:
Չնայած Ուոթսոնի և Կրիկի օրիգինալ մոդելն առաջարկում էր, որ յուրաքանչյուր զույգի միջև կա երկու ջրածնական կապ, մենք այսօր գիտենք, որ Գ-ի և Ց-ի միջև առաջանում է ևս մեկ լրացուցիչ կապ (հետևաբար Ա-ի և Ց-ի միջև առաջանում է ընդհանուր երկու ջրածնական կապ, մինչդեռ Գ-Ց զույգի միջև գոյանում է երեք կապ)12:

Կրկնակի պարույրի ազդեցությունը

ԴՆԹ-ի կառուցվածքը թույլ տվեց բացահայտել ԴՆԹ-ի մի շարք գործառույթների բազմազան ասպեկտներ, ինչպիսին են՝ ինչպես է այն պատճենվում և ինչպես է նրանում պարունակվող տեղեկատվությունը օգտագործվում բջջի կողմից սպիտակուցներ սինթեզելու համար:
Ինչպես մենք կտեսնենք գալիք հոդվածներում և տեսանյութերում, Ուոթսոնի և Կրիկի մոդելը մեկնարկ տվեց մոլեկուլային կենսաբանության բացահայտումների նոր դարաշրջանի: Այս մոդելը և բացահայտումները, որոնց հնարավորությունը այն տվել է, ձևավորում են այսօրվա ժամանակակից կենսաբանության և կենսաբժշկության հետազոտության նշանակալի մասը:

Բացահայտի՛ր «Քան» ակադեմիայից դուրս

Ցանկանու՞մ ես ավելին իմանալ ԴՆԹ-ի պարույրի մասին։ Տես LabXchange-ի scrollable interactive հոդվածը։
LabXchange-ն օնլայն գիտակրթական անվճար հարթակ է՝ ստեղծված Հարվարդի համալսարանի արվեստի և գիտության ֆակուլտետի կողմից, և աջակցվում է Amgen հիմնադրամի կողմից։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: