I dag vil knapt noen bli overrasket over begreper som arv, genom, DNA, nukleotider. Alle vet om den doble helixen til DNA og at det er hun som er ansvarlig for dannelsen av alle tegn på en organisme. Men ikke alle vet om prinsippene for strukturen og underordningen til Chargaffs grunnleggende regler.
Fornærmet biolog
Ikke mange funn er tildelt tittelen fremragende i det tjuende århundre. Men oppdagelsene til Erwin Chargaff (1905-2002), en innfødt i Bukovina (Chernivtsi, Ukraina), er utvilsomt en av dem. Selv om han ikke mottok en Nobelpris, trodde han til slutten av sine dager at James Watson og Francis Crick stjal ideen hans om den dobbelttrådede spiralstrukturen til DNA og Nobelprisen hans.
Universitetene i Polen, Tyskland, USA og Frankrike er stolte over å ha denne enestående biokjemikerundervisningen der. I tillegg til Chargaffs grunnleggende regler for DNA, er han kjent for en annen – den gylne regelen. Det er det biologer kaller det. Og den gylne regelen til E. Chargaff høres slik ut: «En av de mest lumske og ondskapsfulle egenskapene til vitenskapelige modellerer deres tendens til å overta, og noen ganger erstatte, virkeligheten». Enkelt sagt betyr dette - ikke fortell naturen hva den skal gjøre, og hun vil ikke fortelle deg hvor du skal gå med alle påstandene dine. For mange unge forskere har denne regelen til Erwin Chargaff blitt et slags motto for vitenskapelig forskning.
Akademiske stiftelser
Husk de grunnleggende grunnleggende konseptene som er nødvendige for å forstå følgende tekst.
Genome - helheten av alt arvelig materiale fra en gitt organisme.
Monomerer danner polymerer - strukturelle enheter som kombineres for å danne høymolekylære organiske molekyler.
Nukleotider - adenin, guanin, tymin og cytosin - monomerer av DNA-molekylet, organiske molekyler dannet av fosforsyre, et karbohydrat med 5 karbonatomer (deoksyribose eller ribose) og purin (adenin og guanin) eller pyrimidin (cytospyrimin). og tymin) grunn.
DNA - deoksyribonukleinsyre, grunnlaget for arvelighet til organismer, er en dobbel helix dannet av nukleotider med en karbohydratkomponent - deoksyribose. RNA - ribonukleinsyre, skiller seg fra DNA i nærvær av ribosekarbohydrat i nukleotidene og erstatning av tymin med uracil.
Hvordan det hele startet
En gruppe forskere ved Columbia University i New York, ledet av E. Chargaff i 1950-1952, var engasjert i DNA-kromatografi. Det var allerede kjent at den består av fire nukleotider, men ingen har ennå visst om dens spiralformede struktur.visste. Flere studier har vist. At i et DNA-molekyl er antallet purinbaser lik antallet pyrimidinbaser. Mer presist er mengden tymin alltid lik mengden adenin, og mengden guanin tilsvarer mengden cytosin. Denne likheten av nitrogenholdige baser er Chargaffs regel for deoksyribonukleinsyre og ribonukleinsyre.
Mening in biologi
Det var denne regelen som ble grunnlaget som Watson og Crick ble veiledet på når de utledet strukturen til DNA-molekylet. Deres dobbelttrådede spiralvridde modell av kuler, ledninger og figurer forklarte denne likheten. Chargaffs regler er med andre ord at tymin kombineres med adenin og guanin kombineres med cytosin. Det var dette forholdet av nukleotider som ideelt sett passet inn i den romlige modellen av DNA foreslått av Watson og Crick. Oppdagelsen av strukturen til deoksyribonukleinsyremolekylet fikk vitenskapen til å oppdage et bredere nivå: prinsippene for variabilitet og arv, den biologiske syntesen av DNA, forklaringen av evolusjon og dens mekanismer på molekylært nivå.
Chargaff regler i sin reneste form
Moderne vitenskap formulerer disse grunnleggende bestemmelsene med følgende tre postulater:
- Mengden av adenin tilsvarer mengden av tymin, og cytosin til guanin: A=T og G=C.
- Mengden puriner er alltid lik antall pyrimidiner: A + G=T + C.
- Antall nukleotider som inneholder pyrimidin i posisjon 4 og 6purinbaser, er lik antall nukleotider som inneholder oksogrupper i de samme posisjonene: A + G \u003d C + T.
På 1990-tallet, med oppdagelsen av sekvenseringsteknologier (bestemme sekvensen av nukleotider i lange seksjoner), ble Chargaffs DNA-regler bekreftet.
Barnehodepine
På videregående skole og ved universiteter innebærer studiet av molekylærbiologi nødvendigvis å løse problemer på Chargaff-regelen. De kaller disse oppgavene kun konstruksjonen av en andre DNA-kjede basert på komplementaritetsprinsippet (romlig komplementaritet av purin- og pyrimidinnukleotider). For eksempel gir tilstanden sekvensen av nukleotider i en kjede - AAGCTAT. Eleven eller studenten må rekonstruere den andre strengen basert på DNA-matrisestrengen og den første Chargaff-regelen. Svaret vil være: GGATCGTS.
En annen type oppgave foreslår å beregne vekten til et DNA-molekyl, kjenne sekvensen av nukleotider i en kjede og egenvekten til nukleotidene. Chargaffs første biologiregel anses som grunnleggende for å forstå det grunnleggende innen molekylær biokjemi og genetikk.
For vitenskap er ikke alt så enkelt
E. Chargaff fortsatte å studere sammensetningen av DNA, og 16 år etter oppdagelsen av den første loven delte han molekylet i to separate tråder og fant ut at antallet baser ikke er helt like, men bare omtrentlig. Dette er Chargaffs andre regel: i en separattråder av deoksyribonukleinsyre, mengden adenin er omtrent lik mengden tymin, og guanin - til cytosin.
Likestillingsbrudd viste seg å være direkte proporsjonale med lengden på den analyserte delen. Nøyaktigheten opprettholdes ved en lengde på 70-100 tusen basepar, men ved lengder på hundrevis av basepar og mindre er den ikke lenger bevart. Hvorfor i noen organismer prosentandelen av guanin-cytosin er høyere enn prosentandelen av adenin-tymin, eller omvendt, har vitenskapen ennå ikke forklart. Faktisk, i vanlige genomer av organismer, er en lik fordeling av nukleotider snarere et unntak enn en regel.
DNA avslører ikke sine hemmeligheter
Med utviklingen av genomsekvenseringsteknikker ble det funnet at en enkelt DNA-streng inneholder omtrent det samme antall komplementære enkeltnukleotider, basepar (dinukleotider), trinukleotider og så videre - opp til oligonukleotider (seksjoner av 10-20 nukleotider). Genomene til alle kjente levende organismer følger denne regelen, med svært få unntak.
Derfor brukte to brasilianske forskere - biolog Michael Yamagishi og matematiker Roberto Herai - settteori for å analysere nukleotidsekvensene som er nødvendige for at de skal lede til Chargaff-regelen. De utledet fire sett-ligninger og testet 32 genomer av kjente arter. Og det viste seg at fraktallignende mønstre er sanne for de fleste arter, inkludert E. coli, planter og mennesker. Men det menneskelige immunsviktviruset og en parasittisk bakterie som forårsaker rask visningoliventrær, ikke adlyde lovene i Chargaffs styre i det hele tatt. Hvorfor? Ingen svar ennå.
Biokjemikere, evolusjonsbiologer, cytologer og genetikere sliter fortsatt med DNA-mysteriene og arvemekanismene. Til tross for prestasjonene til moderne vitenskap, er menneskeheten langt fra å nøste opp i universet. Vi overvant tyngdekraften, mestret det ytre rom, lærte å endre genomer og bestemme patologien til fosteret i de tidlige stadiene av embryoutvikling. Men vi er fortsatt langt fra å forstå alle mekanismene i naturen som den har skapt i milliarder av år på planeten Jorden.
