Pravidlo Chargaffa. Vlastnosti genomu jsou v souladu s pravidly Chartaff

Dnes je sotva někdo překvapen takovými pojmy jako dědičnost, genom, DNA, nukleotidy. Každý ví o dvojité helix DNA a že je zodpovědný za formování všech znaků organismu. Ale ne každý ví o zásadách jeho organizace a jeho podřízenosti základním pravidlům Chargaffa.

Urážející biolog

Mnoho objevů nese ve dvacátém století titul vynikající. Ale objevy Erwin Chargaff (1905-2002), imigrant z Bucoviny (Chernovtsy, Ukrajina) nepochybně odkazují na tyto. Přestože Nobelovu cenu nedostal, až do konce svých dnů věřil James Watson a Francis Crick ukradl jeho myšlenku na dvouvrstvou spirálovou strukturu DNA a jeho Nobel.

Vysoké školy v Polsku, Německu, USA a Francii jsou hrdí na to, že tento vynikající biochemik naučil v nich. Kromě Chargaffových základních pravidel pro DNA je známý i dalším zlatým pravidlem. To je to, co vědci nazývají biologové. A zlaté pravidlo E. Chargaff znělo takto: "Jednou z nejvíce zákeřných a hanebných vlastností vědeckých modelů je jejich tendence převzít a někdy nahradit skutečnost". Jednoduše řečeno to znamená - neříkej přírodě, co má dělat, a neřekne vám, kam byste měli jít se všemi vašimi tvrzeními. Pro mnoho mladých vědců se toto pravidlo Erwin Chargaff stalo jakousi motto vědeckého výzkumu.

Akademické pozadí

Připomeňme základní základní pojmy potřebné pro pochopení následujícího textu.

Genom je sbírka celého dědičného materiálu daného organismu.

Monomery tvoří polymery - strukturní jednotky, které se spojují s molekulami s vysokou molekulovou hmotností.

Nukleotidy - adenin, guanin, thymin a cytosin - monomery DNA molekuly, organické molekuly tvořené s kyselinou fosforečnou, sacharid až 5 atomů uhlíku (ribózy nebo deoxyribózy) a purinu (adenin a guanin) a pyrimidinu (cytosin a thymin) báze.

DNA - deoxyribonukleová kyselina, který je základem dědičnosti organismů představuje dvojitou šroubovici vytvořený z nukleotidů sacharidových složek - deoxyribozového. RNA - ribonukleová kyselina, vyznačující se tím, že se složení DNA nukleotidů uhlohydrát ribózy a uracil nahradí tymin na.

Jak to všechno začalo

Skupina vědců Columbia University V New Yorku, v čele s E. Chargaffem, v letech 1950-1952 se zabývala chromatografií DNA. To, že jeho složení obsahuje čtyři nukleotidy, bylo již známé, ale nikdo o jeho spirálové struktuře nevěděl. Bylo prokázáno více studií. To, že v molekule DNA se množství purinových bází rovná množství pyrimidinových bází. Přesněji, množství tyminu je vždy stejné jako množství adeninu a množství guaninu odpovídá množství cytosinu. Tato rovnovážná dusíkatá báze je pravidlem Chargaff pro deoxyribonukleové a ribonukleové kyseliny.

Význam v biologii

Je pravidlem, že se opírá, která byla zaměřena Watsona a Cricka při odvozování struktury molekuly DNA. Jejich dvouvláknová helikální kroucení model korálky, drátu a obrázků vysvětleny tento rovnosti. Jinými slovy, Chargaff pravidlem je, že thymin je spojena s adeninu a guaninu - s cytosinem. Je to poměr nukleotidů dokonale hodí do prostorového modelu DNA navržené Watson a Crick. Otevření deoxyribonukleové kyseliny molekuly kyseliny struktury Discovery Science tlačil širším měřítku: zásady a variabilita dědičnost, biologickou syntézu DNA, a vysvětlit vývoj jejích mechanismů na molekulární úrovni.

Chargeffova pravidla v čisté podobě

Moderní věda formuluje tyto základní principy s následujícími třemi postuláty:

1. Množství adeninu odpovídá množství tyminu a cytosin k guaninu: A = T a T = C.
2. Počet purinů se vždy rovná množství pyrimidinů: A + T = T + C.
3. Počet nukleotidů, které obsahují pyrimidinu v poloze 4 a 6 purinových bází se rovná počtu nukleotidů, které obsahují stejné pozice oxo skupiny: F = A + C + T.

V devadesátých letech, s objevem sekvenačních technologií (stanovení nukleotidové sekvence v dlouhých úsecích), byla potvrzena DNA Chargaffova pravidla.

Bolest hlavy žáků

Ve vysokoškolských a vysokoškolských studiích molekulární biologie nutně zahrnuje řešení problémů pro pravidlo Chargaffa. Pouze tyto problémy se nazývají konstrukce druhého řetězce DNA založeného na principu komplementarity (prostorová komplementarita purinových a pyrimidinových nukleotidů). Například stav dává sekvenci nukleotidů ve stejném řetězci - AAGCTAT. Ze studenta nebo studenta je nutné obnovit druhý řetězec na základě maticového řetězce DNA a prvního pravidla Chargaffa. Odpověď je: GGATTsGTS.

Dalším typem problému je vypočítat hmotnost molekuly DNA, znát sekvenci nukleotidů v jednom řetězci a specifickou hmotnost nukleotidů. První pravidlo Chargaff v biologii je považováno za zásadní pro pochopení základů molekulární biochemie a genetiky.

Pro vědu není všechno tak jasné

E. Chargaff pokračoval ke studiu složení DNA, a 16 let po objevení prvního zákona rozdělil molekuly do dvou samostatných pramenů, a zjistili, že počet bazí je přesně stejné, ale pouze přibližně. Jedná se o druhé pravidlo Chargaff: samostatné vlákno množství deoxyribonukleové kyseliny adenin přibližně rovná počtu thymin, guanin a cytosin -.

Porušení rovnosti bylo přímo úměrné délce analyzované oblasti. Přesnost je udržována na délce 70-100 tisíc párů nukleotidů, ale v délkách stovek párů nebo méně základů již není zachována. Proč v některých organismech je procento guanin-cytosinu vyšší než procento adenin-thyminu nebo naopak, věda ještě neřekla. Koneckonců, v normálních genomech organismů je rovnoměrná distribuce nukleotidů spíše výjimkou než pravidlem.

DNA neukazuje své tajemství

S rozvojem techniky sekvencování genomu zjištěno, že DNA s jednoduchým řetězcem obsahuje přibližně stejný počet komplementárních jednotlivých párů nukleotidových bází (dinukleotidy), trinukleotidů a tak dále - k oligonukleotidu (10-20 nukleotidů částech). Toto pravidlo se vztahuje na genomech všech známých živých organismů, není velká výjimka.

Takže dva brazilští vědci - biolog a matematik Michael Yamagishi Roberto dick - teorie množin použití analyzovat sekvenci nukleotidů nezbytných k tomu, aby vedlo k provádění pravidel Chargaff je. Vzali čtyři z rovnice sad a testovala 32 známých druhů genomu. A ukázalo se, že fraktální podobné vzory platí pro většinu druhů, včetně E. coli, rostlin a lidí. Ale virus lidského imunodeficitu a parazitické bakterie, která způsobuje rychlé vadnutí olivovníky, nepodléhá zákonům pravidel Chargaff je. Proč? Odpověď je zatím nenašel.

Biochemici, evoluční biologové, buněčné biologie a genetika dnes bojují s tajemství DNA a dědictví. Přes pokroky moderní vědy, lidstvo zdaleka rozpletení vesmír. Jsme překonali gravitaci zvládl prostor, naučili se upravovat genomy a určit patologii plodu v raných fázích vývoje embrya. Ale my jsme stále daleko od pochopení podstaty všech mechanismů, které je vytvořené miliardy let na Zemi.