Ma már senkit sem lep meg olyan fogalmak, mint az öröklődés, genom, DNS, nukleotidok. Mindenki ismeri a DNS kettős hélixét, és azt, hogy ő a felelős a szervezet összes jelének kialakulásáért. De nem mindenki ismeri felépítésének elveit és a Chargaff alapvető szabályainak való alárendelését.
Sértődött biológus
A huszadik században nem sok felfedezés kapta a kiemelkedő címet. A bukovinai (Csernivci, Ukrajna) születésű Erwin Chargaff (1905-2002) felfedezései azonban kétségtelenül ezek közé tartoznak. Bár nem kapott Nobel-díjat, napjai végéig azt hitte, hogy James Watson és Francis Crick ellopták a DNS kétszálú spirális szerkezetéről alkotott elképzelését és Nobel-díját.
Lengyelországban, Németországban, az Egyesült Államokban és Franciaországban az egyetemek büszkék arra, hogy ott tanítják ezt a kiváló biokémikust. Chargaff DNS-re vonatkozó alapvető szabályai mellett egy másikról is ismert, az aranyszabályról. Így hívják a biológusok. E. Chargaff aranyszabálya pedig így hangzik: „A tudományos modellek egyik legalattomosabb és legaljasabb tulajdonságahajlamuk arra, hogy átvegyék, és néha ki is váltsák a valóságot”. Leegyszerűsítve ez azt jelenti, hogy ne mondd meg a természetnek, hogy mit tegyen, és ő nem fogja megmondani, hová menjen minden követelésével. Sok fiatal tudós számára Erwin Chargaff e szabálya a tudományos kutatás egyfajta mottójává vált.
Akadémiai alapítványok
Idézze fel a következő szöveg megértéséhez szükséges alapvető alapfogalmakat.
Genom – egy adott organizmus összes örökítőanyagának összessége.
A monomerek polimereket képeznek – olyan szerkezeti egységeket, amelyek egyesülve nagy molekulatömegű szerves molekulákat alkotnak.
Nukleotidok - adenin, guanin, timin és citozin - a DNS-molekula monomerei, foszforsavból, 5 szénatomos szénhidrátból (dezoxiribóz vagy ribóz) és purinból (adenin és guanin) vagy pirimidinből (citozin) képzett szerves molekulák és timin) őrlemény.
DNS - dezoxiribonukleinsav, az organizmusok öröklődésének alapja, egy kettős hélix, amely nukleotidokból képződik szénhidrát komponenssel - dezoxiribózzal. Az RNS – ribonukleinsav, abban különbözik a DNS-től, hogy a nukleotidokban ribóz-szénhidrát van jelen, és a timin uracillal van helyettesítve.
Hogy kezdődött az egész
A New York-i Columbia Egyetem tudósainak egy csoportja, 1950 és 1952 között E. Chargaff vezetésével, DNS-kromatográfiával foglalkozott. Azt már korábban is lehetett tudni, hogy négy nukleotidból áll, de spirális szerkezetéről még senki sem tudott.tudta. Számos tanulmány kimutatta. Hogy egy DNS-molekulában a purinbázisok száma megegyezik a pirimidinbázisok számával. Pontosabban a timin mennyisége mindig megegyezik az adenin mennyiségével, a guanin mennyisége pedig a citozin mennyiségével. A nitrogéntartalmú bázisok egyenlősége a Chargaff-szabály a dezoxiribonukleinsavakra és ribonukleinsavakra.
Jelentés a biológiában
Ez a szabály volt az alapja, amely alapján Watsont és Cricket vezérelték a DNS-molekula szerkezetének meghatározásakor. A golyókból, drótokból és figurákból álló kétszálú csavarvonalú modelljük megmagyarázta ezt az egyenlőséget. Más szavakkal, Chargaff szabályai szerint a timin az adeninnel, a guanin pedig a citozinnal kombinálódik. A nukleotidoknak ez az aránya ideálisan illeszkedik a Watson és Crick által javasolt DNS térmodellbe. A dezoxiribonukleinsav molekula szerkezetének felfedezése szélesebb szint felfedezésére késztette a tudományt: a variabilitás és az öröklődés alapelveit, a DNS biológiai szintézisét, az evolúció és mechanizmusainak molekuláris szintű magyarázatát.
Teherviselési szabályok a legtisztább formájukban
A modern tudomány ezeket az alapvető rendelkezéseket a következő három posztulátummal fogalmazza meg:
- Az adenin mennyisége a timin mennyiségének, a citozin pedig a guanin mennyiségének felel meg: A=T és G=C.
- A purinok mennyisége mindig megegyezik a pirimidinek számával: A + G=T + C.
- A 4. és 6. pozícióban pirimidint tartalmazó nukleotidok számapurinbázisok, megegyezik azon nukleotidok számával, amelyek azonos pozícióban oxocsoportokat tartalmaznak: A + G \u003d C + T.
Az 1990-es években a szekvenálási technológiák felfedezésével (a nukleotidok szekvenciájának meghatározása hosszú szakaszokban) megerősítették Chargaff DNS-szabályait.
Gyermekfejfájás
A középiskolákban és az egyetemeken a molekuláris biológia tanulmányozása szükségszerűen magában foglalja a Chargaff-szabály alapján felmerülő problémák megoldását. Ezeket a feladatokat csak a komplementaritás (purin és pirimidin nukleotidok térbeli komplementaritása) elvén alapuló második DNS-lánc felépítésének nevezik. Például a feltétel megadja a nukleotidok szekvenciáját egy láncban - AAGCTAT. A tanulónak vagy hallgatónak rekonstruálnia kell a második szálat a DNS-mátrix szála és az első Chargaff-szabály alapján. A válasz a következő lesz: GGATCGTS.
A feladat egy másik típusa a DNS-molekula tömegének kiszámítása, az egyik lánc nukleotidsorrendjének és a nukleotidok fajsúlyának ismerete. Chargaff első biológiaszabályát alapvetőnek tartják a molekuláris biokémia és a genetika alapjainak megértéséhez.
A tudomány számára nem minden olyan egyszerű
E. Chargaff folytatta a DNS összetételének tanulmányozását, és 16 évvel az első törvény felfedezése után két külön szálra osztotta a molekulát, és megállapította, hogy a bázisok száma nem pontosan egyenlő, hanem csak megközelítőleg. Ez Chargaff második szabálya: különdezoxiribonukleinsav szálaiban az adenin mennyisége megközelítőleg megegyezik a timin mennyiségével, a guanin pedig a citozin mennyiségével.
Az egyenlőség megsértése egyenesen arányosnak bizonyult az elemzett szakasz hosszával. A pontosság 70-100 ezer bázispár hosszon megmarad, de több száz bázispár vagy annál kevesebb hosszon már nem őrzi meg. A tudomány még nem fejtette ki, hogy egyes szervezetekben miért magasabb a guanin-citozin százalékos aránya, mint az adenin-timin százalékos aránya, vagy fordítva. Valójában az élőlények közönséges genomjában a nukleotidok egyenlő eloszlása inkább kivétel, mint szabály.
A DNS nem fedi fel titkait
A genomszekvenálási technikák fejlesztése során azt találták, hogy a DNS egyetlen szála megközelítőleg ugyanannyi komplementer egyetlen nukleotidot, bázispárt (dinukleotidot), trinukleotidot stb. tartalmaz – egészen az oligonukleotidokig (szakaszaiig). 10-20 nukleotid). Az összes ismert élő szervezet genomja betartja ezt a szabályt, nagyon kevés kivétellel.
Így két brazil tudós – Michael Yamagishi biológus és Roberto Herai matematikus – halmazelméletet használt a Chargaff-szabályhoz szükséges nukleotidszekvenciák elemzéséhez. Négy halmaz egyenletet vezettek le, és ismert fajok 32 genomját tesztelték. És kiderült, hogy a fraktálszerű minták a legtöbb fajra igazak, beleértve az E. colit, a növényeket és az embereket is. De az emberi immunhiányos vírus és egy parazita baktérium, amely gyors hervadást okozolajfák, egyáltalán ne engedelmeskedjenek Chargaff uralmának törvényeinek. Miért? Még nincs válasz.
A biokémikusok, evolúcióbiológusok, citológusok és genetikusok még mindig a DNS rejtelmeivel és az öröklődési mechanizmusokkal küszködnek. A modern tudomány vívmányai ellenére az emberiség még messze van attól, hogy megfejtse az univerzumot. Legyőztük a gravitációt, elsajátítottuk a világűrt, megtanultuk, hogyan változtassuk meg a genomokat és határozzuk meg a magzat patológiáját az embriófejlődés korai szakaszában. De még mindig messze vagyunk attól, hogy megértsük a természet minden olyan mechanizmusát, amelyet a Föld bolygón évmilliárdok óta teremtett.
