Розповідь про відкриття будови молекули ДНК
В. Іванов, доктор фізико-математичних наук
НА ОДНУ молекулу можна глянути ПО-РІЗНОМУ
Вчених давно цікавила таємниця головного властивості всіх живих організмів - розмноження. Чому діти - чи йде мова про людей, ведмедів, віруси - схожі на своїх батьків, бабусь і дідусів? Для того, щоб відкрити таємницю, біологи досліджували найрізноманітніші організми.
І вчені з'ясували, що за схожість дітей і батьків відповідають особливі частинки живої клітини - хромосоми. Вони схожі на маленькі палички. Невеликі ділянки палички-хромосоми назвали генами. Генів дуже багато, і кожен відповідає за яку-небудь ознаку майбутнього організму. Якщо говорити про людину, то один ген визначає колір очей, інший - форму носа. Але з чого складається ген і як він улаштований, цього вчені не знали. Правда, було вже відомо: в хромосомах міститься ДНК і ДНК має якесь відношення до генам.
Розгадати таємницю гена хотіли різні вчені: кожен дивився на цю таємницю з точки зору своєї науки. Але щоб дізнатися, як влаштований ген, маленька частинка ДНК, треба було дізнатися, як влаштована і з чого складається сама молекула.
Хіміки, які досліджують хімічний склад речовин, вивчали хімічний склад молекули ДНК. Фізики стали просвічувати ДНК рентгенівськими променями, як зазвичай вони просвічують кристали, щоб дізнатися, як ці кристали влаштовані. І з'ясували, що ДНК схожа на спіраль.
Біологи цікавилися загадкою гена, звичайно, більше всіх. І Уотсон вирішив зайнятися проблемою гена. Для того, щоб повчитися у передових біохіміків і побільше дізнатися про природу гена, він відправився з Америки до Європи.
У той час Уотсон і Крик ще не знали один одного. Уотсон, пропрацювавши деякий час в Європі, ніяк істотно не просунувся в з'ясуванні природи гена.
Але на одній з наукових конференцій він дізнався, що фізики вивчають будову молекули ДНК за допомогою своїх, фізичних методів. Дізнавшись це, Уотсон зрозумів, що таємницю гена йому допоможуть розкрити фізики, і відправився в Англію, де влаштувався працювати в фізичну лабораторію, в якій досліджували біологічні молекули. Тут-то і сталася зустріч Уотсона і Крика.
ЯК ФІЗИК КРИК зацікавлені біології
ЯК УОТСОН ПОМОГ хіміків, А ХІМІКИ - крик
Хіміки знали, що до складу молекули ДНК входять чотири хімічні сполуки: аденін, тимін, гуанін і цитозин. Їх позначили за першими літерами - А, Т, Г, Ц. Причому аденина було стільки ж, скільки тиміну, а гуаніну - скільки цитозину. Чому? Цього хіміки зрозуміти не могли.
Вони здогадувалися: це якось пов'язано зі структурою молекули. Але як, не знали. Хімікам допоміг біолог Уотсон.
Уотсон звик до того, що в живій природі багато зустрічається парами: пара очей, пара рук, пара ніг, існують, наприклад, дві статі: чоловічий і жіночий. Йому здавалося, що і молекула ДНК може складатися з двох ланцюжків. Але якщо ДНК схожа на спіраль, як з'ясували фізики за допомогою рентгена, то як в цій спіралі два ланцюжки тримаються один за одного? Уотсон припустив, що за допомогою А, Г, Ц і Т, які, як руки, протягнуті один до одного. Вирізавши з картону контури цих хімічних сполук, Уотсон довго прикладав їх то так, то сяк, поки раптом не побачив: аденін прекрасно з'єднується з тиміном, а гуанін з цитозином.
Уотсон розповів про це Крику. Той швидко зрозумів, як повинна виглядати подвійна спіраль насправді - в просторі, а не на малюнку.
Обидва вчених почали будувати модель ДНК.
Як це - "будувати"? А ось як. З молекулярного конструктора, який нагадує дитячий конструктор-іграшку. В молекулярному конструкторі деталями служать кульки-атоми, які пристібаються один до одного кнопочками в тому порядку, в якому розташовані атоми в речовині.
Молекулярний конструктор придумав інший учений - хімік Полінг. Він будував моделі молекул білків і з'ясував, що в них обов'язково повинні бути ділянки, схожі на спіралі. Дуже скоро це підтвердили фізики тієї лабораторії, де працював Крик. Важлива біологічна проблема була вирішена теоретичним шляхом.
Спосіб Полінга так сподобався Крику, що він запропонував Вотсону побудувати модель ДНК за допомогою молекулярного конструктора. Ось так була створена модель знаменитої Подвійний спіралі ДНК, яку ви можете побачити на малюнку.
І що чудово: через те, що А в одного ланцюга може "склеюватися" тільки з Т в інший, а Г - тільки з Ц, автоматично виконується "хімічне" правило, за яким кількість А дорівнює кількості Т, а кількість Г одно кількості Ц. Але саме про головне, що, дивлячись на Подвійну спіраль ДНК, відразу зрозуміло, як вирішити загадку розмноження генів. Досить "розмотати" косичку ДНК, і кожна ланцюжок зможе добудувати на собі нову так, щоб А склеювалося з Т, а Г - з Ц: був один ген - стало два. Через те, що розміри пар А-Т і Г-Ц однакові, молекула ДНК за структурою справді нагадує кристал, як припускали фізики.
І в той же час цей "кристал" може містити найрізноманітніші поєднання А, Т, Ц, Г, і тому все гени різні.
Рішення проблеми гена Уотсоном і Криком призвело до того, що буквально за 2-3 роки сформувалася ціла нова галузь природознавства, яку назвали молекулярною біологією. Часто її називають фізико-хімічної біологією.
ЯК ПЕРЕСТАЛИ ПИСА'ТИ "ФІЗИКИ" І "ЛИРИКИ"