Правило Чаргаффа. Свойства генома согластно правил Чаргаффа

Опубликованно 08.10.2017 05:20

Сегодня почти никто-или удивление, таких понятий, как наследственность, геном, ДНК, нуклеотиды. Весь мир знает о двойной спирали ДНК, и что именно она отвечает за формирование всех признаков организма. Но не все знают о принципах его устройства и подчиненности основные правила Чаргаффа.

Обиделась, биолог

Не много открытий присваивается звание выдающихся в xx веке. Но открытие Эрвина Чаргаффа (1905-2002), выходца из Буковины (рис. Черновцы, Украина), несомненно, относятся к этому. Несмотря на то, что не получил Нобелевскую премию, до конца своих дней он верил, что Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик украли его идею о двухцепочечной спиральной структуры ДНК и Нобелевку.

Университеты Польши, Германии, США и Франции гордятся тем, что этот выдающийся биохимик преподавал в них. Помимо основополагающих правил Чаргаффа для ДНК, то, что известно другим – Золотое правило. Это, как называют его ученые-биологи. И звучит Золотое правило C. Чаргаффа так: "One of the most insidious and nefarious properties of scientific models is their tendency to take over, and sometimes supplant reality". Простым языком, это означает, что не говорить о природе, то, что должно делать, и она не скажет вам, куда идти вы со всеми своими претензиями. Для многих молодых ученых это правило Эрвина Чаргаффа стала своего рода девизом для научных исследований.

Научные основы

Напомним, основные фундаментальные понятия и принципы, необходимые для того, чтобы понять текст.

Геном-это совокупность всего материального органа.

Мономеры, образующие полимеры, структурные единицы, которые соединяются в высокомолекулярные органические молекулы.

Нуклеотиды – аденин, гуанин, тимин и цитозин – мономеров молекулы ДНК, органические молекулы состоят из фосфорной кислоты, углевод с 5 атомами углерода (дезоксирибозы или рибозы) и пуринового (аденин и гуанин) или пиримидинового (цитозин и тимин) основания.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, основа наследственности организмов, - это двойная спираль, которая состоит из нуклеотидов с компонентом углевод – дезоксирибозой. РНК-рибонуклеиновая кислота, отличается от ДНК-наличие в составе нуклеотидов, углевода рибозы и замена тимина на урацил.

Как все начиналось

Группа ученых из Колумбийского университета в Нью-Йорке, во главе с C. Чаргаффом в 1950-1952 годы занимался хроматографией ДНК. Что в его состав входит четыре нуклеотида, что уже известно, но спираль структуры никто не знал. Многочисленные исследования показали,. Что в молекуле ДНК число пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых. В частности, количество тимина всегда равно количеству аденина и количество гуанина соответствует количеству цитозина. Это равенство из азотистых оснований – правило Чаргаффа дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислоты.

Значение в биологии

Это правило было принято носители, на которых они основывались, Уотсон и Крик в формировании структуры молекулы ДНК. Его двухцепочечная машины, чтобы закрученная модели из бисера, проволоки, и одна из фигур пояснил, равенство. Другими словами, правила Чаргаффа является то, что тимин соединяется с аденином, а гуанин - с цитозином. Именно это соотношение нуклеотидов, идеально подходит, включенных в пространственную модель ДНК, предложенная Уотсоном и Криком. Открытие структуры молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты привело науку к открытиям более широком уровне: принципы изменчивости и наследования биологического синтеза ДНК, объяснение эволюции и ее механизмов на молекулярном уровне.

Правила Чаргаффа в чистом виде

Современная наука формулирует данных основных положений следующих трех постулатов:Количество аденина соответствует количеству тимина и цитозина – гуанину: А = Т и G = TsКоличество пуринов всегда равно количеству пиримидинов: А + Г = Т + Ц.Число нуклеотидов, содержащих в положении 4 пиримидинового и 6 пуринового причине, равно числу нуклеотидов, которые содержат в этих же позиций оксогруппы: A + G = c + T.

В 1990-х годах, с открытием технологий секвенирования (определения последовательности нуклеотидов в длинных отрезков) ДНК, правила Чаргаффа получил свое подтверждение.

Головная боль студентов

В средней школе и в университетах изучение молекулярной биологии обязательно включает в себя решение задач на правило Чаргаффа. Только называют эти задачи, строительство второй цепи ДНК по принципу комплементарности (пространственного взаимодополняемости пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов). Например, в условии дана последовательность нуклеотидов в одной цепи – ААГЦТАТ. Для ученика или студента, нужно получить вторую строку на основе матрицы цепи ДНК и первое правило Чаргаффа. Ответ будет тот же: ГГАТЦГЦ.

Другой тип заданий предлагает вычислить вес молекулы ДНК, зная последовательность нуклеотидов в одной цепи и удельный вес нуклеотидов. Первое правило Чаргаффа в биологии считается необходимой для понимания основ молекулярной биологии, биохимии и генетики.

Для науки это не так ясно

C. Чаргафф продолжил изучение состава ДНК, и через 16 лет после открытия первого закона разделили молекулу на две отдельные нити и обнаружил, что количество причин не точно, а только приблизительно. Это второе правило Чаргаффа: в нити дезоксирибонуклеиновой кислоты количество аденина приблизительно равно количеству тимина, а гуанина - цитозину.

Нарушение равенства были прямо пропорциональны длине участка не определена. Точность сохраняется в длину 70-100 тысяч пар нуклеотидов), но на длинах сотни пар, и меньше оснований, что уже не сохраняется. Почему некоторые организмы процент гуанина-цитозина высокий процент аденин-тимина или, наоборот, наука не объяснила. Потому что в обычных геномов организмов, справедливое распределение нуклеотидов, скорее, исключение, чем правило.

ДНК не раскрывает свои секреты

С развитием методов секвенирования геномов обнаружил, что в одной цепи ДНК содержит примерно такое же количество дополнительных простых нуклеотидов, пар нуклеотидов (динуклеотидов), тринуклеотидов, и так далее до олигонуклеотидов (участки от 10 до 20 нуклеотидов). Это правило, подлежат геномы всех живых организмов, за не большим исключением.

Таким образом, два из Бразилии, биолог Майкл Ямагиши и математик Роберт Херай – использовали теорию множеств для анализа, необходимые для последовательности нуклеотидов, для, влекущих применение правила Чаргаффа. Вывели четыре уравнения множеств и протестировали 32 генома от ранее известных видов. И оказалось, что фрактально-подобные модели, подходящие для большинства видов, в том числе кишечной палочки, растения и человека. И вот вирус иммунодефицита человека и паразитическая бактерия, которая вызывает быстрое увядание Елеонской, не подчиняются законам, правила Чаргаффа. Почему? Ответ не найден до сих пор.

Биохимики, биологи-эволюционисты, цитологи и генетики, и сегодня бьются над тайной ДНК, и механизмы наследования. Несмотря на достижения современной науки, человечество далеко загадку творчества. Мы выдержали тяжести, доминирует в космическом пространстве, научились изменять геном и определить патологии плода на ранних стадиях развития зародыша. Но мы все так же далеки от понимания механизмов природы, которые она создавала миллиарды лет на планете Земля.

Категория: Культура