Saat ini, hampir tidak ada orang yang akan terkejut dengan konsep seperti hereditas, genom, DNA, nukleotida. Semua orang tahu tentang heliks ganda DNA dan dialah yang bertanggung jawab atas pembentukan semua tanda suatu organisme. Tetapi tidak semua orang tahu tentang prinsip-prinsip strukturnya dan tunduk pada aturan dasar Chargaff.
Ahli biologi yang tersinggung
Tidak banyak penemuan yang dianugerahi predikat luar biasa di abad kedua puluh. Tetapi penemuan Erwin Chargaff (1905-2002), penduduk asli Bukovina (Chernivtsi, Ukraina), tidak diragukan lagi salah satunya. Meskipun dia tidak menerima Hadiah Nobel, dia percaya sampai akhir hayatnya bahwa James Watson dan Francis Crick mencuri idenya tentang struktur heliks untai ganda DNA dan Hadiah Nobelnya.
Universitas di Polandia, Jerman, AS, dan Prancis bangga memiliki pengajar biokimia yang luar biasa ini di sana. Selain aturan dasar Chargaff untuk DNA, ia dikenal dengan aturan lain - aturan emas. Begitulah para ahli biologi menyebutnya. Dan aturan emas E. Chargaff terdengar seperti ini: “Salah satu sifat model ilmiah yang paling berbahaya dan jahatadalah kecenderungan mereka untuk mengambil alih, dan terkadang menggantikan, kenyataan . Secara sederhana, ini berarti - jangan beri tahu alam apa yang harus dilakukan, dan dia tidak akan memberi tahu Anda ke mana Anda harus pergi dengan semua klaim Anda. Bagi banyak ilmuwan muda, aturan Erwin Chargaff ini telah menjadi semacam moto penelitian ilmiah.
Yayasan akademik
Ingat konsep dasar dasar yang diperlukan untuk memahami teks berikut.
Genome - totalitas semua materi herediter dari organisme tertentu.
Monomer membentuk polimer - unit struktural yang bergabung membentuk molekul organik bermolekul tinggi.
Nukleotida - adenin, guanin, timin dan sitosin - monomer molekul DNA, molekul organik yang dibentuk oleh asam fosfat, karbohidrat dengan 5 atom karbon (deoksiribosa atau ribosa) dan purin (adenin dan guanin) atau pirimidin (sitosin dan timin).
DNA - asam deoksiribonukleat, dasar dari hereditas organisme, adalah heliks ganda yang terbentuk dari nukleotida dengan komponen karbohidrat - deoksiribosa. RNA - asam ribonukleat, berbeda dari DNA dengan adanya karbohidrat ribosa dalam nukleotida dan penggantian timin dengan urasil.
Bagaimana semuanya dimulai
Sekelompok ilmuwan di Universitas Columbia di New York, yang dipimpin oleh E. Chargaff pada 1950-1952, terlibat dalam kromatografi DNA. Sudah diketahui bahwa itu terdiri dari empat nukleotida, tetapi belum ada yang tahu tentang struktur heliksnya.tahu. Beberapa penelitian telah menunjukkan. Bahwa dalam suatu molekul DNA jumlah basa purin sama dengan jumlah basa pirimidin. Lebih tepatnya, jumlah timin selalu sama dengan jumlah adenin, dan jumlah guanin sesuai dengan jumlah sitosin. Kesetaraan basa nitrogen ini adalah aturan Chargaff untuk asam deoksiribonukleat dan ribonukleat.
Arti dalam biologi
Aturan inilah yang menjadi dasar pedoman Watson dan Crick ketika menurunkan struktur molekul DNA. Model bola, kabel, dan patung yang dipilin heliks beruntai ganda menjelaskan persamaan ini. Dengan kata lain, aturan Chargaff adalah bahwa timin bergabung dengan adenin dan guanin bergabung dengan sitosin. Rasio nukleotida inilah yang secara ideal cocok dengan model spasial DNA yang diusulkan oleh Watson dan Crick. Penemuan struktur molekul asam deoksiribonukleat mendorong sains untuk menemukan tingkat yang lebih luas: prinsip variabilitas dan hereditas, sintesis biologis DNA, penjelasan evolusi dan mekanismenya pada tingkat molekuler.
Aturan Chargaff dalam bentuknya yang paling murni
Ilmu pengetahuan modern merumuskan ketentuan mendasar ini dengan tiga postulat berikut:
- Jumlah adenin sesuai dengan jumlah timin, dan sitosin dengan guanin: A=T dan G=C.
- Jumlah purin selalu sama dengan jumlah pirimidin: A + G=T + C.
- Jumlah nukleotida yang mengandung pirimidin pada posisi 4 dan 6basa purin, sama dengan jumlah nukleotida yang mengandung gugus okso pada posisi yang sama: A + G \u003d C + T.
Pada 1990-an, dengan ditemukannya teknologi sekuensing (menentukan urutan nukleotida dalam bagian yang panjang), aturan DNA Chargaff dikonfirmasi.
sakit kepala anak
Di sekolah menengah dan universitas, studi biologi molekuler harus melibatkan pemecahan masalah pada aturan Chargaff. Mereka hanya menyebut tugas-tugas ini sebagai konstruksi rantai DNA kedua berdasarkan prinsip saling melengkapi (komplementer spasial nukleotida purin dan pirimidin). Misalnya, kondisi memberikan urutan nukleotida dalam satu rantai - AAGCTAT. Murid atau siswa diharuskan untuk merekonstruksi untai kedua berdasarkan untai matriks DNA dan aturan Chargaff pertama. Jawabannya adalah: GGATCGTS.
Jenis tugas lain menyarankan penghitungan berat molekul DNA, mengetahui urutan nukleotida dalam satu rantai dan berat jenis nukleotida. Aturan biologi pertama Chargaff dianggap mendasar untuk memahami dasar-dasar biokimia molekuler dan genetika.
Untuk sains, tidak semuanya sesederhana itu
E. Chargaff terus mempelajari komposisi DNA, dan 16 tahun setelah penemuan hukum pertama, ia membagi molekul menjadi dua untaian terpisah dan menemukan bahwa jumlah basa tidak persis sama, tetapi hanya kira-kira. Ini adalah aturan kedua Chargaff: secara terpisahuntai asam deoksiribonukleat, jumlah adenin kira-kira sama dengan jumlah timin, dan guanin - menjadi sitosin.
Pelanggaran kesetaraan ternyata berbanding lurus dengan panjang bagian yang dianalisis. Akurasi dipertahankan pada panjang 70-100 ribu pasangan basa, tetapi pada panjang ratusan pasangan basa dan kurang, itu tidak lagi dipertahankan. Mengapa pada beberapa organisme persentase guanin-sitosin lebih tinggi daripada persentase adenin-timin, atau sebaliknya, ilmu pengetahuan belum dapat menjelaskannya. Memang, dalam genom organisme biasa, distribusi nukleotida yang merata lebih merupakan pengecualian daripada aturan.
DNA tidak mengungkapkan rahasianya
Dengan perkembangan teknik sekuensing genom, ditemukan bahwa satu untai DNA mengandung nukleotida tunggal komplementer, pasangan basa (dinukleotida), trinukleotida, dan sebagainya yang jumlahnya kira-kira sama - hingga oligonukleotida (bagian dari 10-20 nukleotida). Genom dari semua organisme hidup yang diketahui mematuhi aturan ini, dengan sedikit pengecualian.
Dengan demikian, dua ilmuwan Brasil - ahli biologi Michael Yamagishi dan matematikawan Roberto Herai - menggunakan teori himpunan untuk menganalisis urutan nukleotida yang diperlukan untuk mengarahkan mereka ke aturan Chargaff. Mereka menurunkan empat persamaan dan menguji 32 genom spesies yang diketahui. Dan ternyata pola seperti fraktal ini berlaku untuk sebagian besar spesies, termasuk E. coli, tumbuhan, dan manusia. Tapi virus human immunodeficiency dan bakteri parasit yang menyebabkan layu cepatpohon zaitun, tidak mematuhi hukum aturan Chargaff sama sekali. Mengapa? Belum ada jawaban.
Ahli biokimia, ahli biologi evolusi, ahli sitologi, dan ahli genetika masih berjuang dengan misteri DNA dan mekanisme pewarisan. Terlepas dari pencapaian ilmu pengetahuan modern, umat manusia masih jauh dari mengungkap alam semesta. Kami mengatasi gravitasi, menguasai luar angkasa, belajar bagaimana mengubah genom dan menentukan patologi janin pada tahap awal perkembangan embrio. Tapi kita masih jauh dari memahami semua mekanisme alam yang telah tercipta selama miliaran tahun di planet Bumi.
