Рис. 22.13. Схема экспериментов Херши и Чейза на фаге Т2 и Е. coli

Из полученных данных Херши и Чейз сделали вывод, что в бактериальную клетку проникает фаговая ДНК, которая и дает начало многочисленному фаговому потомству. Эти эксперименты показали, что наследственным материалом служит ДНК, которая определяет в новообразованных фаговых частицах структуру не только фаговой ДНК, но и фаговых белков. Результаты электронно-микроскопических исследований и более полные данные о жизненном цикле вирусов подтверждают, что в бактериальную клетку проникает только ДНК фага. (Жизненный цикл вирусных и фаговых частиц описан в разд. 2.5.3 и 2.5.4.)

22.4.2. Репликация ДНК

22.4.2. Репликация ДНК

Модель структуры ДНК в виде двойной спирали, предложенная Уотсоном и Криком, описана в разд. 5.6.3. Одна из самых привлекательных особенностей этой модели состоит в том, что она одновременно подсказывает, каким способом могла бы происходить репликация ДНК. Уотсон и Крик высказали предположение, что две цепи, образующие спираль, могут раскручиваться и разделяться, после чего каждая из них служит матрицей, к которой путем спаривания оснований пристраивается комплементарная цепочка нуклеотидов. Таким образом, из каждой исходной молекулы ДНК получаются две копии с идентичной структурой.

В 1956 г. Корнбергу удалось продемонстрировать in vitro синтез молекулы ДНК, используя в качестве матрицы одиночную цепь ДНК. (Этот метод был затем использован другими учеными для выяснения природы генетического кода; см. разд. 22.5.) Корнберг выделил из Е. coli и очистил фермент, который способен связывать друг с другом свободные нуклеотиды в присутствии АТФ как источника энергии с образованием комплементарной цепи ДНК. Он назвал этот фермент ДНК-полимеразой. В своих последующих экспериментах Корнберг использовал вместо нуклеотидов и АТФ дезоксинуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ), из которых тоже строилась комплементарная цепь ДНК. Дальнейшие данные подтвердили, что именно в этой форме нуклеотиды легко присоединяются к ДНК-матрице и друг к другу. Когда нуклеозидтрифосфаты связываются между собой, две концевые фосфатные группы отщепляются. Оставшаяся фосфатная группа нуклеотида и освобождающаяся энергия используются для образования эфирной связи с углеродными атомами 5 и 3 остатков сахара соседних нуклеотидов (рис. 22.14).

Позднее, в 1967 г., Корнберг показал, что ДНК — полимераза присоединяет нуклеотиды только в направлении 5 → 3. Поскольку две цепи ДНК антипараллельны, т. е. направление 5 → 3 у них противоположно, ДНК-полимераза может непрерывно строить лишь одну новую цепь молекулы ДНК. Другая дочерняя молекула ДНК синтезируется отдельными короткими участками под действием ДНК-полимеразы, движущейся в противоположном направлении[9]. Эти короткие участки новосинтезируемой полинуклеотидной цепи связываются воедино другим ферментом — ДНК-лигазой (рис. 22.15). Молекулы ДНК, синтезируемые in vitro в присутствии ДНК-лигазы, биологически активны и могут использоваться в системе синтеза белка. Молекулы ДНК, полученные в 1956 г. Корнбергом, хотя они имели в целом правильную структуру, были лишены биологической активности, так как участки одной из синтезируемых цепей не могли соединиться друг с другом.