Šiandien vargu ar ką nors nustebins tokios sąvokos kaip paveldimumas, genomas, DNR, nukleotidai. Visi žino apie dvigubą DNR spiralę ir tai, kad ji yra atsakinga už visų organizmo požymių susidarymą. Tačiau ne visi žino apie jo struktūros principus ir pavaldumą pagrindinėms Chargaff taisyklėms.
Įsižeidęs biologas
Nedaug atradimų XX amžiuje suteikiamas išskirtinio titulas. Tačiau Erwino Chargaffo (1905–2002), kilusio iš Bukovinos (Černivcai, Ukraina), atradimai neabejotinai yra vienas iš jų. Nors jis ir negavo Nobelio premijos, iki savo dienų pabaigos tikėjo, kad Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas pavogė jo idėją apie dvigrandę spiralinę DNR struktūrą ir jo Nobelio premiją.
Lenkijos, Vokietijos, JAV ir Prancūzijos universitetai didžiuojasi, kad čia dėsto šis puikus biochemikas. Be pagrindinių Chargaffo DNR taisyklių, jis žinomas dėl dar vienos – auksinės taisyklės. Taip tai vadina biologai. O auksinė E. Chargaff taisyklė skamba taip: „Viena klastingiausių ir niekšiškiausių mokslinių modelių savybiųyra jų tendencija perimti, o kartais ir išstumti realybę“. Paprasčiau tariant, tai reiškia – nesakyk gamtai, ką daryti, ir ji nepasakys, kur tu turėtum eiti su visomis pretenzijomis. Daugeliui jaunų mokslininkų ši Erwino Chargaffo taisyklė tapo savotišku mokslinių tyrimų šūkiu.
Akademiniai fondai
Prisiminkite pagrindines pagrindines sąvokas, būtinas norint suprasti toliau pateiktą tekstą.
Genomas – visos tam tikro organizmo paveldimos medžiagos visuma.
Monomerai sudaro polimerus – struktūrinius vienetus, kurie susijungia ir sudaro didelės molekulinės organinės molekulės.
Nukleotidai – adeninas, guaninas, timinas ir citozinas – DNR molekulės monomerai, organinės molekulės, sudarytos iš fosforo rūgšties, angliavandenių, turinčių 5 anglies atomus (dezoksiribozė arba ribozė) ir purino (adenino ir guanino) arba pirimidino (citozino). ir timino) tirščiai.
DNR – dezoksiribonukleorūgštis, organizmų paveldimumo pagrindas, yra dviguba spiralė, susidaranti iš nukleotidų su angliavandenių komponentu – dezoksiriboze. RNR – ribonukleino rūgštis, nuo DNR skiriasi tuo, kad nukleotiduose yra ribozės angliavandenių ir timiną pakeičia uracilu.
Kaip viskas prasidėjo
Niujorko Kolumbijos universiteto mokslininkų grupė, kuriai 1950–1952 m. vadovavo E. Chargaffas, užsiėmė DNR chromatografija. Jau buvo žinoma, kad jis susideda iš keturių nukleotidų, tačiau niekas dar nežinojo apie jo spiralinę struktūrą.žinojau. Keli tyrimai parodė. Kad DNR molekulėje purino bazių skaičius yra lygus pirimidino bazių skaičiui. Tiksliau, timino kiekis visada lygus adenino kiekiui, o guanino kiekis – citozino kiekiui. Ši azotinių bazių lygybė yra Chargaffo taisyklė dezoksiribonukleino ir ribonukleino rūgštims.
Reimė biologijoje
Būtent ši taisyklė tapo pagrindu, kuriuo Watsonas ir Crickas vadovavosi nustatydami DNR molekulės struktūrą. Jų dvigubas spirališkai susuktas rutulių, laidų ir figūrėlių modelis paaiškino šią lygybę. Kitaip tariant, Chargaff taisyklės yra tokios, kad timinas jungiasi su adeninu, o guaninas - su citozinu. Būtent toks nukleotidų santykis idealiai tinka Watsono ir Cricko pasiūlytam erdviniam DNR modeliui. Dezoksiribonukleino rūgšties molekulės struktūros atradimas paskatino mokslą atrasti platesnį lygmenį: kintamumo ir paveldimumo principus, biologinę DNR sintezę, evoliucijos ir jos mechanizmų paaiškinimą molekuliniu lygmeniu.
Chargaff taisyklės gryniausia forma
Šiuolaikinis mokslas formuluoja šias pagrindines nuostatas šiais trimis postulatais:
- Adenino kiekis atitinka timino kiekį, o citozino – guanino kiekį: A=T ir G=C.
- Purinų kiekis visada lygus pirimidinų skaičiui: A + G=T + C.
- Nukleotidų, kurių 4 ir 6 padėtyse yra pirimidino, skaičiuspurino bazės, yra lygus nukleotidų, kuriuose yra okso grupių tose pačiose padėtyse, skaičiui: A + G \u003d C + T.
Dešimtajame dešimtmetyje, atradus sekos nustatymo technologijas (nustatant nukleotidų seką ilgose atkarpose), Chargaffo DNR taisyklės buvo patvirtintos.
Vaikų galvos skausmas
Vidurinėje mokykloje ir universitetuose molekulinės biologijos studijos būtinai apima problemų sprendimą pagal Chargaff taisyklę. Šias užduotis jie vadina tik antrosios DNR grandinės konstravimu, pagrįstu komplementarumo principu (erdvinis purino ir pirimidino nukleotidų komplementarumas). Pavyzdžiui, sąlyga pateikia nukleotidų seką vienoje grandinėje – AAGCTAT. Mokinys arba studentas turi rekonstruoti antrąją grandinę, pagrįstą DNR matricos grandine ir pirmąja Chargaff taisykle. Atsakymas bus toks: GGATCGTS.
Kito tipo užduotis siūlo apskaičiuoti DNR molekulės svorį, žinant nukleotidų seką vienoje grandinėje ir specifinį nukleotidų svorį. Pirmoji Chargaffo biologijos taisyklė laikoma pagrindine norint suprasti molekulinės biochemijos ir genetikos pagrindus.
Mokslo atžvilgiu ne viskas taip paprasta
E. Chargaffas toliau tyrinėjo DNR sudėtį ir praėjus 16 metų po pirmojo dėsnio atradimo, jis padalino molekulę į dvi atskiras grandines ir nustatė, kad bazių skaičius nėra visiškai lygus, o tik apytiksliai. Tai yra antroji Chargaff taisyklė: atskiraidezoksiribonukleino rūgšties gijų, adenino kiekis yra maždaug lygus timino kiekiui, o guanino - citozinui.
Paaiškėjo, kad lygybės pažeidimai buvo tiesiogiai proporcingi analizuojamos dalies ilgiui. Tikslumas išlaikomas 70-100 tūkstančių bazinių porų ilgio, tačiau šimtų bazinių porų ilgio ir mažesnis jis nebeišsaugomas. Kodėl kai kuriuose organizmuose guanino-citozino procentas yra didesnis nei adenino-timino, arba atvirkščiai, mokslas dar nepaaiškino. Iš tiesų, įprastuose organizmų genomuose vienodas nukleotidų pasiskirstymas yra greičiau išimtis nei taisyklė.
DNR neatskleidžia savo paslapčių
Plėtojant genomo sekos nustatymo metodus, buvo nustatyta, kad vienoje DNR grandinėje yra maždaug tiek pat papildomų pavienių nukleotidų, bazių porų (dinukleotidų), trinukleotidų ir tt – iki oligonukleotidų (skyrių 10-20 nukleotidų). Šiai taisyklei paklūsta visų žinomų gyvų organizmų genomai, išskyrus labai kelias išimtis.
Taigi, du Brazilijos mokslininkai – biologas Michaelas Yamagishi ir matematikas Roberto Herai – naudojo aibių teoriją, kad išanalizuoti nukleotidų sekas, reikalingas Chargaff taisyklėms įgyvendinti. Jie išvedė keturias lygtis ir išbandė 32 žinomų rūšių genomus. Ir paaiškėjo, kad į fraktalus panašūs modeliai tinka daugumai rūšių, įskaitant E. coli, augalus ir žmones. Tačiau žmogaus imunodeficito virusas ir parazitinė bakterija, sukelianti greitą vytimąalyvmedžių, visai nepaklūsta Chargaffo taisyklės dėsniams. Kodėl? Dar nėra atsakymo.
Biochemikai, evoliucijos biologai, citologai ir genetikai vis dar kovoja su DNR ir paveldėjimo mechanizmų paslaptimis. Nepaisant šiuolaikinio mokslo laimėjimų, žmonija toli gražu neatskleidžia visatos. Įveikėme gravitaciją, įvaldėme kosminę erdvę, išmokome keisti genomus ir nustatyti vaisiaus patologiją ankstyvose embriono vystymosi stadijose. Tačiau mes dar toli gražu nesuvokiame visų gamtos mechanizmų, kuriuos ji kūrė milijardus metų Žemės planetoje.
