Правило на Чаргаф. Свойствата на генома съответстват на правилата на Chartaff

Днес едва ли някой е изненадан от такива понятия като наследственост, геном, ДНК, нуклеотиди. Всеки знае за двойната спирала на ДНК и че е отговорен за образуването на всички признаци на организма. Но не всеки знае за принципите на организацията му и за подчинението му на основните правила на Чаргаф.

Обеден биолог

Не многобройни открития получават титлата от изключителни през двадесети век. Но откритията на Ервин Чаргаф (1905-2002), имигрант от Буковина (Черновци, Украйна) несъмнено се отнасят до тях. Въпреки че не получи Нобеловата награда, до края на дните си той вярваше в това Джеймс Уотсън и Франсис Крик откраднал идеята му за двупоточна спирална структура на ДНК и неговия Нобелов.

Университетите в Полша, Германия, САЩ и Франция се гордеят с факта, че този изключителен биохимик учи в тях. В допълнение към основните правила на Чаргаф за ДНК, той е известен с още едно златно правило. Това е, което учените наричат ​​биолози. И златното правило на Е. Чарго звучи така: "Едно от най-коварните и нечестиви свойства на научните модели е тенденцията им да поемат, а понякога и да заменят, реалността". На ясен език това означава - не кажете на природата какво да правите и няма да ви каже къде да отидете с всичките си твърдения. За много млади учени това правило на Ервин Чаргаф се превърна в един вид мото на научни изследвания.

Академичен опит

Нека си припомним основните основни концепции, необходими за разбирането на последващия текст.

Геномът е колекция от целия наследствен материал на даден организъм.

Мономерите образуват полимери - структурни единици, които се комбинират във високо молекулярни органични молекули.

Нуклеотиди - аденин, гуанин, тимин и цитозинови - мономери ДНК молекули, органични молекули, образувани с фосфорна киселина, въглехидрат до 5 въглеродни атома (рибоза или деоксирибоза) и пуриново (аденин и гуанин) и пиримидин (цитозин и тимин) база.

ДНК - дезоксирибонуклеиновата киселина, основата на наследствеността на организмите, е двойна спирала, образувана от нуклеотиди с въглехидратен компонент - дезоксирибоза. РНК - рибонуклеиновата киселина, се различава от ДНК чрез наличието на нуклеотиди на въглехидратната рибоза и замяната на тимин за урацил.

Как започна всичко

Група учени Колумбийски университет В Ню Йорк, оглавявана от Е. Чарго, през 1950-1952 г. тя се занимава с хроматография на ДНК. Че неговият състав включва четири нуклеотида, вече беше известно, но никой не знаеше за неговата спирална структура. Няколко проучвания са показани. Това, че в молекулата ДНК количеството на пуриновите бази е равно на количеството пиримидинови бази. По-точно, количеството тимин е винаги равно на количеството аденин и количеството на гуанина съответства на количеството цитозин. Тази равна азотна база е правилото Chargaff за дезоксирибонуклеиновите и рибонуклеиновите киселини.

Значение в биологията

Това правило се превърна в опората, върху която Уотсън и Крийк бяха ориентирани, когато извадиха структурата на ДНК молекулата. Техният двулицев спираловиден модел на топки, жици и цифри обяснява това равенство. С други думи, правилата на Чартаф са, че тиминът се свързва с аденин и гуанин с цитозин. Това съотношение на нуклеотиди идеално се вписва в модела на пространствената ДНК, предложен от Уотсън и Крик. Откриване на молекула киселина структурата на откритие науката дезоксирибонуклеинова избута широки ниво: Принципи и променливост наследственост, биологичен синтез на ДНК и обясни развитието на механизмите на молекулярно ниво.

Правилата на Чарджър в неговата чиста форма

Съвременната наука формулира тези основни принципи със следните три постулати:

1. Количеството аденин отговаря на количеството тимин и цитозинът към гуанина: А = Т и Т = С.
2. Броят на пурините винаги е равен на количеството пиримидини: A + T = T + C.
3. Броят на нуклеотиди, които съдържат пиримидин в позиция 4 и 6 на базите пуринови равен на броя на нуклеотиди, които съдържат същите позиции с оксо група: F = A + C + Т.

През 90-те години на миналия век, с откриването на технологиите за последователност (определянето на нуклеотидната последователност в дълги секции), ДНК от правилото на Chargaff беше потвърдена.

Главоболие на учениците

В гимназиалните и университетските специалности на молекулярната биология задължително се включват решаване на проблеми за правилото на Чаргаф. Само тези проблеми се наричат ​​изграждането на втора ДНК верига, основана на принципа на допълняемост (пространствена допълняемост на пуриновите и пиримидиновите нуклеотиди). Например, състоянието дава последователност от нуклеотиди в същата верига - AAGCTAT. От студента или студента се изисква да възстанови втората верига въз основа на матричната верига на ДНК и първото правило на Чаргаф. Отговорът е: GGATTsGTS.

Друг вид проблем е да се изчисли теглото на ДНК молекулата, като се знае последователността на нуклеотидите в една верига и специфичното тегло на нуклеотидите. Първото правило на Chargaff в биологията се счита за основополагащо за разбирането на основите на молекулярната биохимия и генетиката.

За науката не всичко е толкова ясно

Е. Каргаф продължава да изследва състава на ДНК и 16 години след откриването на първия закон той разделя молекулата на две отделни направления и установява, че броят на базите не е точно еднакъв, а само приблизително. Това е второто правило на Chartgraff: в отделна верига от дезоксирибонуклеинова киселина количеството аденин е приблизително равно на количеството тимин и гуанина до цитозина.

Нарушенията на равенството са пряко пропорционални на продължителността на анализираната област. Точността се поддържа на дължина от 70-100 хиляди двойки нуклеотиди, но на дължина от стотици двойки или по-малко бази вече не се запазва. Защо в някои организми процентът на гуанин-цитозин е по-висок от процента на аденин-тимин или обратно, науката все още не е обяснена. В края на краищата, в нормалните геноми на организми, равномерното разпределение на нуклеотидите е по-скоро изключение, отколкото правило.

ДНК не разкрива тайните си

С развитието на техники за секвениране на генома открили, че единична ДНК верига съдържа приблизително същия брой допълнителни единични нуклеотидни базови двойки (динуклеотиди), тринуклеотиди, и така нататък - до олигонуклеотиди (10-20 нуклеотиди в порции). Това правило се подчинява на геномите на всички известни живи организми, с много малко изключение.

Така че, два бразилски учени - биолог и математик Майкъл Yamagishi Роберто пишка - използване теория на множествата да анализират последователността на нуклеотидите необходими, за да доведе до прилагането на правила Chargaff му. Те са получили четири уравнения и са тествали 32 генома от известни видове. И се оказа, че фракталните модели са верни за повечето видове, включително Е. coli, растения и хора. Но човешкия имунодефицитен вирус и паразитни бактерия, която причинява бързо увяхване маслинови дървета, това не е предмет на законите на правила Chargaff му. Защо? Отговорът все още не е намерен.

Биохимистите, еволюционните биолози, цитолозите и генетиците все още се борят за загадките на ДНК и механизмите на наследяването. Въпреки постиженията на съвременната наука, човечеството далеч не решава вселената. Преодоляхме гравитацията, овладяхме космическото пространство, научихме се да променим геномите и да определим патологията на плода в ранните стадии на развитие на ембриона. Но все още сме далеч от разбирането на всички механизми на природата, които тя създава от милиарди години на планетата Земя.