Tänään tuskin kukaan yllättyy sellaisista käsitteistä kuin perinnöllisyys, genomi, DNA, nukleotidit. Kaikki tietävät DNA:n kaksoiskierteestä ja sen, että hän on vastuussa kaikkien organismin merkkien muodostumisesta. Mutta kaikki eivät tiedä sen rakenteen periaatteita ja alistamista Chargaffin perussäännöille.
Loukkaantunut biologi
Monet löydöt eivät saa 1900-luvulla merkittävien titteliä. Mutta Bukovinasta (Tšernivtsi, Ukraina) kotoisin olevan Erwin Chargaffin (1905-2002) löydöt ovat epäilemättä yksi niistä. Vaikka hän ei saanut Nobel-palkintoa, hän uskoi päiviensä loppuun asti, että James Watson ja Francis Crick varastivat hänen ideansa DNA:n kaksijuosteisesta kierteisestä rakenteesta ja hänen Nobel-palkinnostaan.
Puolan, Saksan, USA:n ja Ranskan yliopistot ovat ylpeitä saadessaan opettaa siellä tämän erinomaisen biokemistin. Chargaffin DNA:ta koskevien perussääntöjen lisäksi hänet tunnetaan toisesta - kultaisesta säännöstä. Näin biologit sitä kutsuvat. Ja E. Chargaffin kultainen sääntö kuulostaa tältä: "Yksi tieteellisten mallien salakavalimimmista ja ilkeimmistä ominaisuuksistaon heidän taipumus ottaa h altuunsa ja joskus syrjäyttää todellisuus." Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa - älä kerro luonnolle, mitä tehdä, eikä hän kerro sinulle, minne sinun pitäisi mennä kaikkien väittämiesi kanssa. Monille nuorille tiedemiehille tästä Erwin Chargaffin säännöstä on tullut eräänlainen tieteellisen tutkimuksen motto.
Akateemiset säätiöt
Muista peruskäsitteet, jotka ovat tarpeen seuraavan tekstin ymmärtämiseksi.
Genomi - tietyn organismin kaiken perinnöllisen materiaalin kokonaisuus.
Monomeerit muodostavat polymeerejä – rakenneyksiköitä, jotka yhdistyvät muodostaen suurimolekyylisiä orgaanisia molekyylejä.
Nukleotidit - adeniini, guaniini, tymiini ja sytosiini - DNA-molekyylin monomeerit, orgaaniset molekyylit, jotka muodostuvat fosforihaposta, hiilihydraatista, jossa on 5 hiiliatomia (deoksiriboosi tai riboosi) ja puriinista (adeniini ja guaniini) tai pyrimidiinistä (sytosiini) ja tymiini) jauhe.
DNA - deoksiribonukleiinihappo, eliöiden perinnöllisyyden perusta, on kaksoiskierre, joka muodostuu nukleotideista, joissa on hiilihydraattikomponentti - deoksiriboosi. RNA - ribonukleiinihappo, eroaa DNA:sta riboosihiilihydraatin läsnäolossa nukleotideissa ja tymiinin korvaamisessa urasiililla.
Kuinka kaikki alkoi
New Yorkin Columbian yliopiston tutkijoiden ryhmä, jota johti E. Chargaff vuosina 1950-1952, harjoitti DNA-kromatografiaa. Sen tiedettiin jo ennestään koostuvan neljästä nukleotidista, mutta kukaan ei ole vielä tiennyt sen kierteisestä rakenteesta.tiesi. Useat tutkimukset ovat osoittaneet. Että DNA-molekyylissä puriiniemästen lukumäärä on yhtä suuri kuin pyrimidiiniemästen lukumäärä. Tarkemmin sanottuna tymiinin määrä on aina yhtä suuri kuin adeniinin määrä ja guaniinin määrä vastaa sytosiinin määrää. Tämä typpipitoisten emästen yhtäläisyys on Chargaffin sääntö deoksiribonukleiini- ja ribonukleiinihapoille.
Biologian merkitys
Tästä säännöstä tuli perusta, jolle Watsonia ja Crickiä ohjattiin DNA-molekyylin rakenteen johtamisessa. Heidän kaksisäikeinen, kierteisesti kierretty malli palloista, langoista ja hahmoista selitti tämän tasa-arvon. Toisin sanoen Chargaffin säännöt ovat, että tymiini yhdistyy adeniiniin ja guaniini yhdistyy sytosiiniin. Juuri tämä nukleotidien suhde sopii ihanteellisesti Watsonin ja Crickin ehdottamaan DNA:n spatiaaliseen malliin. Deoksiribonukleiinihappomolekyylin rakenteen löytäminen sai tieteen löytämään laajemman tason: vaihtelevuuden ja perinnöllisyyden periaatteet, DNA:n biologisen synteesin, evoluution ja sen mekanismien selityksen molekyylitasolla.
Maksusäännöt puhtaimmassa muodossaan
Moderni tiede muotoilee nämä perussäännökset seuraavilla kolmella postulaatilla:
- Adeniinin määrä vastaa tymiinin määrää ja sytosiinin määrä guaniinia: A=T ja G=C.
- Puriinien määrä on aina yhtä suuri kuin pyrimidiinien lukumäärä: A + G=T + C.
- Nukleotidien lukumäärä, jotka sisältävät pyrimidiiniä asemissa 4 ja 6puriiniemäkset, on sama kuin nukleotidien lukumäärä, jotka sisältävät samoissa asemissa oksoryhmiä: A + G \u003d C + T.
1990-luvulla, kun sekvensointiteknologiat (nukleotidien sekvenssin määrittäminen pitkissä osissa) löydettiin, Chargaffin DNA-säännöt vahvistettiin.
Lasten päänsärky
Lukiossa ja yliopistoissa molekyylibiologian opiskelu edellyttää välttämättä Chargaff-säännön ongelmien ratkaisemista. He kutsuvat näitä tehtäviä vain toisen DNA-ketjun rakentamiseksi, joka perustuu komplementaarisuusperiaatteeseen (puriini- ja pyrimidiininukleotidien spatiaalinen komplementaarisuus). Esimerkiksi ehto antaa nukleotidisekvenssin yhdessä ketjussa - AAGCTAT. Oppilaan tai opiskelijan on rekonstruoitava toinen juoste DNA-matriisijuosteen ja ensimmäisen Chargaff-säännön perusteella. Vastaus on: GGATCGTS.
Toisen tyyppinen tehtävä ehdottaa DNA-molekyylin painon laskemista, yhden ketjun nukleotidisekvenssin ja nukleotidien ominaispainon tuntemista. Chargaffin ensimmäistä biologian sääntöä pidetään perustavanlaatuisena molekyylibiokemian ja genetiikan perusteiden ymmärtämiselle.
Tieteen kann alta kaikki ei ole niin yksinkertaista
E. Chargaff jatkoi DNA:n koostumuksen tutkimista, ja 16 vuotta ensimmäisen lain löytämisen jälkeen hän jakoi molekyylin kahteen erilliseen juosteeseen ja havaitsi, että emästen määrä ei ole täsmälleen sama, vaan vain suunnilleen. Tämä on Chargaffin toinen sääntö: erillisessädeoksiribonukleiinihappojuosteissa adeniinin määrä on suunnilleen yhtä suuri kuin tymiinin määrä ja guaniinin määrä sytosiinia.
Tasa-arvorikkomukset osoittautuivat suoraan verrannollisiksi analysoitavan jakson pituuteen. Tarkkuus säilyy 70-100 tuhannen emäsparin pituudella, mutta satojen emäsparien ja sitä pienemmällä pituudella se ei enää säily. Miksi joissakin organismeissa guaniini-sytosiinin prosenttiosuus on suurempi kuin adeniini-tymiinin prosenttiosuus tai päinvastoin, tiede ei ole vielä selvittänyt. Tavallisissa organismien genomeissa nukleotidien tasainen jakautuminen onkin pikemminkin poikkeus kuin sääntö.
DNA ei paljasta salaisuuksiaan
Genomisekvensointitekniikoita kehitettäessä havaittiin, että yksi DNA-juoste sisältää suunnilleen saman määrän komplementaarisia yksittäisiä nukleotideja, emäspareja (dinukleotideja), trinukleotideja ja niin edelleen - oligonukleotideihin (osia 10-20 nukleotidia). Kaikkien tunnettujen elävien organismien genomit noudattavat tätä sääntöä harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta.
Niinpä kaksi brasilialaista tiedemiestä - biologi Michael Yamagishi ja matemaatikko Roberto Herai - käyttivät joukkoteoriaa analysoidakseen Chargaff-sääntöön johtavia nukleotidisekvenssejä. He johtivat neljä yhtälöä ja testasivat 32 tunnetun lajin genomia. Ja kävi ilmi, että fraktaalimaiset kuviot ovat totta useimmille lajeille, mukaan lukien E. coli, kasvit ja ihmiset. Mutta ihmisen immuunikatovirus ja nopeaa kuivumista aiheuttava loisbakteerioliivipuita, älä tottele Chargaffin säännön lakeja ollenkaan. Miksi? Ei vielä vastausta.
Biokemistit, evoluutiobiologit, sytologit ja geneetikot kamppailevat edelleen DNA:n mysteerien ja periytymismekanismien kanssa. Huolimatta modernin tieteen saavutuksista ihmiskunta on kaukana maailmankaikkeuden purkamisesta. Voitimme painovoiman, hallitsimme ulkoavaruuden, opimme muuttamaan genomeja ja määrittämään sikiön patologian alkion kehityksen alkuvaiheissa. Mutta olemme vielä kaukana ymmärtämästä kaikkia luonnon mekanismeja, joita se on luonut miljardeja vuosia maapallolla.
