Бүгінгі таңда тұқым қуалаушылық, геном, ДНҚ, нуклеотидтер сияқты ұғымдарға ешкім таңғала қоймас. ДНҚ-ның қос спиралі туралы және ол ағзаның барлық белгілерінің қалыптасуына жауапты екенін бәрі біледі. Бірақ оның құрылымы мен Чаргаффтың негізгі ережелеріне бағыну принциптері туралы бәрі бірдей біле бермейді.
Ренжіткен биолог
ХХ ғасырда көрнекті деген атақ көп ашылған ашылымдарға берілмейді. Бірақ Буковинаның (Черновцы, Украина) тумасы Эрвин Чаргаффтың (1905-2002) ашқан жаңалықтары солардың бірі екені сөзсіз. Ол Нобель сыйлығын алмаса да, ол Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик ДНҚ-ның қос тізбекті спираль құрылымы туралы идеясын және оның Нобель сыйлығын ұрлады деп өмірінің соңына дейін сенді.
Польша, Германия, АҚШ және Франция университеттерінде осы көрнекті биохимиктер дәріс беретінін мақтан тұтады. Чаргаффтың ДНҚ-ға қатысты негізгі ережелерінен басқа, ол тағы бір ережемен танымал - алтын ереже. Биологтар осылай атайды. Ал Э. Чаргаффтың алтын ережесі былайша естіледі: «Ғылыми модельдердің ең арамза және арам қасиеттерінің бірі.олардың шындықты қабылдауға, кейде ығыстыруға бейімділігі». Қарапайым тілмен айтқанда, бұл дегеніміз - табиғатқа не істеу керектігін айтпаңыз және ол сіздің барлық шағымдарыңызбен қайда бару керектігін айтпайды. Көптеген жас ғалымдар үшін Эрвин Чаргаффтың бұл ережесі ғылыми зерттеудің өзіндік ұранына айналды.
Академиялық негіздер
Келесі мәтінді түсіну үшін қажетті негізгі іргелі ұғымдарды еске түсіріңіз.
Геном – берілген ағзаның барлық тұқым қуалайтын материалдарының жиынтығы.
Мономерлер полимерлерді құрайды - құрылымдық бірлік, олар жоғары молекулалық органикалық молекулаларды түзеді.
Нуклеотидтер – аденин, гуанин, тимин және цитозин – ДНҚ молекуласының мономерлері, фосфор қышқылынан түзілген органикалық молекулалар, 5 көміртегі атомы бар көмірсу (дезоксирибоза немесе рибоза) және пурин (аденин) немесе цитозин (аденин) және гуриниан және тимин) негіз.
ДНҚ – дезоксирибонуклеин қышқылы, организмдердің тұқымқуалаушылық негізі, көмірсутекті компоненті – дезоксирибозасы бар нуклеотидтерден түзілген қос спираль. РНҚ – рибонуклеин қышқылы, ДНҚ-дан нуклеотидтерінде рибоза көмірсуларының болуымен және тиминді урацилмен алмастыруымен ерекшеленеді.
Бәрі қалай басталды
Нью-Йорктегі Колумбия университетінің 1950-1952 жылдары Э. Чаргафф басқарған бір топ ғалымдары ДНҚ хроматографиясымен айналысты. Оның төрт нуклеотидтен тұратыны бұрыннан белгілі болды, бірақ оның спиральдық құрылымы туралы әлі ешкім білмейді.білген. Көптеген зерттеулер көрсетті. ДНҚ молекуласындағы пуриндік негіздердің саны пиримидиндік негіздердің санына тең. Дәлірек айтсақ, тиминнің мөлшері әрқашан адениннің мөлшеріне, ал гуаниннің мөлшері цитозиннің мөлшеріне сәйкес келеді. Азотты негіздердің бұл теңдігі дезоксирибонуклеин және рибонуклеин қышқылдары үшін Чаргафф ережесі болып табылады.
Биологиядағы мағынасы
ДНҚ молекуласының құрылымын алу кезінде Уотсон мен Крик басшылыққа алатын негіз болған осы ереже болды. Шарлардың, сымдардың және мүсіншелердің қос жіпті бұрандалы бұралған үлгісі бұл теңдікті түсіндірді. Басқаша айтқанда, Чаргафф ережелері тиминнің аденинмен, ал гуаниннің цитозинмен бірігуі. Нақ осы нуклеотидтердің қатынасы Уотсон мен Крик ұсынған ДНҚ-ның кеңістіктік моделіне өте қолайлы болды. Дезоксирибонуклеин қышқылы молекуласының құрылымының ашылуы ғылымды кеңірек деңгейді ашуға түрткі болды: өзгергіштік пен тұқым қуалаушылық принциптері, ДНҚ-ның биологиялық синтезі, эволюция мен оның механизмдерін молекулалық деңгейде түсіндіру.
Chargaff ережелері таза түрде
Қазіргі ғылым бұл іргелі ережелерді келесі үш постулатпен тұжырымдайды:
- Аденин мөлшері тимин мөлшеріне, ал цитозин гуанинге сәйкес келеді: A=T және G=C.
- Пуриндердің мөлшері әрқашан пиримидиндер санына тең: A + G=T + C.
- 4 және 6-позицияда пиримидині бар нуклеотидтер саныпуриндік негіздер, бірдей позицияларда оксо топтары бар нуклеотидтер санына тең: A + G \u003d C + T.
1990 жылдары секвенирлеу технологияларының ашылуымен (ұзын кесінділердегі нуклеотидтердің тізбегін анықтау) Чаргаффтың ДНҚ ережелері расталды.
Балалардың бас ауруы
Орта мектепте және университеттерде молекулалық биологияны зерттеу міндетті түрде Чаргафф ережесі бойынша есептерді шешуді қамтиды. Олар бұл міндеттерді тек комплементарлылық (пурин және пиримидин нуклеотидтерінің кеңістіктік комплементарлылығы) принципіне негізделген екінші ДНҚ тізбегін құру деп атайды. Мысалы, шарт бір тізбектегі нуклеотидтер тізбегін береді – AAGCTAT. Оқушы немесе студент ДНҚ матрицасының тізбегі мен бірінші Чаргафф ережесі негізінде екінші тізбекті қайта құруы қажет. Жауабы: GGATCGTS.
Тапсырманың тағы бір түрі бір тізбектегі нуклеотидтердің ретін және нуклеотидтердің меншікті салмағын біле отырып, ДНҚ молекуласының салмағын есептеуді ұсынады. Чаргаффтың биологияның бірінші ережесі молекулалық биохимия мен генетика негіздерін түсіну үшін іргелі болып саналады.
Ғылым үшін бәрі оңай емес
Е. Чаргафф ДНҚ құрамын зерттеуді жалғастырып, бірінші заң ашылғаннан кейін 16 жыл өткен соң молекуланы екі бөлек жіпке бөліп, негіздердің санының дәл тең емес, тек шамамен екенін анықтады. Бұл Чаргаффтың екінші ережесі: бөлекдезоксирибонуклеин қышқылының жіптері, аденин мөлшері шамамен тимин мөлшеріне, ал гуанин - цитозинге тең.
Теңдіктің бұзылуы талданған бөлімнің ұзақтығына тура пропорционалды болып шықты. Дәлдік 70-100 мың негізгі жұп ұзындығында сақталады, бірақ жүздеген негізгі жұп және одан аз ұзындықтарда ол енді сақталмайды. Неліктен кейбір ағзаларда гуанин-цитозиннің пайызы аденин-тиминнің пайызынан жоғары немесе керісінше, ғылым әлі түсіндірілмеген. Шынында да, организмдердің қарапайым геномдарында нуклеотидтердің тең бөлінуі ережеден гөрі ерекшелік болып табылады.
ДНҚ өз құпиясын ашпайды
Геномды секвенирлеу әдістерінің дамуымен ДНҚ-ның бір тізбегінде шамамен бірдей комплементарлы бір нуклеотидтер, негіз жұптары (динуклеотидтер), тринуклеотидтер және т.б. - олигонуклеотидтерге дейін (бөлімдері) болатыны анықталды. 10-20 нуклеотидтер). Барлық белгілі тірі ағзалардың геномдары өте аз ғана ерекшеліктерді қоспағанда, осы ережеге бағынады.
Осылайша, екі бразилиялық ғалым - биолог Майкл Ямагиши және математик Роберто Хераи Чаргафф ережесіне әкелу үшін қажетті нуклеотидтер тізбегін талдау үшін жиынтық теориясын пайдаланды. Олар төрт жиынтық теңдеу шығарды және белгілі түрлердің 32 геномын сынады. Ал фрактал тәрізді үлгілер көптеген түрлерге, соның ішінде ішек таяқшаларына, өсімдіктерге және адамдарға қатысты екені белгілі болды. Бірақ адамның иммун тапшылығы вирусы және тез солып кетуді тудыратын паразиттік бактериязәйтүн ағаштары, Чаргафф билігінің заңдарына мүлде бағынбайды. Неліктен? Әлі жауап жоқ.
Биохимиктер, эволюциялық биологтар, цитологтар мен генетиктер ДНҚ құпияларымен және тұқым қуалау механизмдерімен әлі де күресуде. Қазіргі ғылымның жетістіктеріне қарамастан, адамзат ғаламды ашудан алыс. Біз гравитацияны жеңдік, ғарыш кеңістігін игердік, эмбрион дамуының бастапқы кезеңінде геномдарды өзгерту және ұрықтың патологиясын анықтау әдістерін білдік. Бірақ біз оның Жер планетасында миллиардтаған жылдар бойы жасап келе жатқан табиғаттың барлық механизмдерін әлі түсінуден алшақпыз.
