Oggi, quasi nessuno sarà sorpreso da concetti come ereditarietà, genoma, DNA, nucleotidi. Tutti sanno della doppia elica del DNA e che è lei che è responsabile della formazione di tutti i segni di un organismo. Ma non tutti conoscono i principi della sua struttura e subordinazione alle regole base di Chargaff.
Biologa offesa
Non molte scoperte hanno ricevuto il titolo di eccezionali nel ventesimo secolo. Ma le scoperte di Erwin Chargaff (1905-2002), originario della Bucovina (Chernivtsi, Ucraina), sono senza dubbio una di queste. Sebbene non avesse ricevuto un premio Nobel, credette fino alla fine dei suoi giorni che James Watson e Francis Crick gli avessero rubato l'idea della struttura elicoidale a doppio filamento del DNA e del suo premio Nobel.
Le università in Polonia, Germania, Stati Uniti e Francia sono orgogliose di avere questo eccezionale biochimico che insegna lì. Oltre alle regole fondamentali di Chargaff per il DNA, è noto per un' altra: la regola d'oro. Così lo chiamano i biologi. E la regola d'oro di E. Chargaff suona così: “Una delle proprietà più insidiose e nefaste dei modelli scientificiè la loro tendenza a impossessarsi, e talvolta a soppiantare, la re altà . In parole povere, questo significa: non dire alla natura cosa fare e lei non ti dirà dove dovresti andare con tutte le tue affermazioni. Per molti giovani scienziati, questa regola di Erwin Chargaff è diventata una specie di motto della ricerca scientifica.
Fondamenti accademici
Richiama i concetti fondamentali di base necessari per comprendere il testo seguente.
Genome - la totalità di tutto il materiale ereditario di un dato organismo.
I monomeri formano polimeri - unità strutturali che si combinano per formare molecole organiche ad alto peso molecolare.
Nucleotidi - adenina, guanina, timina e citosina - monomeri della molecola del DNA, molecole organiche formate da acido fosforico, un carboidrato a 5 atomi di carbonio (desossiribosio o ribosio) e purine (adenina e guanina) o pirimidina (citosina e timina) motivi.
DNA - L'acido desossiribonucleico, alla base dell'ereditarietà degli organismi, è una doppia elica formata da nucleotidi con una componente di carboidrati - il desossiribosio. RNA - acido ribonucleico, differisce dal DNA per la presenza di ribosio carboidrato nei nucleotidi e per la sostituzione della timina con uracile.
Come è iniziato tutto
Un gruppo di scienziati della Columbia University di New York, guidato da E. Chargaff nel 1950-1952, era impegnato nella cromatografia del DNA. Si sapeva già che consisteva di quattro nucleotidi, ma nessuno sapeva ancora della sua struttura elicoidale.sapevo. Diversi studi hanno dimostrato. Che in una molecola di DNA il numero di basi puriniche sia uguale al numero di basi pirimidiniche. Più precisamente, la quantità di timina è sempre uguale alla quantità di adenina e la quantità di guanina corrisponde alla quantità di citosina. Questa uguaglianza delle basi azotate è la regola di Chargaff per gli acidi desossiribonucleico e ribonucleico.
Significato in biologia
È stata questa regola a diventare la base su cui Watson e Crick sono stati guidati nel derivare la struttura della molecola del DNA. Il loro modello di palline, fili e figurine a doppio filamento elicoidale spiegava questa uguaglianza. In altre parole, le regole di Chargaff sono che la timina si combina con l'adenina e la guanina si combina con la citosina. Era questo rapporto di nucleotidi che si adattava idealmente al modello spaziale del DNA proposto da Watson e Crick. La scoperta della struttura della molecola dell'acido desossiribonucleico ha spinto la scienza a scoprire un livello più ampio: i principi di variabilità ed ereditarietà, la sintesi biologica del DNA, la spiegazione dell'evoluzione e dei suoi meccanismi a livello molecolare.
Le regole di Chargaff nella loro forma più pura
La scienza moderna formula queste disposizioni fondamentali con i seguenti tre postulati:
- La quantità di adenina corrisponde alla quantità di timina e di citosina a guanina: A=T e G=C.
- La quantità di purine è sempre uguale al numero di pirimidine: A + G=T + C.
- Il numero di nucleotidi che contengono pirimidina in posizione 4 e 6basi puriniche, è uguale al numero di nucleotidi che contengono gruppi oxo nelle stesse posizioni: A + G \u003d C + T.
Negli anni '90, con la scoperta delle tecnologie di sequenziamento (che determinano la sequenza dei nucleotidi in lunghe sezioni), furono confermate le regole del DNA di Chargaff.
Bambini di testa
Al liceo e nelle università, lo studio della biologia molecolare implica necessariamente la risoluzione di problemi sulla regola di Chargaff. Chiamano questi compiti solo la costruzione di una seconda catena di DNA basata sul principio di complementarità (complementarietà spaziale dei nucleotidi purinici e pirimidinici). Ad esempio, la condizione fornisce la sequenza di nucleotidi in una catena - AAGCTAT. L'allievo o lo studente è tenuto a ricostruire il secondo filamento in base al filamento della matrice del DNA e alla prima regola di Chargaff. La risposta sarà: GGATCGTS.
Un altro tipo di attività suggerisce di calcolare il peso di una molecola di DNA, conoscendo la sequenza dei nucleotidi in una catena e il peso specifico dei nucleotidi. La prima regola della biologia di Chargaff è considerata fondamentale per comprendere le basi della biochimica molecolare e della genetica.
Per la scienza, non tutto è così semplice
E. Chargaff ha continuato a studiare la composizione del DNA e, 16 anni dopo la scoperta della prima legge, ha diviso la molecola in due filamenti separati e ha scoperto che il numero di basi non è esattamente uguale, ma solo approssimativamente. Questa è la seconda regola di Chargaff: in un separatofilamenti di acido desossiribonucleico, la quantità di adenina è approssimativamente uguale alla quantità di timina e guanina - alla citosina.
Le violazioni dell'uguaglianza si sono rivelate direttamente proporzionali alla lunghezza della sezione analizzata. La precisione viene mantenuta su una lunghezza di 70-100 mila paia di basi, ma a lunghezze di centinaia di paia di basi e meno, non viene più preservata. Perché in alcuni organismi la percentuale di guanina-citosina sia superiore alla percentuale di adenina-timina, o viceversa, la scienza non ha ancora spiegato. In effetti, nei genomi ordinari degli organismi, un'equa distribuzione dei nucleotidi è piuttosto un'eccezione che una regola.
Il DNA non svela i suoi segreti
Con lo sviluppo delle tecniche di sequenziamento del genoma, si è scoperto che un singolo filamento di DNA contiene approssimativamente lo stesso numero di singoli nucleotidi complementari, coppie di basi (dinucleotidi), trinucleotidi e così via, fino agli oligonucleotidi (sezioni di 10-20 nucleotidi). I genomi di tutti gli organismi viventi conosciuti obbediscono a questa regola, con pochissime eccezioni.
Così, due scienziati brasiliani - il biologo Michael Yamagishi e il matematico Roberto Herai - hanno utilizzato la teoria degli insiemi per analizzare le sequenze nucleotidiche necessarie per portare alla regola di Chargaff. Hanno derivato quattro serie di equazioni e testato 32 genomi di specie conosciute. E si è scoperto che i modelli simili a frattali sono veri per la maggior parte delle specie, inclusi E. coli, piante e esseri umani. Ma il virus dell'immunodeficienza umana e un batterio parassita che provoca un rapido avvizzimentoulivi, non obbediscono affatto alle leggi del governo di Chargaff. Come mai? Nessuna risposta ancora.
Biochimici, biologi evoluzionisti, citologi e genetisti sono ancora alle prese con i misteri del DNA e i meccanismi dell'ereditarietà. Nonostante le conquiste della scienza moderna, l'umanità è ben lungi dallo svelare l'universo. Abbiamo superato la gravità, dominato lo spazio esterno, imparato a cambiare i genomi e determinare la patologia del feto nelle prime fasi dello sviluppo dell'embrione. Ma siamo ancora lontani dalla comprensione di tutti i meccanismi della natura che ha creato per miliardi di anni sul pianeta Terra.
