I dag vil næppe nogen blive overrasket over begreber som arv, genom, DNA, nukleotider. Alle kender til den dobbelte helix af DNA, og at det er hende, der er ansvarlig for dannelsen af alle tegn på en organisme. Men ikke alle kender til principperne for dens struktur og underordning af Chargaffs grundlæggende regler.
Fornærmet biolog
Ikke mange opdagelser tildeles titlen som fremragende i det tyvende århundrede. Men opdagelserne af Erwin Chargaff (1905-2002), en indfødt i Bukovina (Chernivtsi, Ukraine), er uden tvivl en af dem. Selvom han ikke modtog en Nobelpris, troede han til sine dages ende, at James Watson og Francis Crick stjal hans idé om den dobbeltstrengede spiralformede struktur af DNA og hans Nobelpris.
Universiteter i Polen, Tyskland, USA og Frankrig er stolte af at have denne fremragende biokemikerundervisning der. Udover Chargaffs grundlæggende regler for DNA, er han kendt for en anden - den gyldne regel. Det er, hvad biologer kalder det. Og E. Chargaffs gyldne regel lyder sådan her: “En af de mest lumske og uhyggelige egenskaber ved videnskabelige modellerer deres tendens til at overtage og nogle gange fortrænge virkeligheden . Enkelt sagt betyder det - fortæl ikke naturen, hvad den skal gøre, og hun vil ikke fortælle dig, hvor du skal gå hen med alle dine påstande. For mange unge videnskabsmænd er denne regel af Erwin Chargaff blevet en slags motto for videnskabelig forskning.
Akademiske fonde
Husk de grundlæggende grundlæggende begreber, der er nødvendige for at forstå følgende tekst.
Genome - helheden af alt arveligt materiale fra en given organisme.
Monomerer danner polymerer - strukturelle enheder, der kombineres og danner højmolekylære organiske molekyler.
Nukleotider - adenin, guanin, thymin og cytosin - monomerer af DNA-molekylet, organiske molekyler dannet af phosphorsyre, et kulhydrat med 5 carbonatomer (deoxyribose eller ribose) og purin (adenin og guanin) eller pyriminin (cytopyriminin) og thymin) grunde.
DNA - deoxyribonukleinsyre, grundlaget for arvelighed for organismer, er en dobbelt helix dannet af nukleotider med en kulhydratkomponent - deoxyribose. RNA - ribonukleinsyre, adskiller sig fra DNA ved tilstedeværelse af ribosekulhydrat i nukleotiderne og erstatning af thymin med uracil.
Hvordan det hele startede
En gruppe videnskabsmænd ved Columbia University i New York, ledet af E. Chargaff i 1950-1952, var engageret i DNA-kromatografi. Det var allerede kendt, at det består af fire nukleotider, men ingen har endnu kendt til dets spiralformede struktur.vidste. Flere undersøgelser har vist. At i et DNA-molekyle er antallet af purinbaser lig med antallet af pyrimidinbaser. Mere præcist er mængden af thymin altid lig med mængden af adenin, og mængden af guanin svarer til mængden af cytosin. Denne lighed af nitrogenholdige baser er Chargaffs regel for deoxyribonukleinsyre og ribonukleinsyre.
Betydning i biologi
Det var denne regel, der blev grundlaget, som Watson og Crick blev vejledt på, når de udledte strukturen af DNA-molekylet. Deres dobbeltstrengede spiralformede snoede model af kugler, ledninger og figurer forklarede denne lighed. Chargaffs regler er med andre ord, at thymin kombineres med adenin og guanin kombineres med cytosin. Det var dette forhold mellem nukleotider, der ideelt passede ind i den rumlige model af DNA foreslået af Watson og Crick. Opdagelsen af strukturen af deoxyribonukleinsyremolekylet fik videnskaben til at opdage et bredere niveau: principperne for variabilitet og arvelighed, den biologiske syntese af DNA, forklaringen af evolutionen og dens mekanismer på molekylært niveau.
Chargaff regler i deres reneste form
Moderne videnskab formulerer disse grundlæggende bestemmelser med følgende tre postulater:
- Mængden af adenin svarer til mængden af thymin, og cytosin til guanin: A=T og G=C.
- Mængden af puriner er altid lig med antallet af pyrimidiner: A + G=T + C.
- Antallet af nukleotider, der indeholder pyrimidin i position 4 og 6purinbaser, er lig med antallet af nukleotider, der indeholder oxogrupper i de samme positioner: A + G \u003d C + T.
I 1990'erne, med opdagelsen af sekventeringsteknologier (bestemmelse af sekvensen af nukleotider i lange sektioner), blev Chargaffs DNA-regler bekræftet.
Børnehovedpine
I gymnasiet og på universiteter involverer studiet af molekylærbiologi nødvendigvis at løse problemer med Chargaff-reglen. De kalder kun disse opgaver for konstruktionen af en anden DNA-kæde baseret på princippet om komplementaritet (rumlig komplementaritet af purin- og pyrimidinnukleotider). For eksempel giver tilstanden sekvensen af nukleotider i én kæde - AAGCTAT. Eleven eller eleven skal rekonstruere den anden streng baseret på DNA-matrixstrengen og den første Chargaff-regel. Svaret vil være: GGATCGTS.
En anden type opgave foreslår at beregne vægten af et DNA-molekyle ved at kende sekvensen af nukleotider i én kæde og nukleotidernes specifikke vægtfylde. Chargaffs første biologiregel anses for at være grundlæggende for at forstå det grundlæggende inden for molekylær biokemi og genetik.
For videnskaben er alt ikke så simpelt
E. Chargaff fortsatte med at studere sammensætningen af DNA, og 16 år efter opdagelsen af den første lov opdelte han molekylet i to separate strenge og fandt ud af, at antallet af baser ikke er helt ens, men kun cirka. Dette er Chargaffs anden regel: i en separatstrenge af deoxyribonukleinsyre, mængden af adenin er omtrent lig med mængden af thymin, og guanin - til cytosin.
Ligestillingskrænkelser viste sig at være direkte proportionale med længden af det analyserede afsnit. Nøjagtigheden opretholdes ved en længde på 70-100 tusinde basepar, men ved længder på hundreder af basepar og mindre bevares den ikke længere. Hvorfor i nogle organismer procentdelen af guanin-cytosin er højere end procentdelen af adenin-thymin, eller omvendt, har videnskaben endnu ikke forklaret. Faktisk er en ligelig fordeling af nukleotider i almindelige genomer af organismer snarere en undtagelse end en regel.
DNA afslører ikke sine hemmeligheder
Med udviklingen af genomsekventeringsteknikker blev det fundet, at en enkelt DNA-streng indeholder omtrent det samme antal komplementære enkeltnukleotider, basepar (dinukleotider), trinukleotider og så videre - op til oligonukleotider (sektioner af 10-20 nukleotider). Genomerne af alle kendte levende organismer adlyder denne regel, med meget få undtagelser.
To brasilianske videnskabsmænd - biolog Michael Yamagishi og matematiker Roberto Herai - brugte mængdeteori til at analysere de nukleotidsekvenser, der er nødvendige for, at de kan føre til Chargaff-reglen. De udledte fire sæt ligninger og testede 32 genomer af kendte arter. Og det viste sig, at fraktallignende mønstre er sande for de fleste arter, inklusive E. coli, planter og mennesker. Men den menneskelige immundefektvirus og en parasitær bakterie, der forårsager hurtig visnenoliventræer, adlyder overhovedet ikke lovene i Chargaffs styre. Hvorfor? Intet svar endnu.
Biokemikere, evolutionsbiologer, cytologer og genetikere kæmper stadig med DNA's mysterier og arvemekanismerne. På trods af den moderne videnskabs resultater er menneskeheden langt fra at optrevle universet. Vi overvandt tyngdekraften, mestrede det ydre rum, lærte at ændre genomer og bestemme fosterets patologi i de tidlige stadier af embryoudvikling. Men vi er stadig langt fra at forstå alle de mekanismer i naturen, som den har skabt i milliarder af år på planeten Jorden.
