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...
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:
(Основание+ Дезоксирибоза = Нуклеозид) +Фосфат = Нуклеотид (Аденин + Дезоксирибоза = Дезоксиаденозин) + Фосфат = Дезоксиадениловая кислота (А)
(Гуанин + Дезоксирибоза = Дезоксигуанозин) + Фосфат = Дезоксигуаниловая кислота (Г)
(Тимин + Дезоксирибоза = Тимидин) + Фосфат = Тимидиловая кислота (Т)
(Цитозин + Дезоксирибоза = Дезоксицитидин) + Фосфат = Дезоксицитидиловая кислота (Ц)
Приведем для примера формулы нуклеозида и нуклеотида. Нуклеозид дезоксиаденозин (а) это еще только две трети "буквы" А; дезоксиадениловая кислота (б)-это уже целая буква А в наследственной записи:
В русском алфавите 33 буквы, в латинском 25, арабский алфавит включает 28 букв. В алфавите на-следственной записи всего 4 буквы: А, Г, Т, Ц (по начальной букве русского названия соответствующего азотистого основания). Не мало ли? Не обидела ли себя природа?
Но вспомним в азбуке Морзе только два знака: точка и тире. В "алфавите", которым пользуются электронно-вычислительные машины, вся информация, поступающая и выходящая из машины, также записывается на двух буквенном языке (эти буквы можно обозначить по-разному, не меняя сути: "да" и "нет" или "О" и "1"). Так что, как видим, любую информацию можно прекрасно записывать, обходясь при этом двумя "буквами", тем более четырьмя.
К ДНК приходит заслуженная слава
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г., но известность к ним пришла лишь 85 лет спустя. Зато какая слава! ДНК, вероятно, самое знаменитое вещество на свете. И справедливости ради нужно сказать, что слава эта вполне заслуженная. Наверное, действительно, ДНК самое интересное, самое сложное и самое важное вещество из всех тех, что существуют в природе или были созданы человеком. Ведь длинная молекула ДНК это та телеграфная лента, на которой особым языком, всего четырьмя буквами записано, каким быть зарождающемуся организму. И запись эта наиподробнейшая, здесь оговорено все от цвета глаз до отдельных особенностей характера человека.
Что же произошло в 1953 г., через 85 лет после "рождения" ДНК?
...В 1951 г. 22-летний американский биолог Джеймс Уотсон присоединился к маленькой группе физиков и химиков Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, изучавшей пространственную структуру молекул белков. Возглавлял группу австрийский химик Макс Перутц, а руководителем Кавендишской лаборатории был лауреат Нобелевской премии, один из основателей рентгенографического метода в кристаллографии сэр Лоуренс Брэгг.
Впоследствии Уотсон в своей книге "Двойная спираль" вспоминал о начале работ по структуре ДНК следующим образом.
В группе выделялся 35-летний физик Фрэнсис Крик. И выделялся он, пожалуй, не столько способностями и умом (который, как показали дальнейшие события, его товарищи недооценивали), сколько феноменальной говорливостью. Такие способности были отнюдь не по душе спокойному, холодноватому Лоуренсу Брэггу, истинному англичанину. Но что делать приходилось терпеть неугодного сотрудника, проводившего порой целые дни, а то и ночи, в громогласных рассуждениях обо всем на свете и в то же время в свои 35 лет не сделавшего еще ничего сколько-нибудь значительного в науке.