Ngayon, halos walang magugulat sa mga konsepto gaya ng heredity, genome, DNA, nucleotides. Alam ng lahat ang tungkol sa double helix ng DNA at na siya ang may pananagutan sa pagbuo ng lahat ng mga palatandaan ng isang organismo. Ngunit hindi alam ng lahat ang tungkol sa mga prinsipyo ng istruktura nito at pagpapailalim sa mga pangunahing tuntunin ng Chargaff.
Na-offend na biologist
Hindi maraming mga tuklas ang ginawaran ng titulong outstanding sa ikadalawampu siglo. Ngunit ang mga natuklasan ni Erwin Chargaff (1905-2002), isang katutubong ng Bukovina (Chernivtsi, Ukraine), ay walang alinlangan na isa sa kanila. Bagama't hindi siya nakatanggap ng Nobel Prize, naniniwala siya sa pagtatapos ng kanyang mga araw na ninakaw nina James Watson at Francis Crick ang kanyang ideya ng double-stranded helical structure ng DNA at ang kanyang Nobel Prize.
Ang mga unibersidad sa Poland, Germany, USA at France ay ipinagmamalaki na mayroon itong natatanging biochemist na pagtuturo doon. Bilang karagdagan sa mga pangunahing panuntunan ni Chargaff para sa DNA, kilala siya para sa isa pa - ang ginintuang tuntunin. Iyan ang tawag sa mga biologist. At ang ginintuang tuntunin ng E. Chargaff ay ganito ang tunog: "Isa sa mga pinaka mapanlinlang at kasuklam-suklam na katangian ng mga modelong siyentipikoay ang kanilang ugali na pumalit, at kung minsan ay pumalit, sa katotohanan". Sa simpleng mga salita, ang ibig sabihin nito ay - huwag sabihin sa kalikasan kung ano ang gagawin, at hindi niya sasabihin sa iyo kung saan ka dapat pumunta sa lahat ng iyong mga claim. Para sa maraming kabataang siyentipiko, ang panuntunang ito ni Erwin Chargaff ay naging isang uri ng motto ng siyentipikong pananaliksik.
Academic foundations
Alalahanin ang mga pangunahing pangunahing konsepto na kailangan para maunawaan ang sumusunod na teksto.
Genome - ang kabuuan ng lahat ng namamanang materyal ng isang partikular na organismo.
Ang mga monomer ay bumubuo ng mga polymer - mga istrukturang yunit na nagsasama-sama upang bumuo ng mga high-molecular na organikong molekula.
Nucleotides - adenine, guanine, thymine at cytosine - mga monomer ng molekula ng DNA, mga organikong molekula na nabuo ng phosphoric acid, isang carbohydrate na may 5 carbon atoms (deoxyribose o ribose) at purine (adenine at guanine) o pyrimidine (cytosine at thymine) grounds.
DNA - ang deoxyribonucleic acid, ang batayan ng pagmamana ng mga organismo, ay isang double helix na nabuo mula sa mga nucleotide na may bahagi ng carbohydrate - deoxyribose. RNA - ribonucleic acid, naiiba sa DNA sa pagkakaroon ng ribose carbohydrate sa mga nucleotides at ang pagpapalit ng thymine ng uracil.
Paano nagsimula ang lahat
Isang grupo ng mga siyentipiko sa Columbia University sa New York, na pinamumunuan ni E. Chargaff noong 1950-1952, ay nakikibahagi sa DNA chromatography. Nalaman na na ito ay binubuo ng apat na nucleotides, ngunit wala pang nakakaalam tungkol sa helical na istraktura nito.alam. Maraming mga pag-aaral ang nagpakita. Na sa isang molekula ng DNA ang bilang ng mga base ng purine ay katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine. Mas tiyak, ang halaga ng thymine ay palaging katumbas ng halaga ng adenine, at ang halaga ng guanine ay tumutugma sa dami ng cytosine. Ang pagkakapantay-pantay na ito ng mga nitrogenous na base ay ang panuntunan ni Chargaff para sa mga deoxyribonucleic at ribonucleic acid.
Ibig sabihin sa biology
Ang panuntunang ito ang naging batayan kung saan ginabayan sina Watson at Crick nang makuha ang istruktura ng molekula ng DNA. Ipinaliwanag ng kanilang double-stranded helicically twisted na modelo ng mga bola, wire, at figurine ang pagkakapantay-pantay na ito. Sa madaling salita, ang mga tuntunin ni Chargaff ay ang thymine ay pinagsama sa adenine at ang guanine ay pinagsama sa cytosine. Ito ang ratio ng mga nucleotide na perpektong akma sa spatial na modelo ng DNA na iminungkahi nina Watson at Crick. Ang pagkatuklas sa istruktura ng molekula ng deoxyribonucleic acid ay nagtulak sa agham na tumuklas ng mas malawak na antas: ang mga prinsipyo ng pagkakaiba-iba at pagmamana, ang biological synthesis ng DNA, ang pagpapaliwanag ng ebolusyon at ang mga mekanismo nito sa antas ng molekular.
Mga panuntunan ng Chargaff sa kanilang pinakadalisay na anyo
Binubalangkas ng modernong agham ang mga pangunahing probisyong ito gamit ang sumusunod na tatlong postulate:
- Ang dami ng adenine ay tumutugma sa dami ng thymine, at ang cytosine sa guanine: A=T at G=C.
- Ang dami ng purine ay palaging katumbas ng bilang ng pyrimidines: A + G=T + C.
- Ang bilang ng mga nucleotide na naglalaman ng pyrimidine sa posisyon 4 at 6purine base, ay katumbas ng bilang ng mga nucleotide na naglalaman ng mga pangkat ng oxo sa parehong mga posisyon: A + G \u003d C + T.
Noong 1990s, sa pagtuklas ng mga teknolohiya sa pagkakasunud-sunod (pagtukoy sa pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa mahabang seksyon), nakumpirma ang mga panuntunan ng DNA ni Chargaff.
Sakit ng ulo ng mga bata
Sa high school at sa mga unibersidad, ang pag-aaral ng molecular biology ay kinakailangang may kasamang paglutas ng mga problema sa panuntunan ng Chargaff. Tinatawag lamang nila ang mga gawaing ito na pagtatayo ng pangalawang DNA chain batay sa prinsipyo ng complementarity (spatial complementarity ng purine at pyrimidine nucleotides). Halimbawa, ang kondisyon ay nagbibigay ng pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa isang kadena - AAGCTAT. Kinakailangang buuin ng mag-aaral o mag-aaral ang pangalawang strand batay sa DNA matrix strand at ang unang panuntunan ng Chargaff. Ang magiging sagot ay: GGATCGTS.
Ang isa pang uri ng gawain ay nagmumungkahi ng pagkalkula ng bigat ng isang molekula ng DNA, alam ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa isang chain at ang tiyak na gravity ng mga nucleotide. Ang unang tuntunin ng biology ni Chargaff ay itinuturing na pangunahing sa pag-unawa sa mga pangunahing kaalaman ng molecular biochemistry at genetics.
Para sa agham, hindi lahat ay napakasimple
E. Ipinagpatuloy ni Chargaff ang pag-aaral ng komposisyon ng DNA, at 16 na taon pagkatapos ng pagtuklas ng unang batas, hinati niya ang molekula sa dalawang magkahiwalay na hibla at nalaman na ang bilang ng mga base ay hindi eksaktong pantay, ngunit humigit-kumulang lamang. Ito ang pangalawang panuntunan ni Chargaff: sa isang hiwalaystrands ng deoxyribonucleic acid, ang dami ng adenine ay humigit-kumulang katumbas ng dami ng thymine, at guanine - sa cytosine.
Ang mga paglabag sa pagkakapantay-pantay ay lumabas na direktang proporsyonal sa haba ng nasuri na seksyon. Ang katumpakan ay pinananatili sa haba na 70-100 thousand base pairs, ngunit sa haba ng daan-daang base pairs at mas kaunti, hindi na ito napanatili. Bakit sa ilang mga organismo ang porsyento ng guanine-cytosine ay mas mataas kaysa sa porsyento ng adenine-thymine, o kabaliktaran, hindi pa naipaliwanag ng agham. Sa katunayan, sa mga ordinaryong genome ng mga organismo, ang pantay na pamamahagi ng mga nucleotide ay sa halip na isang pagbubukod kaysa sa isang panuntunan.
DNA ay hindi nagbubunyag ng mga sikreto nito
Sa pagbuo ng mga diskarte sa pagkakasunud-sunod ng genome, napag-alaman na ang isang solong strand ng DNA ay naglalaman ng humigit-kumulang sa parehong bilang ng mga komplementaryong solong nucleotides, mga pares ng base (dinucleotides), trinucleotides, at iba pa - hanggang sa oligonucleotides (mga seksyon ng 10-20 nucleotides). Ang mga genome ng lahat ng kilalang buhay na organismo ay sumusunod sa panuntunang ito, na may napakakaunting mga pagbubukod.
Kaya, dalawang Brazilian scientist - biologist Michael Yamagishi at mathematician Roberto Herai - ang gumamit ng set theory upang pag-aralan ang mga nucleotide sequence na kinakailangan para sa kanila upang humantong sa panuntunan ng Chargaff. Nakakuha sila ng apat na set equation at sinubukan ang 32 genome ng mga kilalang species. At lumabas na ang mga pattern na tulad ng fractal ay totoo para sa karamihan ng mga species, kabilang ang E. coli, mga halaman at mga tao. Ngunit ang human immunodeficiency virus at isang parasitic bacterium na nagiging sanhi ng mabilis na pagkalantamga puno ng olibo, huwag sumunod sa mga batas ng pamumuno ni Chargaff. Bakit? Wala pang sagot.
Ang mga biochemist, evolutionary biologist, cytologist at geneticist ay nakikibaka pa rin sa mga misteryo ng DNA at sa mga mekanismo ng pamana. Sa kabila ng mga tagumpay ng modernong agham, ang sangkatauhan ay malayo sa paglutas ng sansinukob. Nagtagumpay kami sa grabidad, pinagkadalubhasaan ang kalawakan, natutunan kung paano baguhin ang mga genome at matukoy ang patolohiya ng fetus sa mga unang yugto ng pag-unlad ng embryo. Ngunit malayo pa rin tayo sa pag-unawa sa lahat ng mekanismo ng kalikasan na nilikha nito sa bilyun-bilyong taon sa planetang Earth.
