Regula lui Chargaff. Proprietățile genomului sunt în concordanță cu regulile lui Chartaff

Astăzi, aproape nimeni nu este surprins de concepte precum ereditatea, genomul, ADN-ul, nucleotidele. Toată lumea știe despre dublul helix al ADN-ului și că este responsabil pentru formarea tuturor semnelor organismului. Dar nu toată lumea știe despre principiile organizării sale și despre subordonarea sa față de regulile de bază ale Chargaff-ului.

Biolog rătăcit

Nu se acordă numeroase descoperiri titlul de restante în secolul al XX-lea. Dar descoperirile lui Erwin Chargaff (1905-2002), un imigrant din Bucovina (Chernovtsy, Ucraina), fără îndoială, se referă la acestea. Deși nu a primit Premiul Nobel, până la sfârșitul zilelor sale a crezut acest lucru James Watson și Francis Crick și-a furat ideea unei structuri spiralate dublu-catenare a ADN-ului și a Nobelului său.

Universitățile din Polonia, Germania, SUA și Franța sunt mândri de faptul că acest biochimist remarcabil a învățat în ele. În plus față de regulile fundamentale ale lui Chargaff pentru ADN, el este cunoscut pentru o altă regulă de aur. Aceasta este ceea ce oamenii de știință numesc biologi. O regulă de aur sună E. Chargaff, astfel: «Una dintre proprietățile cele mai insidioase și diabolice ale modelelor științifice este tendința lor de a prelua, și, uneori, înlocui, realitate». În limbaj simplu, înseamnă asta - nu spuneți naturii ce să faceți și nu vă va spune unde să mergeți cu toate pretențiile. Pentru mulți tineri oameni de știință această regulă a lui Erwin Chargaff a devenit un fel de motto de cercetare științifică.

Cadrul academic

Să ne amintim conceptele fundamentale de bază necesare pentru a înțelege textul ulterior.

Un genom este o colecție a întregului material ereditar al unui anumit organism.

Monomerii formează polimeri - unități structurale care se combină în molecule organice moleculare înalte.

Nucleotide - adenină, guanină, timină și citozină - molecule de ADN de monomeri, molecule organice formate cu acid fosforic, un carbohidrat la 5 atomi de carbon (riboză sau dezoxiriboză) și o purină (adenină și guanină) și pirimidină (citozină și timină) de bază.

ADN - acidul dezoxiribonucleic, baza organismelor ereditate reprezintă un dublu helix format din nucleotide component carbohidrat - deoxiriboză. ARN - acid ribonucleic, caracterizat prin prezența în compoziția de nucleotide ADN carbohidrat riboză și uracil înlocuind timina pe.

Cum a început totul

Un grup de oameni de știință Universitatea Columbia În New York, condusă de E. Chargaff, în anii 1950-1952, ea a fost implicată în cromatografia ADN-ului. Că compoziția sa cuprinde patru nucleotide, era deja cunoscută, dar nimeni nu știa despre structura sa spirală. Au fost prezentate mai multe studii. Că în molecula ADN cantitatea de baze purine este egală cu cantitatea de baze de pirimidină. Mai exact, cantitatea de timină este întotdeauna egală cu cantitatea de adenină, iar cantitatea de guanină corespunde cantității de citozină. Această bază de azot egală este regula Chargaff pentru acizii deoxiribonucleici și ribonucleici.

Importanța în biologie

Această regulă a devenit suportul pe care Watson și Creek au fost orientate când deduce structura moleculei ADN. Modelul lor spiralat dublu-catenar de bile, fire și cifre a explicat această egalitate. Cu alte cuvinte, regulile lui Chartaff sunt că timina se leagă de adenină și guanină față de citozină. Este acest raport de nucleotide care se potrivește ideal în modelul ADN-ului spațial propus de Watson și Crick. Deschiderea dezoxiribonucleic structurii moleculei de acid a științei descoperire împins mai larg nivel: Principii și ereditate variabilității, sinteza biologică a ADN-ului, și să explice evoluția mecanismelor sale la nivel molecular.

Regulile lui Chargeff în forma sa pură

Știința modernă formulează aceste principii fundamentale cu următoarele trei postulate:

1. Cantitatea de adenină corespunde cantității de timină și citozină față de guanină: A = T și T = C.
2. Numărul de purine este întotdeauna egal cu cantitatea de pirimidine: A + T = T + C.
3. Numărul de nucleotide care conțin un pirimidinic la poziția 4 și 6 din bazele purinice este egal cu numărul de nucleotide care cuprind aceleași poziții ale unui grup oxo: F = A + C + T.

În anii 1990, odată cu descoperirea tehnologiilor de secvențiere (determinarea secvenței de nucleotide în secțiuni lungi), ADN-ul regulii Chargaff a fost confirmat.

Cefaleea elevilor

În studiile liceale și universitare de biologie moleculară implică neapărat rezolvarea problemelor pentru regula Chargaff. Numai aceste probleme se numesc construcția unui al doilea lanț ADN bazat pe principiul complementarității (complementaritatea spațială a nucleotidelor purină și pirimidină). De exemplu, condiția dă o secvență de nucleotide în același lanț - AAGCTAT. De la student sau student, este necesară restaurarea celui de-al doilea lanț pe baza lanțului de matrice al ADN-ului și a primei reguli a lui Chargaff. Răspunsul este: GGATTsGTS.

Un alt tip de problemă este de a calcula greutatea unei molecule de ADN, cunoscând secvența nucleotidelor dintr-un lanț și greutatea specifică a nucleotidelor. Prima regulă Chargaff în biologie este considerată fundamentală pentru înțelegerea principiilor biochimiei moleculare și geneticii.

Pentru știință, nu totul este atât de clar

E. Chargaff a continuat să studieze compoziția ADN și 16 ani după descoperirea primei legi a împărțit moleculei în două direcții distincte, și a constatat că numărul de baze nu este exact la fel, dar numai aproximativ. Aceasta este a doua regula Chargaff: un fir separat cantitate adenina de acid dezoxiribonucleic aproximativ egal cu numărul de timină și guanină - citozină.

Încălcările de egalitate au fost direct proporționale cu lungimea zonei analizate. Precizia este menținută la o lungime de 70-100 mii de perechi de nucleotide, dar la mii de sute de perechi sau mai puține baze nu mai este conservată. De ce, în unele organisme, procentul de guanină-citozină este mai mare decât procentul de adenină-timină sau invers, știința nu a explicat încă. La urma urmei, în genomii normali ai organismelor, o distribuție egală a nucleotidelor este mai degrabă o excepție decât regula.

ADN-ul nu-i dezvăluie secretele

Odată cu dezvoltarea tehnicilor de secventiere a genomului descoperit ca ADN-ul monocatenar conține aproximativ același număr de perechi complementare singure baze nucleotidice (dinucleotides), trinucleotide și așa mai departe - la oligonucleotide (10-20 nucleotide în porțiuni). Această regulă se supune genomului tuturor organismelor vii cunoscute, cu foarte puține excepții.

Deci, doi oameni de știință brazilieni - un biolog si matematician Michael Yamagishi Roberto Dick - utilizarea teoria mulțimilor pentru a analiza secvenței de nucleotide necesare pentru ca acestea să conducă la punerea în aplicare a normelor Chargaff lui. Au derivat patru ecuații și au testat 32 genomuri de specii cunoscute. Și sa dovedit că modelele fractale sunt adevărate pentru cele mai multe specii, inclusiv E. coli, plante și oameni. Dar virusul imunodeficienței umane și parazitare bacterie care provoaca copaci rapide ofilirea măslini, nu se supune legilor regulilor Chargaff lui. De ce? Răspunsul nu a fost încă găsit.

Biochemists, biologi evoluționiști, citologi și geneticieni încă luptă pentru ghicitorii ADN-ului și a mecanismelor de moștenire. În ciuda realizărilor științei moderne, omenirea este departe de a rezolva universul. Am depășit gravitatea, am stăpânit spațiul cosmic, am învățat să schimbăm genomul și să determinăm patologia fătului în stadiile incipiente ale dezvoltării embrionilor. Dar suntem încă departe de a înțelege toate mecanismele naturii pe care le-a creat de miliarde de ani pe planeta Pământ.