Pravilo Chargaffa. Svojstva genoma su u skladu s pravilima Karte

Danas, gotovo nitko nije iznenađen takvim konceptima kao što su nasljeđe, genom, DNA, nukleotidi. Svatko zna o dvostrukoj spirali DNA i da je odgovoran za formiranje svih znakova organizma. No, svi ne znaju o načelima njegove organizacije i podređenosti temeljnim pravilima Chargaffa.

Uvrijedio biologa

Nisu mnoga otkrića nagrađena naslovom izvanrednim u dvadesetom stoljeću. Ali otkrića Erwina Chargaffa (1905.-2002.), Imigranta iz Bukovine (Chernovtsy, Ukrajina) nesumnjivo se odnose na ove. Iako nije primio Nobelovu nagradu, do kraja njegovih dana to je vjerovao James Watson a Francis Crick ukrao je ideju o dvostrukoj duljini spiralne strukture DNA i njegovog Nobelovog.

Sveučilišta u Poljskoj, Njemačkoj, SAD-u i Francuskoj su ponosni na činjenicu da ih je ovaj izvanredan biokemičar podučavao. Osim Chargaffovih temeljnih pravila za DNK, poznat je po još jednom zlatnom pravilu. To je ono što znanstvenici nazivaju biolozi. Zlatno pravilo zvuči E. Chargaff tako: «Jedan od najvažnijih podmukao i zao svojstva znanstvenih modela je njihova tendencija da se preuzmu, a ponekad zamijeniti, stvarnost». Na običnom jeziku, to znači - ne reći prirodi što učiniti, a neće vam reći kamo biste trebali ići sa svim tvrdnjama. Za mnoge je mlade znanstvenike ovo pravilo Erwin Chargaff postalo vrsta moto znanstvenog istraživanja.

Akademska pozadina

Sjetimo se osnovnih temeljnih pojmova potrebnih za razumijevanje kasnijeg teksta.

Genom je zbirka svih nasljednih materijala određenog organizma.

Monomeri tvore polimere - strukturne jedinice koje se kombiniraju u visoko molekularne organske molekule.

Nukleotide - adenin, gvanin, timin i citozin - monomera DNA molekule, organske molekule nastale s fosfornom kiselinom, ugljikohidrat do 5 ugljikovih atoma (ili riboza dezoksiriboza) i purina (adenin i guanin) i pirimidina (citozin i timin) baze.

DNA - deoksiribonukleinska kiselina, osnova nasljednosti organizama predstavlja dvostruku uzvojnicu formiran od ugljikohidrata komponente nukleotida - dezoksiriboze. RNA - ribonukleinske kiseline, karakterizira prisutnost u sastavu nukleotida DNA ugljikohidrata riboze i uracil zamjenjuje timin na.

Kako je sve počelo

Skupina znanstvenika Sveučilište Columbia U New Yorku, na čelu s E. Chargaff, 1950-1952, bila je angažirana u kromatografiji DNA. Da je njezin sastav sadrži četiri nukleotida, već je poznato, ali nitko nije znao o njegovoj spiralnoj strukturi. Pokazano je više istraživanja. Da je u DNA molekuli količina purinskih baza jednaka količini pirimidinskim bazama. Točnije, količina timina uvijek je jednaka količini adenina, a količina gvanina odgovara količini citozina. Ova jednaka dušikova baza je Chargaffov pravilo za deoksiribonukleinske i ribonukleinske kiseline.

Važnost u biologiji

To je pravilo koje je podržan, koji je bio usredotočen Watson i Crick u izvod strukture DNK molekula. Njihov dvoslojni spiralni model kuglica, žica i figura objasnio je tu ravnopravnost. Drugim riječima, Chargaff je pravilo da timin je povezan sa adenin i gvanin - s citozina. To je taj omjer nukleotida koji se idealno uklapa u prostorni model DNA kojeg su predložili Watson i Crick. Otvaranje molekule kiseline strukture deoksiribonukleinske od otkrića znanosti gura šire razini: Principles i varijabilnost nasljedstvom, biološku sintezu DNK, i objasniti evoluciju mehanizama na molekularnoj razini.

Chargeffova pravila u čistom obliku

Moderna znanost formulira ova temeljna načela s tri sljedeća postulata:

1. Količina adenina odgovara količini timina, a citozin u gvanin: A = T i T = C.
2. Broj purina je uvijek jednak iznosu pirimidina: A + T = T + C.
3. Broj nukleotida koji sadrže pirimidin na poziciji 4 i 6 baza purina jednak broj nukleotida koji sadrže isti položaj okso skupinom: F = A + C + T.

Tijekom devedesetih, otkrićem tehnologija sekvenciranja (određivanje nukleotidne sekvence u dugim sekcijama), potvrđena je DNA Chargaffova pravila.

Glavobolja učenika

U srednjoškolskim i sveučilišnim studijama molekularne biologije nužno uključuje rješavanje problema Chargaffova pravila. Samo ti problemi nazivaju se izgradnjom drugog lanca DNA temeljenog na principu komplementarnosti (prostorno komplementarnost purinskih i pirimidinskih nukleotida). Na primjer, stanje daje niz nukleotida u istom lancu - AAGCTAT. Od studenta ili studenta, potrebno je vratiti drugi lanac na temelju matričnog lanca DNA i prve vladavine Chargaffa. Odgovor je: GGATTsGTS.

Druga vrsta problema je izračunavanje težine DNA molekule, poznavanje slijeda nukleotida u jednom lancu i specifične težine nukleotida. Prvo Chargaffovo pravilo u biologiji smatra se temeljnim za razumijevanje osnova molekularne biokemije i genetike.

Za znanost, nije sve tako jasno

E. Chargaff otišao na studij sastav DNA, a 16 godina nakon otkrića prvog zakona je podijeljena molekulu u dva odvojena smjera, te je utvrdio da je broj baza nije baš isto, ali samo otprilike. Ovo je drugo pravilo Chargaff: odvojeni nit deoksiribonukleinska kiselina adenin količina približno jednaka broju timina, citozina i gvanina -.

Kršenje jednakosti bilo je izravno proporcionalno duljini analiziranog područja. Točnost se održava na duljini od 70-100 tisuća parova nukleotida, no pri duljini od stotina parova ili manje baza više se ne čuva. Zašto u nekim organizmima postotak gvanin-citozina je veći od postotka adenin-timina ili obratno, znanost još nije objašnjena. Uostalom, u normalnim genomima organizama, jednaka raspodjela nukleotida je, naprotiv, iznimka od pravilnika.

DNA ne otkriva svoje tajne

Razvojem genoma sekvenciranja tehnike otkriveno da se jednostruki lanac DNA sadrži približno jednak broj nukleotida komplementarnih parova baza jednog dinukleotida (), i tako dalje trinucleotides - na oligonukleotide (10-20 nukleotida u obrocima). Ovo pravilo poštuje genome svih poznatih živih organizama, uz vrlo malo iznimke.

Dakle, dvije brazilske znanstvenike - biolog i matematičar Michael Yamagishi Roberto kurac - teorija skupova korištenje analizirati slijed nukleotida potrebnih za njih dovesti do provedbe Chargaff pravilima. Proveli su četiri setne jednadžbe i testirali 32 genoma poznatih vrsta. I pokazalo se da su fraktalni uzorci istiniti za većinu vrsta, uključujući E. coli, biljke i ljude. No, virus humane imunodeficijencije i parazitske bakterije koja uzrokuje brzo stabla venuće maslina, on ne podliježe zakonima Chargaff pravilima. Zašto? Odgovor još nije pronađen.

Biokemičari, evolucijski biolozi, citolozi i genetičari još se bore za zagonetke DNK i mehanizme nasljeđivanja. Unatoč dostignućima moderne znanosti, čovječanstvo je daleko od rješenja svemira. Prebrodili smo gravitaciju, ovladali svemirskim prostorom, naučili promjenu genoma i utvrditi patologiju fetusa u ranim stadijima razvoja embrija. No, još uvijek smo daleko od razumijevanja svih mehanizama prirode koji je stvorio milijarde godina na planeti Zemlji.