Pravilo Chargaffa. Lastnosti genomov so v skladu s pravili Chartaffa

Danes komaj kdorkoli ni presenečen s takšnimi koncepti kot nasledstvo, genom, DNA, nukleotidi. Vsi poznajo dvojno vijačnico DNA in da je odgovoren za nastanek vseh znakov organizma. Vendar pa vsi ne poznajo načel svoje organizacije in njene podrejenosti osnovnim pravilom Chargaffa.

Oboroženi biolog

Ni veliko odkritij, ki so v 20. stoletju nagrajeni z izjemnim naslovom. Toda odkritja Erwina Chargaffa (1905-2002), priseljenca iz Bukovine (Chernovtsy, Ukrajina) se nedvomno nanašajo na te. Čeprav ni prejel Nobelove nagrade, je do konca svojih dni verjel v to James Watson Francis Crick pa je ukradel idejo o dvojni verižni spiralni strukturi DNK in njegovega Nobelovega.

Univerze na Poljskem, v Nemčiji, ZDA in Franciji so ponosne na dejstvo, da je ta izjemen biohemičar poučeval v njih. Poleg osnovnih pravil Chargaffove DNA, je znan tudi po drugem zlatnem pravilu. To so tisti, ki znanstveniki kličejo biologe. In zlato pravilo E. Chargaffa se sliši takole: "Ena od najbolj umazanih in čudnih lastnosti znanstvenih modelov je njihova težnja, da prevzamejo in včasih izpodrinejo resničnost". V preprostem jeziku to pomeni - ne povejte naravi, kaj storiti, in vam ne bo povedal, kam bi morali iti z vsemi vašimi zahtevki. Za številne mlade znanstvenike je to pravilo Erwina Chargaffa postalo nekakšen moto znanstvenih raziskav.

Akademsko ozadje

Spomnimo se osnovnih temeljnih pojmov, potrebnih za razumevanje naslednjega besedila.

Genom je zbirka vseh dednih materialov danega organizma.

Monomeri tvorijo polimere - strukturne enote, ki se združujejo v molekularne organske molekule.

Nukleotidi - adenin, gvanin timinom in citozinske - monomeri molekule DNA, organske molekule tvorjene s fosforno kislino, ogljikov hidrat do 5 atomi ogljika (riboze ali deoksiriboze) in purina (adenin in gvanin) in pirimidina (citozin in timin) lokaciji.

DNA - deoksibonukleinska kislina, osnova dednosti organizmov, je dvojna vijačnica, ki je sestavljena iz nukleotidov z ogljikohidratno komponento - deoksiriboza. RNA - ribonukleinska kislina, se razlikuje od DNK s prisotnostjo nukleotidov ogljikovih hidratov riboze in s substitucijo timina za uracil.

Kako se je vse začelo

Skupina znanstvenikov Columbia University V New Yorku, ki jo je vodila E. Chargaff, se je 1950-1952 ukvarjala s kromatografijo DNK. Da njegova sestava vključuje štiri nukleotide, je bila že znana, vendar nihče ni vedel o svoji spiralni strukturi. Več študij je pokazalo. Da je v molekuli DNA količina purinskih baz enaka količini pirimidinskih baz. Natančneje, količina timina je vedno enaka količini adenina, količina gvanina pa ustreza količini citozina. Ta enaka dušikova baza je pravilo Chargaff za deoksiribonukleinske in ribonukleinske kisline.

Pomen v biologiji

To pravilo je postalo podpora, na kateri sta bila Watson in Creek usmerjena pri sklepanju strukture molekule DNA. Ta enakopravnost je razložila njihov dvojni vijačni model kroglic, žic in številk. Z drugimi besedami, pravila Chartaffa so, da se timin veže na adenin in gvanin v citozin. To razmerje nukleotidov idealno ustreza prostorskem modelu DNA, ki sta ga predlagala Watson in Crick. Odkritje strukture molekule deoksiribonukleinske kisline je spodbudilo znanost, da odkrije širši nivo: načela variabilnosti in dednosti, biološko sintezo DNK, razlago evolucije in njegove mehanizme na molekularni ravni.

Chargeffova pravila v svoji čisti obliki

Sodobna znanost oblikuje ta temeljna načela z naslednjimi tremi postavkami:

1. Količina adenina ustreza količini timina in citozina v gvanin: A = T in T = C.
2. Število purinov je vedno enako količini pirimidinov: A + T = T + C.
3. Število nukleotidov, ki vsebujejo pirimidin in 6 purinskih baz v položaju 4, je enako številu nukleotidov, ki vsebujejo okso skupine v istih položajih: A + T = U + T.

V devetdesetih letih so odkrili tehnologije za sekvenciranje (določitev nukleotidne sekvence v dolgih odsekih), potrjena DNA iz pravila Chargaffa.

Glavobol učencev

V srednjih šolah in univerzitetnih študijah molekularne biologije nujno vključuje reševanje problemov za pravilo Chargaff. Le ti problemi se imenujejo gradnja druge verige DNA, ki temelji na načelu komplementarnosti (prostorsko komplementarnost purina in pirimidinskih nukleotidov). Na primer, stanje daje zaporedje nukleotidov v isti verigi - AAGCTAT. Od študenta ali študenta je potrebno obnoviti drugo verigo na podlagi matrične verige DNA in prvega pravila Chargaffa. Odgovor je: GGATTsGTS.

Druga vrsta problema je izračun teže molekule DNA, ki pozna zaporedje nukleotidov v eni verigi in specifično težo nukleotidov. Prvo pravilo Chargaffa v biologiji velja za temeljnega pomena za razumevanje osnov molekularne biokemije in genetike.

Za znanost ni vse tako jasno

E.Chargaff je še naprej preučeval sestavo DNA in 16 let po odkritju prvega zakona je molekulo razdelil na dve ločeni prameni in ugotovil, da število baz ni ravno enako, temveč le približno. To je drugo pravilo Chartgaff: v ločeni verigi deoksiribonukleinske kisline je količina adenina približno enaka količini timina in gvanina v citozin.

Kršitve enakosti so bile neposredno sorazmerne dolžini analiziranega območja. Natančnost vzdržujemo na dolžini 70-100 tisoč parov nukleotidov, vendar v dolžini več sto parov ali manj bazenov ni več ohranjena. Zakaj je v nekaterih organizmih odstotek gvanin-citozina višji od odstotka adenin-timina ali obratno, znanost še ni pojasnila. Navsezadnje je v normalnih genomih organizmov enaka porazdelitev nukleotidov precej izjema kot pravilo.

DNK ne razkriva svojih skrivnosti

Z razvojem tehnik genoma odkrili, da en sam DNK veriga vsebuje približno enako število komplementarnih posamičnih nukleotidna baznih parov (dinukleotide), trinucleotides in tako naprej - do oligonukleotidov (10-20 nukleotidov odsekov). To pravilo drži genomov vseh znanih živih organizmov z zelo malo izjema.

Torej, dve Brazilski znanstveniki - biolog in matematik Michael Yamagishi Roberto kurac - uporaba določene teorije za analizo zaporedja nukleotidov, ki so potrebni za njihovo vodilo k izvajanju pravil Chargaff je. Izvedli so štiri enačbe množice in testirali 32 genomov znanih vrst. In se je izkazalo, da so fraktalne podobne vzorce velja za večino vrst, vključno z E. coli, rastline in ljudi. Toda virus človeške imunske pomanjkljivosti in parazitske bakterije, ki povzroča hitro venenje oljke, da ne veljajo zakoni pravil Chargaff je. Zakaj? Odgovor še ni bil najden.

Biokemiki, evolucijski biologi, citologi in genetiki se še vedno borijo za zagon DNK in mehanizme dedovanja. Kljub dosežkom moderne znanosti, človeštvo še zdaleč ni rešilo vesolja. Premagali smo težo, obvladali vesolje, naučili se spreminjati genome in določiti patologijo ploda na zgodnjih stopnjah razvoja zarodka. Vendar smo še vedno daleč od razumevanja vseh mehanizmov narave, ki jih je na milijarde let ustvarjala na planetu Zemlja.