Химический остов и физическая структура синтетической ДНК

Можем ли мы быть уверены, что химический остов и физическая структура синтетической ДНК такие же, как и у природной? Имеет ли синтетическая ДНК химический состав, типичный для природной ДНК? Напомню, что в природной ДНК число нуклеотидов А равно числу нуклеотидов Т и точно так же число Г равно числу Ц; отсюда следует, что А + Г равно Т + Ц. Наконец, без ответа оставался и самый главный вопрос: отражает ли состав синтетической ДНК состав природной ДНК, взятой в качестве затравки?

Наблюдения и открытия Ю. Адлера, Сильвии Корнберг и С. Циммермана

Ответы на эти и другие вопросы были получены на протяжении последующих трех лет в результате объединенных усилий Ю. Адлера, Сильвии Корнберг и С. Циммермана. Было показано, что молекула синтетической ДНК имеет структуру, типичную для природной ДНК, причем отношение числа пар А-Т к числу пар Г-Ц было всегда таким, как и у ДНК, взятой в качестве затравки (смотрите рисунок ниже).


Репликация двойной цепи ДНК приводит к образованию двух гибридных молекул,
состоящих из родительской и дочерней цепи

Репликация двойной цепи ДНК приводит к образованию двух гибридных молекул, состоящих из родительской и дочерней цепи

Обе гибридные молекулы идентичны друг другу и полностью повторяют исходную двойную цепь. В ходе процесса репликации родительская двойная спираль (черная) разделяется и каждая из цепей служит матрицей для сборки дочерней (красная) цепи. Спаривание А с Т и Г с Ц гарантирует правильность воспроизведения.


Состав синтетической ДНК

Соотношение исходных количеств четырех дезоксинуклеозидтрифосфатов никак не влияло на состав новой ДНК. Состав синтетической ДНК определялся исключительно составом ДНК, взятой в качестве матрицы. В связи с последним фактом я хотел бы рассказать одну столь интересную историю, что это оправдывает небольшое отступление от темы.

Г. Шахман провел свой свободный от лекций год (1957/58) в нашей лаборатории, занимаясь изучением физических свойств синтетической ДНК; он удостоверился, что она действительно имеет высокую вязкость, низкую скорость седиментации и другие физические свойства, типичные для природной ДНК. Таким образом, новая ДНК, как и природная, состояла из длинных нитевидных полимерных молекул. И чем дольше выдерживалась смесь всех нужных для синтеза реагентов, тем выше была вязкость полученного продукта.

Это было прямым свидетельством того, что общее количество и длина цепей ДНК все время продолжали увеличиваться. Но однажды, к нашему великому удивлению, мы обнаружили повышение вязкости в контрольной пробирке, в которой отсутствовал один из четырех существенных трифосфатов (Г*). Строго говоря, за обычное время инкубации (1—2 часа) никаких реакций не наблюдалось, однако при более продолжительной инкубации, в течение нескольких часов, в пробирке появлялось новое вязкое вещество!

Как показал анализ, это вещество представляло собой ДНК, которая содержала лишь нуклеотиды А и Т, причем нуклеотиды эти строго чередовались.

Полученный полимер, названный дАТ-полимером, как и все другие ДНК, мог быть использован в качестве матрицы; это приводило к немедленному синтезу нового дАТ-полимера. Тогда возник вопрос: а что если Г* и Ц* взять столько же или даже больше, чем А* и Т*, а в качестве матрицы использовать дАТ-полимер; будут ли тогда Г* и Ц* полимеризоваться хотя бы в небольшой степени? Ответ оказался отрицательным: в этих условиях ни Г, ни Ц в составе новой ДНК найдено не было, хотя техника эксперимента позволяла обнаружить присутствие одного нуклеотида Г на 100 000 полимеризованных А- или Т-нуклеотидов. Следовательно, ДНК-полимераза, если и ошибается, то крайне редко.


«Молекулы и клетки», под ред. акад. Г.М.Франка