Danas rijetko tko će biti iznenađen takvim konceptima kao što su nasljeđe, genom, DNK, nukleotidi. Svi znaju za dvostruku spiralu DNK i da je ona odgovorna za formiranje svih znakova organizma. Ali ne znaju svi o principima njegove strukture i podređenosti osnovnim pravilima Chargaffa.
Uvrijeđeni biolog
Nema mnogo otkrića nagrađenih titulom izvanrednih u dvadesetom stoljeću. Ali otkrića Erwina Chargaffa (1905.-2002.), rodom iz Bukovine (Černivci, Ukrajina), nedvojbeno su jedno od njih. Iako nije dobio Nobelovu nagradu, do kraja svojih dana vjerovao je da su James Watson i Francis Crick ukrali njegovu ideju o dvolančanoj spiralnoj strukturi DNK i njegovu Nobelovu nagradu.
Sveučilišta u Poljskoj, Njemačkoj, SAD-u i Francuskoj ponosni su što tamo predaje ovog izvanrednog biokemičara. Osim Chargaffovih temeljnih pravila za DNK, poznat je po još jednom - zlatnom pravilu. Tako to zovu biolozi. A zlatno pravilo E. Chargaffa zvuči ovako: „Jedno od najpodmuklijih i najpodlijih svojstava znanstvenih modelaje njihova sklonost preuzimanju, a ponekad i istiskivanju stvarnosti. Jednostavno rečeno, to znači - ne govori prirodi što da radi, a ona vam neće reći kamo biste trebali ići sa svim svojim tvrdnjama. Za mnoge mlade znanstvenike ovo pravilo Erwina Chargaffa postalo je svojevrsni moto znanstvenog istraživanja.
Akademske zaklade
Prisjetite se osnovnih temeljnih koncepata potrebnih za razumijevanje sljedećeg teksta.
Genom - ukupnost cjelokupnog nasljednog materijala datog organizma.
Monomeri tvore polimere - strukturne jedinice koje se kombiniraju u visokomolekularne organske molekule.
Nukleotidi - adenin, guanin, timin i citozin - monomeri molekule DNK, organske molekule koje formira fosforna kiselina, ugljikohidrat s 5 atoma ugljika (deoksiriboza ili riboza) i purin (adenin i guanin) ili citorimidin i timin) talog.
DNA - deoksiribonukleinska kiselina, osnova naslijeđa organizama, dvostruka je spirala nastala od nukleotida s komponentom ugljikohidrata - deoksiribozom. RNA - ribonukleinska kiselina, razlikuje se od DNK po prisutnosti ugljikohidrata riboze u nukleotidima i zamjeni timina s uracilom.
Kako je sve počelo
Grupa znanstvenika sa Sveučilišta Columbia u New Yorku, na čelu s E. Chargaffom 1950.-1952., bavila se DNA kromatografijom. Već je bilo poznato da se sastoji od četiri nukleotida, ali nitko još nije znao za njegovu spiralnu strukturu.znao. Više studija je pokazalo. Da je u molekuli DNA broj purinskih baza jednak broju pirimidinskih baza. Točnije, količina timina uvijek je jednaka količini adenina, a količina gvanina odgovara količini citozina. Ova jednakost dušičnih baza je Chargaffovo pravilo za deoksiribonukleinske i ribonukleinske kiseline.
Značenje u biologiji
To je pravilo postalo osnova na kojoj su se Watson i Crick vodili prilikom izvođenja strukture molekule DNK. Njihov dvostruki spiralno uvijeni model kuglica, žica i figurica objasnio je ovu jednakost. Drugim riječima, Chargaffova pravila su da se timin spaja s adeninom, a gvanin s citozinom. Upravo se taj omjer nukleotida idealno uklapao u prostorni model DNK koji su predložili Watson i Crick. Otkriće strukture molekule deoksiribonukleinske kiseline potaknulo je znanost da otkrije širu razinu: principe varijabilnosti i nasljeđa, biološke sinteze DNK, objašnjenje evolucije i njezinih mehanizama na molekularnoj razini.
Chargaff pravila u svom najčišćem obliku
Moderna znanost formulira ove temeljne odredbe sa sljedeća tri postulata:
- Količina adenina odgovara količini timina, a citozina guaninu: A=T i G=C.
- Količina purina uvijek je jednaka broju pirimidina: A + G=T + C.
- Broj nukleotida koji sadrže pirimidin na pozicijama 4 i 6purinske baze, jednak je broju nukleotida koji sadrže okso skupine na istim pozicijama: A + G \u003d C + T.
U 1990-ima, otkrićem tehnologije sekvenciranja (određivanje slijeda nukleotida u dugim dijelovima), Chargaffova DNK pravila su potvrđena.
dječja glavobolja
U srednjoj školi i na sveučilištima, studij molekularne biologije nužno uključuje rješavanje problema na osnovu Chargaffovog pravila. Te zadatke nazivaju samo izgradnjom drugog DNK lanca na temelju principa komplementarnosti (prostorne komplementarnosti purinskih i pirimidinskih nukleotida). Na primjer, uvjet daje slijed nukleotida u jednom lancu - AAGCTAT. Učenik ili student je dužan rekonstruirati drugi lanac na temelju lanca DNK matrice i prvog Chargaffovog pravila. Odgovor će biti: GGATCGTS.
Druga vrsta zadatka predlaže izračunavanje težine molekule DNA, poznavajući slijed nukleotida u jednom lancu i specifičnu težinu nukleotida. Chargaffovo prvo biološko pravilo smatra se temeljnim za razumijevanje osnova molekularne biokemije i genetike.
Za znanost nije sve tako jednostavno
E. Chargaff je nastavio proučavati sastav DNK, a 16 godina nakon otkrića prvog zakona podijelio je molekulu u dva odvojena lanca i otkrio da broj baza nije baš jednak, već samo približno. Ovo je Chargaffovo drugo pravilo: u zasebnomniti deoksiribonukleinske kiseline, količina adenina je približno jednaka količini timina, a guanina - citozinu.
Kršenje jednakosti pokazalo se izravno proporcionalnim duljini analiziranog dijela. Točnost se održava na duljini od 70-100 tisuća baznih parova, ali na duljinama od stotina parova baza i manje, više se ne čuva. Zašto je u nekim organizmima postotak gvanin-citozina veći od postotka adenin-timina, ili obrnuto, znanost još nije objasnila. Doista, u običnim genomima organizama, jednaka raspodjela nukleotida je prije iznimka nego pravilo.
DNK ne otkriva svoje tajne
Razvojom tehnika sekvenciranja genoma, otkriveno je da jedan lanac DNK sadrži približno isti broj komplementarnih pojedinačnih nukleotida, parova baza (dinukleotida), trinukleotida i tako dalje - do oligonukleotida (odjeljci 10-20 nukleotida). Genomi svih poznatih živih organizama pokoravaju se ovom pravilu, s vrlo malim iznimkama.
Tako su dva brazilska znanstvenika - biolog Michael Yamagishi i matematičar Roberto Herai - koristili teoriju skupova za analizu nukleotidnih sekvenci potrebnih da dovedu do Chargaffovog pravila. Izveli su četiri postavljene jednadžbe i testirali 32 genoma poznatih vrsta. Pokazalo se da su fraktalni uzorci istiniti za većinu vrsta, uključujući E. coli, biljke i ljude. Ali virus ljudske imunodeficijencije i parazitska bakterija koja uzrokuje brzo venućemasline, uopće se ne pokoravaju zakonima Chargaffove vladavine. Zašto? Još nema odgovora.
Biokemičari, evolucijski biolozi, citolozi i genetičari još uvijek se bore s misterijama DNK i mehanizmima nasljeđivanja. Unatoč dostignućima moderne znanosti, čovječanstvo je daleko od raspleta svemira. Prevladali smo gravitaciju, svladali svemir, naučili kako promijeniti genome i odrediti patologiju fetusa u ranim fazama razvoja embrija. Ali još smo daleko od razumijevanja svih mehanizama prirode koje je stvarala milijardama godina na planeti Zemlji.
