Bugün, pek kimse kalıtım, genom, DNA, nükleotidler gibi kavramlara şaşırmayacak. Herkes DNA'nın çift sarmalını bilir ve bir organizmanın tüm belirtilerinin oluşumundan sorumlu olan kişidir. Ancak herkes, yapısının ilkelerini ve Chargaff'ın temel kurallarına bağlılığını bilmiyor.
Rahatsız edilmiş biyolog
Yirminci yüzyılda olağanüstü ünvana layık görülen pek çok keşif yoktur. Ancak Bukovina'nın (Çernivtsi, Ukrayna) yerlisi olan Erwin Chargaff'ın (1905-2002) keşifleri şüphesiz bunlardan biridir. Nobel Ödülü almamasına rağmen, günlerinin sonuna kadar James Watson ve Francis Crick'in DNA'nın çift sarmallı sarmal yapısı fikrini ve Nobel Ödülü'nü çaldığına inanıyordu.
Polonya, Almanya, ABD ve Fransa'daki üniversiteler, bu olağanüstü biyokimyacı öğretimine sahip olmaktan gurur duyuyor. Chargaff'ın DNA için temel kurallarına ek olarak, bir başkası ile tanınır - altın kural. Biyologlar buna böyle diyor. Ve E. Chargaff'ın altın kuralı kulağa şöyle geliyor: “Bilimsel modellerin en sinsi ve alçakgönüllü özelliklerinden biri.gerçekliği devralma ve bazen onun yerini alma eğilimleridir . Basitçe, bunun anlamı şudur - doğaya ne yapacağını söyleme ve o sana tüm iddialarınla nereye gitmen gerektiğini söylemeyecektir. Birçok genç bilim insanı için Erwin Chargaff'ın bu kuralı bir tür bilimsel araştırma sloganı haline geldi.
Akademik temeller
Aşağıdaki metni anlamak için gerekli olan temel temel kavramları hatırlayın.
Genom - belirli bir organizmanın tüm kalıtsal materyalinin toplamı.
Monomerler polimerler oluşturur - yüksek moleküler organik moleküller oluşturmak için birleşen yapısal birimler.
Nükleotidler - adenin, guanin, timin ve sitozin - DNA molekülünün monomerleri, fosforik asit, 5 karbon atomlu bir karbonhidrat (deoksiriboz veya riboz) ve purin (adenin ve guanin) veya pirimidin (sitozin) tarafından oluşturulan organik moleküller ve timin) gerekçesiyle.
DNA - organizmaların kalıtımının temeli olan deoksiribonükleik asit, bir karbonhidrat bileşeni olan deoksiriboz ile nükleo titlerden oluşan bir çift sarmaldır. RNA - ribonükleik asit, nükleotidlerde riboz karbonhidrat bulunması ve timinin urasil ile yer değiştirmesi bakımından DNA'dan farklıdır.
Her şey nasıl başladı
New York'taki Columbia Üniversitesi'nde 1950-1952'de E. Chargaff başkanlığındaki bir grup bilim insanı DNA kromatografisiyle uğraştı. Dört nükleotitten oluştuğu zaten biliniyordu, ancak sarmal yapısını henüz kimse bilmiyor.biliyordu. Birçok çalışma göstermiştir. Bir DNA molekülünde pürin bazlarının sayısı pirimidin bazlarının sayısına eşittir. Daha doğrusu, timin miktarı her zaman adenin miktarına eşittir ve guanin miktarı sitozin miktarına karşılık gelir. Azotlu bazların bu eşitliği, Chargaff'ın deoksiribonükleik ve ribonükleik asitler için kuralıdır.
Biyolojide anlam
DNA molekülünün yapısını türetirken Watson ve Crick'in yönlendirildiği temel bu kuraldı. Çift sarmallı, sarmal olarak bükülmüş top, tel ve heykelcik modelleri bu eşitliği açıklıyordu. Başka bir deyişle, Chargaff'ın kuralları, timinin adenin ile birleşmesi ve guaninin sitozin ile birleşmesi şeklindedir. Watson ve Crick tarafından önerilen uzamsal DNA modeline ideal olarak uyan bu nükleotid oranıydı. Deoksiribonükleik asit molekülünün yapısının keşfi, bilimi daha geniş bir seviyeyi keşfetmeye yöneltti: değişkenlik ve kalıtım ilkeleri, DNA'nın biyolojik sentezi, moleküler düzeyde evrimin ve mekanizmalarının açıklanması.
Chargaff kuralları en saf haliyle
Modern bilim, bu temel hükümleri aşağıdaki üç önermeyle formüle eder:
- Adenin miktarı timin miktarına ve sitozin guanin miktarına karşılık gelir: A=T ve G=C.
- Pürinlerin miktarı her zaman pirimidinlerin sayısına eşittir: A + G=T + C.
- 4 ve 6 pozisyonunda pirimidin içeren nükleotidlerin sayısıpürin bazları, aynı pozisyonlarda okso grupları içeren nükleotidlerin sayısına eşittir: A + G \u003d C + T.
1990'larda dizileme teknolojilerinin (uzun bölümlerde nükleotidlerin dizilimini belirleyen) keşfiyle birlikte Chargaff'ın DNA kuralları doğrulandı.
Çocukların baş ağrısı
Lisede ve üniversitelerde moleküler biyoloji çalışması zorunlu olarak Chargaff kuralıyla ilgili problemleri çözmeyi içerir. Bu görevlere yalnızca tamamlayıcılık ilkesine (pürin ve pirimidin nükleo titlerinin uzamsal tamamlayıcılığı) dayanan ikinci bir DNA zincirinin inşası adını verirler. Örneğin, koşul, bir zincirdeki nükleotit dizisini verir - AAGCTAT. Öğrencinin veya öğrencinin, DNA matris zincirine ve ilk Chargaff kuralına dayalı olarak ikinci zinciri yeniden oluşturması gerekir. Cevap şöyle olacaktır: GGATCGTS.
Başka bir görev türü, bir DNA molekülünün ağırlığını hesaplamayı, bir zincirdeki nükleo titlerin sırasını ve nükleo titlerin özgül ağırlığını bilmeyi önerir. Chargaff'ın biyolojinin ilk kuralı, moleküler biyokimya ve genetiğin temellerini anlamak için temel kabul edilir.
Bilim için her şey o kadar basit değil
E. Chargaff, DNA'nın bileşimini incelemeye devam etti ve birinci yasanın keşfinden 16 yıl sonra molekülü iki ayrı zincire böldü ve baz sayısının tam olarak eşit değil, sadece yaklaşık olduğunu buldu. Bu, Chargaff'ın ikinci kuralıdır: ayrı birdeoksiribonükleik asit iplikleri, adenin miktarı yaklaşık olarak timin miktarına ve guanin - sitozine eşittir.
Eşitlik ihlallerinin analiz edilen bölümün uzunluğu ile doğru orantılı olduğu ortaya çıktı. Doğruluk 70-100 bin baz çifti uzunluğunda korunur, ancak yüzlerce baz çifti ve daha az uzunluklarda artık korunmaz. Neden bazı organizmalarda guanin-sitozin yüzdesi, adenin-timin yüzdesinden daha yüksek ya da tam tersi, bilim henüz açıklamadı. Gerçekten de, organizmaların sıradan genomlarında, nükleo titlerin eşit dağılımı bir kuraldan ziyade bir istisnadır.
DNA sırlarını ifşa etmez
Genom dizileme tekniklerinin geliştirilmesiyle, tek bir DNA zincirinin yaklaşık olarak aynı sayıda tamamlayıcı tek nükleotit, baz çifti (dinükleotid), trinükleotid ve benzeri - oligonükleo titlere kadar (bölümleri) içerdiği bulundu. 10-20 nükleotid). Bilinen tüm canlı organizmaların genomları, çok az istisna dışında bu kurala uyar.
Böylece, iki Brezilyalı bilim adamı - biyolog Michael Yamagishi ve matematikçi Roberto Herai - Chargaff kuralına yol açmaları için gerekli nükleotid dizilerini analiz etmek için küme teorisini kullandılar. Dört küme denklemi türettiler ve bilinen türlerin 32 genomunu test ettiler. Ve E. coli, bitkiler ve insanlar da dahil olmak üzere çoğu tür için fraktal benzeri modellerin doğru olduğu ortaya çıktı. Ancak insan immün yetmezlik virüsü ve hızlı solmaya neden olan parazitik bir bakterizeytin ağaçları, Chargaff kuralının yasalarına hiç uymazlar. Niye ya? Henüz cevap yok.
Biyokimyacılar, evrimsel biyologlar, sitologlar ve genetikçiler hala DNA'nın gizemleri ve kalıtım mekanizmalarıyla mücadele ediyor. Modern bilimin başarılarına rağmen, insanlık evreni çözmekten çok uzaktır. Yerçekiminin üstesinden geldik, uzayda ustalaştık, embriyo gelişiminin erken aşamalarında genomları nasıl değiştireceğimizi ve fetüsün patolojisini nasıl belirleyeceğimizi öğrendik. Ama hala doğanın milyarlarca yıldır Dünya gezegeninde yarattığı tüm mekanizmalarını anlamaktan çok uzağız.
