Hari ini, hampir tidak sesiapa akan terkejut dengan konsep seperti keturunan, genom, DNA, nukleotida. Semua orang tahu tentang heliks ganda DNA dan dialah yang bertanggungjawab untuk pembentukan semua tanda-tanda organisma. Tetapi tidak semua orang tahu tentang prinsip strukturnya dan subordinatnya kepada peraturan asas Chargaff.
Ahli biologi tersinggung
Tidak banyak penemuan yang dianugerahkan gelaran cemerlang pada abad kedua puluh. Tetapi penemuan Erwin Chargaff (1905-2002), yang berasal dari Bukovina (Chernivtsi, Ukraine), sudah pasti salah satu daripadanya. Walaupun dia tidak menerima Hadiah Nobel, dia percaya hingga akhir zamannya bahawa James Watson dan Francis Crick telah mencuri ideanya tentang struktur heliks dua rantai DNA dan Hadiah Nobelnya.
Universiti di Poland, Jerman, Amerika Syarikat dan Perancis berbangga mempunyai pengajaran biokimia yang cemerlang di sana. Sebagai tambahan kepada peraturan asas Chargaff untuk DNA, dia terkenal dengan peraturan lain - peraturan emas. Itulah yang dipanggil oleh ahli biologi. Dan peraturan emas E. Chargaff berbunyi seperti ini: "Salah satu sifat model saintifik yang paling berbahaya dan jahat.adalah kecenderungan mereka untuk mengambil alih, dan kadangkala menggantikan, realiti". Dalam istilah mudah, ini bermakna - jangan beritahu alam apa yang perlu dilakukan, dan dia tidak akan memberitahu anda ke mana anda harus pergi dengan semua tuntutan anda. Bagi kebanyakan saintis muda, peraturan Erwin Chargaff ini telah menjadi sejenis moto penyelidikan saintifik.
Asasi akademik
Ingat konsep asas asas yang diperlukan untuk memahami teks berikut.
Genom - keseluruhan semua bahan keturunan organisma tertentu.
Monomer membentuk polimer - unit struktur yang bergabung membentuk molekul organik bermolekul tinggi.
Nukleotida - adenina, guanina, timin dan sitosin - monomer molekul DNA, molekul organik yang dibentuk oleh asid fosforik, karbohidrat dengan 5 atom karbon (deoksiribosa atau ribosa) dan purin (adenina dan guanina) atau pirimidin (sitosin dan timin).
DNA - asid deoksiribonukleik, asas keturunan organisma, adalah heliks berganda yang terbentuk daripada nukleotida dengan komponen karbohidrat - deoksiribosa. RNA - asid ribonukleik, berbeza daripada DNA dengan kehadiran karbohidrat ribosa dalam nukleotida dan penggantian timin dengan urasil.
Bagaimana semuanya bermula
Sekumpulan saintis di Universiti Columbia di New York, diketuai oleh E. Chargaff pada 1950-1952, terlibat dalam kromatografi DNA. Telah diketahui bahawa ia terdiri daripada empat nukleotida, tetapi belum ada yang mengetahui tentang struktur heliksnya.tahu. Pelbagai kajian telah menunjukkan. Bahawa dalam molekul DNA bilangan bes purin adalah sama dengan bilangan bes pirimidin. Lebih tepat lagi, jumlah timin sentiasa sama dengan jumlah adenin, dan jumlah guanin sepadan dengan jumlah sitosin. Kesamaan bes nitrogen ini ialah peraturan Chargaff untuk asid deoksiribonukleik dan ribonukleik.
Maksud dalam biologi
Peraturan inilah yang menjadi asas di mana Watson dan Crick dibimbing apabila memperoleh struktur molekul DNA. Model bebola, wayar dan patung heliks bertali dua mereka menjelaskan kesamarataan ini. Dalam erti kata lain, peraturan Chargaff ialah timin bergabung dengan adenin dan guanin bergabung dengan sitosin. Nisbah nukleotida inilah yang sesuai dengan model spatial DNA yang dicadangkan oleh Watson dan Crick. Penemuan struktur molekul asid deoksiribonukleik mendorong sains menemui tahap yang lebih luas: prinsip kebolehubahan dan keturunan, sintesis biologi DNA, penjelasan evolusi dan mekanismenya pada peringkat molekul.
Peraturan Chargaff dalam bentuk paling tulen
Sains moden merumuskan peruntukan asas ini dengan tiga postulat berikut:
- Jumlah adenine sepadan dengan jumlah timin, dan sitosin kepada guanina: A=T dan G=C.
- Jumlah purin sentiasa sama dengan bilangan pirimidin: A + G=T + C.
- Bilangan nukleotida yang mengandungi pirimidin pada kedudukan 4 dan 6bes purin, adalah sama dengan bilangan nukleotida yang mengandungi kumpulan oxo dalam kedudukan yang sama: A + G \u003d C + T.
Pada 1990-an, dengan penemuan teknologi penjujukan (menentukan jujukan nukleotida dalam bahagian yang panjang), peraturan DNA Chargaff telah disahkan.
Sakit kepala kanak-kanak
Di sekolah menengah dan di universiti, kajian biologi molekul semestinya melibatkan penyelesaian masalah mengenai peraturan Chargaff. Mereka hanya memanggil tugas-tugas ini sebagai pembinaan rantaian DNA kedua berdasarkan prinsip pelengkap (complementarity spatial nukleotida purin dan pirimidin). Sebagai contoh, keadaan memberikan urutan nukleotida dalam satu rantai - AAGCTAT. Murid atau pelajar dikehendaki membina semula helai kedua berdasarkan helai matriks DNA dan peraturan Chargaff pertama. Jawapannya ialah: GGATCGTS.
Satu lagi jenis tugasan mencadangkan pengiraan berat molekul DNA, mengetahui jujukan nukleotida dalam satu rantai dan graviti tentu nukleotida. Peraturan pertama biologi Chargaff dianggap asas untuk memahami asas biokimia dan genetik molekul.
Untuk sains, tidak semuanya semudah itu
E. Chargaff terus mengkaji komposisi DNA, dan 16 tahun selepas penemuan undang-undang pertama, dia membahagikan molekul itu kepada dua helai berasingan dan mendapati bahawa bilangan bes tidak betul-betul sama, tetapi hanya lebih kurang. Ini adalah peraturan kedua Chargaff: secara berasinganhelai asid deoksiribonukleik, jumlah adenin adalah lebih kurang sama dengan jumlah timin, dan guanin - kepada sitosin.
Pelanggaran kesaksamaan ternyata berkadar terus dengan panjang bahagian yang dianalisis. Ketepatan dikekalkan pada panjang 70-100 ribu pasangan asas, tetapi pada panjang ratusan pasangan asas dan kurang, ia tidak lagi dipelihara. Mengapa dalam sesetengah organisma peratusan guanin-sitosin lebih tinggi daripada peratusan adenine-timin, atau sebaliknya, sains masih belum dijelaskan. Malah, dalam genom organisma biasa, taburan nukleotida yang sama adalah pengecualian daripada peraturan.
DNA tidak mendedahkan rahsianya
Dengan perkembangan teknik penjujukan genom, didapati bahawa sehelai DNA tunggal mengandungi kira-kira bilangan nukleotida tunggal pelengkap, pasangan bes (dinukleotida), trinukleotida, dan sebagainya yang sama - sehingga oligonukleotida (bahagian 10-20 nukleotida). Genom semua organisma hidup yang diketahui mematuhi peraturan ini, dengan sangat sedikit pengecualian.
Oleh itu, dua saintis Brazil - ahli biologi Michael Yamagishi dan ahli matematik Roberto Herai - menggunakan teori set untuk menganalisis jujukan nukleotida yang diperlukan untuk mereka membawa kepada peraturan Chargaff. Mereka memperoleh empat set persamaan dan menguji 32 genom spesies yang diketahui. Dan ternyata corak seperti fraktal adalah benar untuk kebanyakan spesies, termasuk E. coli, tumbuhan dan manusia. Tetapi virus immunodeficiency manusia dan bakteria parasit yang menyebabkan layu cepatpokok zaitun, jangan patuhi undang-undang pemerintahan Chargaff sama sekali. kenapa? Belum ada jawapan.
Pakar biokimia, ahli biologi evolusi, ahli sitologi dan ahli genetik masih bergelut dengan misteri DNA dan mekanisme pewarisan. Walaupun pencapaian sains moden, manusia masih jauh dari merungkai alam semesta. Kami mengatasi graviti, menguasai angkasa lepas, belajar cara menukar genom dan menentukan patologi janin pada peringkat awal perkembangan embrio. Tetapi kita masih jauh daripada memahami semua mekanisme alam semula jadi yang telah dicipta selama berbilion tahun di planet Bumi.
