Astăzi, aproape nimeni nu va fi surprins de concepte precum ereditate, genom, ADN, nucleotide. Toată lumea știe despre dubla helix a ADN-ului și că ea este cea care este responsabilă pentru formarea tuturor semnelor unui organism. Dar nu toată lumea știe despre principiile structurii sale și subordonarea regulilor de bază ale lui Chargaff.
Biolog ofensat
Nu foarte multe descoperiri li se acordă titlul de remarcabile în secolul al XX-lea. Dar descoperirile lui Erwin Chargaff (1905-2002), originar din Bucovina (Cernăuți, Ucraina), sunt, fără îndoială, una dintre ele. Deși nu a primit un premiu Nobel, el a crezut până la sfârșitul zilelor că James Watson și Francis Crick i-au furat ideea despre structura elicoială dublu catenară a ADN-ului și premiul său Nobel.
Universitățile din Polonia, Germania, SUA și Franța sunt mândri să predă acest biochimist remarcabil acolo. Pe lângă regulile fundamentale ale lui Chargaff pentru ADN, el este cunoscut pentru o alta - regula de aur. Așa o numesc biologii. Și regula de aur a lui E. Chargaff sună așa: „Una dintre cele mai insidioase și nefaste proprietăți ale modelelor științifice.este tendința lor de a prelua, și uneori de a înlocui realitatea”. În termeni simpli, asta înseamnă - nu-i spune naturii ce să facă, iar ea nu vă va spune unde ar trebui să mergeți cu toate pretențiile dvs. Pentru mulți tineri oameni de știință, această regulă a lui Erwin Chargaff a devenit un fel de motto al cercetării științifice.
Fundații academice
Amintiți-vă conceptele fundamentale de bază necesare pentru înțelegerea următorului text.
Genom - totalitatea întregului material ereditar al unui anumit organism.
Monomerii formează polimeri - unități structurale care se combină pentru a forma molecule organice cu molecul mare.
Nucleotide - adenina, guanina, timina si citozina - monomeri ai moleculei de ADN, molecule organice formate din acid fosforic, un carbohidrat cu 5 atomi de carbon (dezoxiriboza sau riboza) si purina (adenina si guanina) sau pirimidina (citozina). și timină) motive.
ADN - acidul dezoxiribonucleic, baza eredității organismelor, este un dublu helix format din nucleotide cu o componentă carbohidrat - deoxiriboza. ARN - acid ribonucleic, diferă de ADN prin prezența carbohidratului de riboză în nucleotide și înlocuirea timinei cu uracil.
Cum a început totul
Un grup de oameni de știință de la Universitatea Columbia din New York, condus de E. Chargaff în 1950-1952, s-a angajat în cromatografia ADN. Se știa deja că este format din patru nucleotide, dar nimeni nu a știut încă despre structura sa elicoială.știa. Mai multe studii au arătat. Că într-o moleculă de ADN numărul de baze purinice este egal cu numărul de baze pirimidinice. Mai exact, cantitatea de timină este întotdeauna egală cu cantitatea de adenină, iar cantitatea de guanină corespunde cantității de citozină. Această egalitate a bazelor azotate este regula lui Chargaff pentru acizii dezoxiribonucleici și ribonucleici.
Sens în biologie
Această regulă a devenit baza pe care Watson și Crick au fost ghidați atunci când au derivat structura moleculei de ADN. Modelul lor cu bile, fire și figurine, răsucite elicoidal, dublu, a explicat această egalitate. Cu alte cuvinte, regulile lui Chargaff sunt că timina se combină cu adenina și guanina se combină cu citozina. Acest raport de nucleotide a fost cel care se potrivește în mod ideal în modelul spațial al ADN-ului propus de Watson și Crick. Descoperirea structurii moleculei de acid dezoxiribonucleic a determinat știința să descopere un nivel mai larg: principiile variabilității și eredității, sinteza biologică a ADN-ului, explicația evoluției și mecanismele acesteia la nivel molecular.
Regulile Chargaff în forma lor cea mai pură
Știința modernă formulează aceste prevederi fundamentale cu următoarele trei postulate:
- Cantitatea de adenină corespunde cantității de timină, iar citozină guaninei: A=T și G=C.
- Cantitatea de purine este întotdeauna egală cu numărul de pirimidine: A + G=T + C.
- Numărul de nucleotide care conțin pirimidină în pozițiile 4 și 6baze purinice, este egal cu numărul de nucleotide care conțin grupări oxo în aceleași poziții: A + G \u003d C + T.
În anii 1990, odată cu descoperirea tehnologiilor de secvențiere (determinarea secvenței de nucleotide în secțiuni lungi), regulile ADN-ului lui Chargaff au fost confirmate.
Durere de cap la copii
În liceu și la universități, studiul biologiei moleculare implică în mod necesar rezolvarea de probleme pe baza regulii Chargaff. Ei numesc aceste sarcini doar construcția unui al doilea lanț de ADN bazat pe principiul complementarității (complementaritatea spațială a nucleotidelor purinice și pirimidinice). De exemplu, condiția dă secvența de nucleotide dintr-un lanț - AAGCTAT. Elevul sau studentul trebuie să reconstruiască a doua catenă pe baza matricei ADN și a primei reguli Chargaff. Răspunsul va fi: GGATCGTS.
Un alt tip de sarcină sugerează calcularea greutății unei molecule de ADN, cunoașterea secvenței nucleotidelor dintr-un lanț și a greutății specifice a nucleotidelor. Prima regulă de biologie a lui Chargaff este considerată fundamentală pentru înțelegerea elementelor de bază ale biochimiei moleculare și ale geneticii.
Pentru știință, nu totul este atât de simplu
E. Chargaff a continuat să studieze compoziția ADN-ului și, la 16 ani de la descoperirea primei legi, a împărțit molecula în două catene separate și a constatat că numărul de baze nu este exact egal, ci doar aproximativ. Aceasta este a doua regulă a lui Chargaff: într-un mod separatfire de acid dezoxiribonucleic, cantitatea de adenină este aproximativ egală cu cantitatea de timină, iar guanină - la citozină.
Încălcările egalității s-au dovedit a fi direct proporționale cu lungimea secțiunii analizate. Precizia se menține la o lungime de 70-100 de mii de perechi de baze, dar la lungimi de sute de perechi de baze și mai puțin, nu se mai păstrează. De ce în unele organisme procentul de guanină-citozină este mai mare decât procentul de adenin-timină sau invers, știința nu a explicat încă. Într-adevăr, în genomul obișnuit al organismelor, o distribuție egală a nucleotidelor este mai degrabă o excepție decât o regulă.
ADN nu-și dezvăluie secretele
Odată cu dezvoltarea tehnicilor de secvențiere a genomului, s-a constatat că o singură catenă de ADN conține aproximativ același număr de nucleotide unice complementare, perechi de baze (dinucleotide), trinucleotide și așa mai departe - până la oligonucleotide (secțiuni de 10-20 nucleotide). Genomul tuturor organismelor vii cunoscute respectă această regulă, cu foarte puține excepții.
Astfel, doi oameni de știință brazilieni - biologul Michael Yamagishi și matematicianul Roberto Herai - au folosit teoria mulțimilor pentru a analiza secvențele de nucleotide necesare pentru ca ei să conducă la regula Chargaff. Ei au derivat patru ecuații stabilite și au testat 32 de genomi din specii cunoscute. Și s-a dovedit că modelele asemănătoare fractale sunt adevărate pentru majoritatea speciilor, inclusiv E. coli, plante și oameni. Dar virusul imunodeficienței umane și o bacterie parazită care provoacă ofilirea rapidămăslini, nu respectați deloc legile domniei lui Chargaff. De ce? Niciun răspuns încă.
Biochimiștii, biologii evoluționari, citologii și geneticienii încă se luptă cu misterele ADN-ului și cu mecanismele moștenirii. În ciuda realizărilor științei moderne, omenirea este departe de a dezvălui universul. Am depășit gravitația, am stăpânit spațiul cosmic, am învățat cum să schimbăm genomul și să determinăm patologia fătului în stadiile incipiente ale dezvoltării embrionului. Dar suntem încă departe de a înțelege toate mecanismele naturii pe care ea le-a creat de miliarde de ani pe planeta Pământ.
