Leo, hakuna mtu atakayeshangazwa na dhana kama vile urithi, jenomu, DNA, nukleotidi. Kila mtu anajua kuhusu helix mbili ya DNA na kwamba ni yeye anayehusika na malezi ya ishara zote za viumbe. Lakini si kila mtu anajua kuhusu kanuni za muundo wake na utii kwa sheria za msingi za Chargaff.
Mwanabiolojia aliyechukizwa
Si uvumbuzi mwingi unaopewa jina bora katika karne ya ishirini. Lakini uvumbuzi wa Erwin Chargaff (1905-2002), mzaliwa wa Bukovina (Chernivtsi, Ukraine), bila shaka ni mmoja wao. Ingawa hakupokea Tuzo ya Nobel, aliamini hadi mwisho wa siku zake kwamba James Watson na Francis Crick waliiba wazo lake la muundo wa helikali wenye nyuzi-mbili wa DNA na Tuzo yake ya Nobel.
Vyuo Vikuu nchini Polandi, Ujerumani, Marekani na Ufaransa vinajivunia kuwa na mafundisho haya bora ya biokemia huko. Mbali na sheria za msingi za Chargaff kwa DNA, anajulikana kwa mwingine - kanuni ya dhahabu. Hiyo ndiyo wanabiolojia wanaiita. Na kanuni ya dhahabu ya E. Chargaff inasikika kama hii: "Moja ya sifa za siri na mbaya za mifano ya kisayansi.ni tabia yao ya kuchukua, na wakati mwingine kuchukua nafasi, ukweli." Kwa maneno rahisi, hii inamaanisha - usiambie asili nini cha kufanya, na hatakuambia ni wapi unapaswa kwenda na madai yako yote. Kwa wanasayansi wengi wachanga, kanuni hii ya Erwin Chargaff imekuwa aina ya kauli mbiu ya utafiti wa kisayansi.
Misingi ya kitaaluma
Kumbuka dhana za kimsingi zinazohitajika ili kuelewa maandishi yafuatayo.
Genome - jumla ya nyenzo zote za kurithi za kiumbe fulani.
Monomeri huunda polima - vitengo vya kimuundo ambavyo huchanganyika na kuunda molekuli za kikaboni za molekuli ya juu.
Nucleotides - adenine, guanini, thymine na cytosine - monoma za molekuli ya DNA, molekuli za kikaboni zinazoundwa na asidi ya fosforasi, kabohaidreti yenye atomi 5 za kaboni (deoxyribose au ribose) na purine (adenine na guanine) au pyrimidine (na thymine) misingi.
DNA - asidi deoxyribonucleic, msingi wa urithi wa viumbe, ni helix mbili inayoundwa kutoka kwa nyukleotidi yenye kijenzi cha kabohaidreti - deoxyribose. RNA - asidi ya ribonucleic, hutofautiana na DNA katika uwepo wa ribose kabohaidreti katika nyukleotidi na badala ya thymine na uracil.
Jinsi yote yalivyoanza
Kundi la wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Columbia huko New York, wakiongozwa na E. Chargaff mnamo 1950-1952, walijishughulisha na kromatografia ya DNA. Ilikuwa tayari inajulikana kuwa ina nucleotides nne, lakini hakuna mtu bado anajua kuhusu muundo wake wa helical.alijua. Tafiti nyingi zimeonyesha. Kwamba katika molekuli ya DNA idadi ya besi za purine ni sawa na idadi ya besi za pyrimidine. Kwa usahihi, kiasi cha thymine daima ni sawa na kiasi cha adenine, na kiasi cha guanine kinalingana na kiasi cha cytosine. Usawa huu wa besi za nitrojeni ni kanuni ya Chargaff ya asidi ya deoksiribonucleic na ribonucleic.
Maana katika biolojia
Ilikuwa sheria hii ambayo ikawa msingi ambao Watson na Crick waliongozwa wakati wa kupata muundo wa molekuli ya DNA. Mfano wao wa mipira, waya na vinyago vilivyosokotwa maradufu vilielezea usawa huu. Kwa maneno mengine, sheria za Chargaff ni kwamba thymine inachanganya na adenine na guanini inachanganya na cytosine. Ilikuwa uwiano huu wa nyukleotidi ambao ulitoshea kikamilifu katika muundo wa anga wa DNA uliopendekezwa na Watson na Crick. Ugunduzi wa muundo wa molekuli ya asidi ya deoxyribonucleic ulichochea sayansi kugundua kiwango kikubwa zaidi: kanuni za kutofautiana na kurithi, usanisi wa kibiolojia wa DNA, maelezo ya mageuzi na taratibu zake katika kiwango cha molekuli.
Chargaff hutawala katika hali yake safi
Sayansi ya kisasa inaunda masharti haya ya msingi kwa mabango matatu yafuatayo:
- Kiasi cha adenine kinalingana na kiasi cha thymine, na cytosine hadi guanini: A=T na G=C.
- Kiasi cha purines daima ni sawa na idadi ya pyrimidines: A + G=T + C.
- Idadi ya nyukleotidi zilizo na pyrimidine katika nafasi ya 4 na 6besi za purine, ni sawa na idadi ya nyukleotidi zilizo na vikundi vya oxo katika nafasi sawa: A + G \u003d C + T.
Katika miaka ya 1990, pamoja na ugunduzi wa teknolojia za mpangilio (kubainisha mfuatano wa nyukleotidi katika sehemu ndefu), sheria za DNA za Chargaff zilithibitishwa.
Maumivu ya kichwa kwa watoto
Katika shule ya upili na vyuo vikuu, utafiti wa baiolojia ya molekuli lazima uhusishe kutatua matatizo kwenye sheria ya Chargaff. Wanaita kazi hizi tu ujenzi wa mlolongo wa pili wa DNA kulingana na kanuni ya ukamilishano (ukamilishano wa anga wa purine na pyrimidine nucleotides). Kwa mfano, hali inatoa mlolongo wa nucleotides katika mlolongo mmoja - AAGCTAT. Mwanafunzi au mwanafunzi anatakiwa kuunda upya uzi wa pili kulingana na uzi wa DNA na kanuni ya kwanza ya Chargaff. Jibu litakuwa: GGATCGTS.
Aina nyingine ya kazi inapendekeza kukokotoa uzito wa molekuli ya DNA, kujua mfuatano wa nyukleotidi katika mlolongo mmoja na uzito mahususi wa nyukleotidi. Kanuni ya kwanza ya Chargaff ya biolojia inachukuliwa kuwa ya msingi katika kuelewa misingi ya molekuli ya biokemia na jenetiki.
Kwa sayansi, si kila kitu ni rahisi sana
E. Chargaff aliendelea kusoma muundo wa DNA, na miaka 16 baada ya ugunduzi wa sheria ya kwanza, aligawanya molekuli katika nyuzi mbili tofauti na kugundua kuwa idadi ya besi sio sawa kabisa, lakini takriban tu. Hii ni sheria ya pili ya Chargaff: kwa tofautiasidi ya deoksiribonucleic, kiasi cha adenine ni takriban sawa na kiasi cha thymine, na guanini - kwa cytosine.
Ukiukaji wa usawa umeonekana kuwa sawia moja kwa moja na urefu wa sehemu iliyochanganuliwa. Usahihi huhifadhiwa kwa urefu wa jozi za msingi 70-100,000, lakini kwa urefu wa mamia ya jozi za msingi na chini, hazihifadhiwa tena. Kwa nini katika baadhi ya viumbe asilimia ya guanine-cytosine ni kubwa kuliko asilimia ya adenine-thymine, au kinyume chake, sayansi bado haijaelezea. Kwa hakika, katika jenomu za kawaida za viumbe, mgawanyo sawa wa nyukleotidi ni jambo la kipekee kuliko kanuni.
DNA haifichui siri zake
Katika ukuzaji wa mbinu za mpangilio wa jenomu, iligundulika kuwa uzi mmoja wa DNA una takriban idadi sawa ya nyukleotidi moja ya ziada, jozi za msingi (dinucleotides), trinucleotides, na kadhalika - hadi oligonucleotides (sehemu za 10-20 nucleotides). Jenomu za viumbe hai vyote vinavyojulikana hutii sheria hii, isipokuwa chache sana.
Kwa hivyo, wanasayansi wawili wa Brazili - mwanabiolojia Michael Yamagishi na mwanahisabati Roberto Herai - walitumia nadharia ya seti kuchanganua mfuatano wa nyukleotidi muhimu kwao ili kuongoza kwa sheria ya Chargaff. Walipata milinganyo minne na wakajaribu jenomu 32 za spishi zinazojulikana. Na ikawa kwamba mifumo ya fractal-kama ni kweli kwa aina nyingi, ikiwa ni pamoja na E. koli, mimea na wanadamu. Lakini virusi vya ukimwi wa binadamu na bakteria ya vimelea ambayo husababisha kunyauka harakamiti ya mizeituni, usitii sheria za utawala wa Chargaff hata kidogo. Kwa nini? Bado hakuna jibu.
Wataalamu wa biokemia, wanabiolojia wa mageuzi, wanasaikolojia na wanajeni bado wanatatizika na mafumbo ya DNA na taratibu za urithi. Licha ya mafanikio ya sayansi ya kisasa, ubinadamu uko mbali na kuufunua ulimwengu. Tulishinda mvuto, tukajua nafasi ya nje, tulijifunza jinsi ya kubadilisha genomes na kuamua ugonjwa wa fetusi katika hatua za mwanzo za ukuaji wa kiinitete. Lakini bado hatuko mbali na kuelewa mifumo yote ya asili ambayo imekuwa ikiunda kwa mabilioni ya miaka kwenye sayari ya Dunia.
