Asosiy kontent

Course: Biologiya > Unit 14

Lesson 2: DNKning kashf etilishi

DNK tuzilishining kashf etilishi

Qoʻsh spiralli DNK tuzilishi va u qanday kashf etilgani. Uotson, Krik, Franklin, Vilkins va Chargaff.

Kirish

Bugungi kunda DNK qoʻsh spirali, ehtimol, barcha biologik molekulalar ichida eng koʻzga koʻrinarlisidir. Bundan ilhomlanib zinapoyalar, bezaklar, piyodalar koʻpriklari (Singapurdagi kabi, quyida koʻrsatilgan) va boshqalar qurilmoqda.

Arxitektor va dizaynerlarning fikriga qoʻshilmasdan iloj yoʻq: qoʻsh spiral juda chiroyli tuzilma, u DNKning funksiyasini oʻziga xos tarzda ifodalaydi. Ammo qoʻsh spiral har doim ham soʻz boyligimizning tarkibiy qismi boʻlmagan. 1950-yillargacha DNK strukturasi sirligicha qolgan.

Ushbu maqolada biz Jeyms Uotson, Frensis Krik, Rozalind Franklin va boshqa tadqiqotchilar tomonidan DNK qoʻsh spiralining tuzilishi qanday aniqlanganini qisqacha koʻrib chiqamiz. Keyin qoʻsh spiralning xususiyatlariga toʻxtalamiz.

DNK tarkibiy qismlari

Biokimyogar Febus Leven va boshqalarning qilgan ishlari natijasida Uotson va Kriklarning davrigacha DNK nukleotidlar deb nomlangan birliklardan tashkil topgani maʼlum edi

^{1}

. Nukleotid uglevod (dezoksiriboza), fosfat guruhi va toʻrtta azot asosidan biri: adenin (A), timin (T), guanin (G) yoki sitozin (S) dan tashkil topgan.

S va T asoslari bitta halqaga ega boʻlib, pirimidinlar deyiladi, A va G esa ikkita halqadan iborat boʻlib, purinlar deb ataladi.

Rasm: chap taraf, “Nuklein kislotalar: 1-rasm”, OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Oʻng taraf, “DNKning kimyoviy tuzilishi”, Madeleine Price Ball (CC0/jamiyat mulki).

DNK nukleotidlari bir nukleotidning dezoksiribozasi va undan keyingi nukleotidning fosfat guruhi oʻrtasida hosil boʻlgan kovalent bogʻlar orqali bogʻlangan zanjirlarda toʻplanadi. Ushbu tartib DNK polimeridagi dezoksiriboza va fosfat guruhlarining oʻzgaruvchan zanjirini hosil qiladi va u uglevod-fosfat asos deyiladi.

Chargaff qoidasi

DNK strukturasi bilan bogʻliq maʼlumotlardan biri avstraliyalik biokimyogar Ervin Chargaff tomonidan berildi. U har xil turlarning DNKsini tahlil qilib, ularning A, T, S va G asoslaridan iborat tarkibini aniqladi. U bir nechta asosiy kuzatishlarni oʻtkazdi:

A, T, S va G teng miqdorda aniqlanmadi (oʻsha vaqtda ayrim rimodellar taxminiy edi)
Asoslar soni turlar orasida farq qilgan, lekin bir xil turdagi organizmlarda bir xil boʻlgan.
A ning soni doimo T nikiga teng, S esa doim G bilan bir xil miqdorda boʻladi (A=T va G=S)

Bu topilmalar Chargaff qoidasi deb nomlanib, Uotson va Krikning qoʻsh spiralli DNK modeli uchun juda muhim ahamiyat kasb etdi.

Uotson, Krik va Rozalind Franklin

1950-yillarning boshlarida amerikalik biolog Jeyms Uotson va ingliz fizigi Frensis Krik oʻzlarining taniqli DNK juft spiralining modelini yaratdi. Ular ushbu ilmiy “poyga”da marraga birinchi boʻlib yetib kelishgan. Linus Pauling (oqsil ikkilamchi tuzilishini kashf etgan) kabi boshqa olimlar ham toʻgʻri modelni topishga harakat qilgan.

Laboratoriyada yangi tajribalar oʻtkazish oʻrniga Uotson va Krik asosan mavjud maʼlumotlarni toʻplab, tahlil qildi, ularni yangi va yaqqol usullar vositasida oʻzaro birlashtirdi

^{2}

. DNK tuzilishi haqidagi eng muhim xulosalarni fizik Moris Uilkins laboratoriyasida ishlaydigan kimyogar Rozalind Franklin berdi.

Franklin rentgen kristallografiyasi deb ataluvchi molekula strukturasini aniqlash texnikasi boʻyicha kuchli mutaxassis edi. DNKning kristallangan shakli orqali rentgen nurlari oʻtkazilganda ayrim nurlar kristalldagi atomlar tomonidan qaytarildi va diffraksiya naqshini hosil qildi, bu molekula tuzilishi haqida aniq maʼlumot beradi.

Franklinning kristallografiyasi Uotson va Krikka DNK tuzilishini aniqlashda muhim kalit boʻlib xizmat qildi. Bu Franklin va uning aspiranti tomonidan yaratilgan DNKning aniq va hayratlanarli rentgen diffraksion tasviridan iborat boʻlgan “51-rasm”dan kelib chiqqan. (Yuqorida DNK tomonidan hosil qilingan diffraksion naqshning zamonaviy namunasi koʻrsatilgan.) Franklin suratining X shaklidagi diffraksiya naqshi asosida Uotson darhol DNK uchun spiral, ikki zanjirli strukturasini taklif qildi

^{3}

Uotson va Krik Franklinning nashr etilmagan hisobotlaridan qoʻshimcha maʼlumotlar oldi, ularda spiralning oʻlchamlari va ikki zanjirning yoʻnalishlari, ularning modeli uchun muhim boʻlgan tafsilotlar koʻrsatilgan edi

^{3, 4, 5}

. Franklinning hisobotida DNK molekulasida azotli asoslar yashirilgan degan xulosasi ham bor edi

^{6}

Franklinning rentgen nurlanish diffraksion tasviri va nashr etilmagan hisoboti Uotson va Krikka Franklinning ruxsatisiz koʻrsatildi. Qizigʻi shundaki, Franklin ushbu hisobotdagi koʻp maʼlumotlarni Uotsonning oʻzi ishtirok etgan ommaviy taqdimotda namoyish etgan edi. Uotson kimyo fanidan unchalik yaxshi maʼlumotga ega boʻlmagani va maʼlumotlarni qayd qilib qoʻymagani sababli maʼlumotlarni toʻgʻri eslay olmagan edi

^{3, 7}

Uotson va Krik Franklinning ishlarini oʻgʻirlamagan, chunki na diffraksion surat, na hisobot sir tutilgan

^{3}

. Shunga qaramay, ular uning natijalarini shaffoflik, professionallik va hurmatsizlikni namoyon qiluvchi yoʻl bilan olib ishlatishdi. Uotson va Krik Franklindan uning maʼlumotlarini izohlash va undan foydalanish uchun ruxsat soʻramadi, shuningdek, uning oʻzlarining modellariga qoʻshgan hissasini tan olmadi (ular oʻz asarlarini nashr etishganida yoki toʻqqiz yil oʻtib Nobel mukofotini olishganda)

^{3, 4, 8}

. Albatta, hayoti davomida Franklin Uotson va Krik oʻzlari taklif qilgan modelni yaratishda uning maʼlumotlariga qanchalik asoslanganini bilmagan

^{3}

Uotson va Krikning Franklin bilan professional munosabatlariga tegishli munozaralar haqida koʻproq bilish uchun maqolaning ushbu qismida keltirilgan manbalarga murojaat qiling. (Maqolaning oxiridagi havolalar boʻlimi.)

Uotson va Krik bir qator olimlar (Franklin, Uilkins, Chargaff va boshqalar)dan olingan maʼlumotlarni birlashtirib, oʻzlarining mashhur 3D DNK modelini yaratdi. 1962-yil Jeyms Uotson, Frensis Krik va Mauris Uilkinslar tibbiyot boʻyicha Nobel mukofotiga ega boʻldi. Afsuski, bu paytgacha Franklin vafot etgan edi va mukofotni ololmadi.

Uotson va Krikning DNK modeli

Uotson va Krik modelida koʻrsatilgan DNK tuzilishi qoʻsh spiralli, antiparallel va oʻng tomonlama edi. Uglevod-fosfat guruhi spiral tashqarisida, azot asoslari esa ichki qismida vodorod bogʻlari orqali bogʻlanib, DNK strukturasini ushlab turardi.

Quyidagi modelda zangori va qizil atomlar fosfat guruhlarni, havorang atomlar esa azot asoslarini tasvirlagan.

Antiparallel joylashuv

Ikkita zanjirli DNK bu antiparallel molekula boʻlib, u bir-biri bilan yonma-yon joylashgan, ammo qarama-qarshi yoʻnalishdagi ikkita ipdan iborat ekanini anglatadi. Ikki zanjirli DNK molekulasida bitta zanjirning 5ʼ uchi (fosfat uchi) uning sherigi 3ʼ (gidroksil uchi) bilan bogʻ hosil qiladi va aksincha.

DNK nukleotidlaridagi dezoksiriboza uglevodining uglerod atomlari raqamlar va shtrix bilan belgilanadi. Shtrix tutuq belgisiga oʻxshaydi (masalan, 3ʼ).

Shtrix bilan belgilashning maqsadi uglevodning uglerod atomlarini azot asosining halqali atomlaridan ajratishdir. Azotli asoslarning halqalaridagi uglerod va azot atomlariga ham raqamlar berilgan, ammo bu raqamlar shtrix belgisiga ega emas.

Quyidagi rasmda azot asoslarining halqasidagi uglerod va azot raqamlanishini koʻrib turibsiz. Ikki halqali purin va bitta halqaga ega pirimidin uglerod atomlari sonining farqi tufayli turlicha raqamlash tartibiga ega.

_Rasm “DNKning kimyoviy tuzilishi”, Madeleine Price Ball (CC0/jamiyat mulki)._

Oʻng tomonlama spiral

Uotson va Krikning modelida DNKning ikkita zanjiri bir-birining atrofida oʻng tomonlama spiral hosil qilib aylanadi. Spirallarda hosil boʻlgan egilmalar fazoning qaysi tomoniga yoʻnalgani aniq koʻrinib turadi.

Oʻng tomonlama aylanish nimani anglatishini tushunish uchun oʻng qoʻlingizni rasmda koʻrsatilgan DNK molekulasiga oʻrab, bosh barmogʻingizni yuqoriga qaratgan holda tasavvur qiling. Endi barmoqlaringiz spiralning tashqi tomoni boʻylab sirpanayotganini tasavvur qiling. Qoʻlingiz bosh barmogʻingiz ishora qilgan tomonga, spiral boʻylab yuqoriga qarab harakatlanishi kerak. Oʻng qoʻl spirallar boʻylab siljiganida bosh barmogʻi bilan bir xil yoʻnalishda harakat qilgani sababli DNKning qoʻsh spirali oʻng tomonlama ekanini tasdiqlash mumkin

^{9}

Agar bu ishni chap qoʻlingiz bilan takrorlashga harakat qilsangiz, qoʻl bosh barmoq koʻrsatgan tomonga qarshi pastga siljiydi.

DNKning buralgan qoʻsh spirali va asoslarning geometrik tuzilishi katta tirqish (katta boʻshliq) va tor tirqish (kichik boʻshliq) hosil qiladi. Boʻshliqlar DNK strukturasini ushlab turuvchi va uni boshqaruvchi oqsillarni bogʻlashga xizmat qiladi.

Asoslar juftligi

Uotson va Krikning modelida DNK qoʻsh spiralining ikkita zanjiri qarama-qarshi zanjirdagi azotli asoslar orasidagi vodorod bogʻlar orqali bogʻlangan. Har bir asos jufti tekis yotadi va DNK molekulasining zinapoyasida “zina” hosil qilib joylashadi.

Asos juftlari tasodifiy asoslar kombinatsiyasidan tashkil topgan emas. Agar bitta zanjirda A boʻlsa, qarama-qarshi tomonda T joylashadi. Shunga oʻxshab, zanjirda G boʻlsa, juft sifatida ikkinchi zanjirda S boʻladi. A-T va G-S juftlari asos juftlar komplementarligi deyiladi.

Asoslar juftliklarida A ning soni doim T soniga, S ning soni esa doim G soniga teng ekani Chargaff qoidasini tushunishga imkon beradi

^{11}

. Agar bitta zanjirda A boʻlsa, qarama-qarshi zanjirda albatta T boʻlishi kerak. Xuddi shu qoida S va G uchun ham umumiy. Katta oʻlchamli purin doim kichik oʻlchamli pirimidin bilan juftlashadi, shu tufayli spiralning oʻlchami bir xil va u

2

nanometrni tashkil qiladi.

Garchi Uotson va Krikning modelida asoslar oʻrtasida ikkita vodorod bogʻi mavjudligi taxmin qilingan boʻlsa-da, bugungi kunda G va S oʻrtasida yana bitta qoʻshimcha vodorod bogʻi borligi maʼlum

^{12}

Qoʻsh spiral taʼsiri

DNKning tuzilishi uning koʻplab vazifalarini, masalan, uning qanday nusxalanishi va hujayra undan oqsillarni hosil qilish uchun qanday foydalanishini tushunish uchun imkon beradi.

Kelgusi maqolalar va videolardan Uotson va Krikning modeli molekulyar biologiyada yangi kashfiyot davrini boshlab berganini bilib olamiz. Model va uning asosida yaratilgan boshqa kashfiyotlar bugungi kunda biologiya va tibbiyotdagi yutuqlarga asos boʻlib xizmat qilmoqda.

Khan Academyʼdan tashqari manbalarni ham kashf qiling

DNK zinapoyasi haqida koʻproq bilib olishni xohlaysizmi? Quyidagi interfaol material bilan tanishib chiqing. Manba: LabXchange.

LabXchange fanlarni bepul oʻrgatuvchi platforma boʻlib, Garvard universitetining sanʼat va fan fakulteti va Amgen jamiyati tomonidan yaratilgan.

Mavzuga oid manbalar:

Ushbu maqola quyidagi maqolalarning oʻzgartirilgan hosilasidir:

“DNA structure and sequencing,” by OpenStax College, BIology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.
"Historical basis of modern understanding," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

Ushbu maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasiga ega.

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Pray, L. A. (2008). Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick. Nature Education, 1(1), 100. Retrieved from http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397.
Aldridge, Susan. (2003). The DNA story. In Royal society of chemistry. Retrieved July 27, 2016 from http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2003/April/story.asp.
Cobb, M. (2015, June 23). Sexism in science: Did Watson and Crick really steal Rosalind Franklin's data? The Guardian. Retrieved from http://www.theguardian.com/science/2015/jun/23/sexism-in-science-did-watson-and-crick-really-steal-rosalind-franklins-data.
The DNA riddle: Kingʻs College, London, 1951-1953. (n.d.) In The Rosalind Franklin papers. Retrieved from https://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/KR/p-nid/187.
Dugard, J. (2003, March 18). A grave injustice. Mail & Guardian. Retrieved from http://mg.co.za/article/2003-03-18-a-grave-injustice.
Tyson, P. (2003, April 22). Rosalind Franklin's legacy. In NOVA. Retrieved from http://www.pbs.org/wgbh/nova/tech/rosalind-franklin-legacy.html.
Rosalind Franklin. (2016, January 15). Retrieved January 15, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Rosalind_Franklin.
Banquet speech: James Watson's speech at the Nobel banquet in Stockholm, December 10, 1962. (2016). In Nobelprize.org. Retrieved from http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/watson-speech.html.
Molecular structure and function: Evolution with a twist. (n.d.) In Biology-101: Brantley. Retrieved July 27, 2016 from http://www.science-projects.com/Helices.htm.
B-form, A-form, and Z-form of DNA. (2014, May 4). Retrieved July 27, 2016 from BioWiki: bio.libretexts.org/Core/Genetics/Unit_I%3A_Genes,_Nucleic_Acids,_Genomes_and_Chromosomes/2%3A_Structures_of_nucleic_acids/B-Form,_A-Form,_Z-Form_of_DNA.
Cambridge Physics. (n.d). A working model! In The structure of DNA: Crick and Watson, 1953. Retrieved from http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/dna/dna14_1.htm.
Watson, J. D. and Crick, F. H. C. (1953). A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171(4356), 737-738. Retrieved from http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf.

Mavzuga oid qoʻshimcha maʼlumotlar:

Aldridge, Susan. (2003). The DNA story. In Royal society of chemistry. Retrieved July 27, 2016 from http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2003/April/story.asp.

Banquet speech: James Watson's speech at the Nobel banquet in Stockholm, December 10, 1962. (2016). In Nobelprize.org. Retrieved from http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/watson-speech.html.

B-form, A-form, and Z-form of DNA. (2014, May 4). Retrieved July 27, 2016 from BioWiki: bio.libretexts.org/Core/Genetics/Unit_I%3A_Genes,_Nucleic_Acids,_Genomes_and_Chromosomes/2%3A_Structures_of_nucleic_acids/B-Form,_A-Form,_Z-Form_of_DNA.

Cambridge Physics. (n.d). A working model! In The structure of DNA: Crick and Watson, 1953. Retrieved from http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/dna/dna14_1.htm.

Cobb, M. (2015, June 23). Sexism in science: Did Watson and Crick really steal Rosalind Franklin's data? The Guardian. Retrieved from http://www.theguardian.com/science/2015/jun/23/sexism-in-science-did-watson-and-crick-really-steal-rosalind-franklins-data.

Dugard, J. (2003, March 18). A grave injustice. Mail & Guardian. Retrieved from http://mg.co.za/article/2003-03-18-a-grave-injustice.

Miko, I., and LeJeune, L. (Eds.). (2009). DNA is a structure that encodes biological information. In Essentials of genetics (section 1.2). Cambridge, MA: NPG Education. Retrieved from http://www.nature.com/scitable/ebooks/essentials-of-genetics-8/126430897#bookContentViewAreaDivID.

Molecular structure and function: Evolution with a twist. (n.d.) In Biology-101: Brantley. Retrieved July 27, 2016 from http://www.science-projects.com/Helices.htm.

OpenStax College, Biology. (2015, September 29). Nucleic acids. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@9.87:yxeAKc4X@8/Nucleic-Acids.

Pray, L. A. (2008). Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick. Nature Education, 1(1), 100. Retrieved from http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2004). The structure of DNA. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 217-220). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Building a structural molecule of DNA: Scientific inquiry. In Campbell biology (10th ed., pp. 316-318). San Francisco, CA: Pearson.

Rosalind Franklin. (2016, January 15). Retrieved January 15, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Rosalind_Franklin.

Scarc. (2009, April 30). The Watson and Crick structure of DNA [web log post]. In The Pauling blog. Retrieved from https://paulingblog.wordpress.com/2009/04/30/the-watson-and-crick-structure-of-dna/.

The discovery of the double helix, 1951-1953. (n.d). In The Francis Crick papers. Retrieved from http://profiles.nlm.nih.gov/SC/Views/Exhibit/narrative/doublehelix.html.

The discovery of the molecular structure of DNA. (2014). In Nobelprize.org. Retrieved from http://www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.

Tyson, P. (2003, April 22). Rosalind Franklin's legacy. In NOVA. Retrieved from http://www.pbs.org/wgbh/nova/tech/rosalind-franklin-legacy.html.

The DNA riddle: Kingʻs College, London, 1951-1953. (n.d.) In The Rosalind Franklin papers. Retrieved from https://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/KR/p-nid/187.

Watson, J. D. and Crick, F. H. C. (1953). A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171(4356), 737-738. Retrieved from http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.