Այսօր դժվար թե որևէ մեկին զարմացնեն այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են ժառանգականությունը, գենոմը, ԴՆԹ-ն, նուկլեոտիդները: Բոլորը գիտեն ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի մասին և որ հենց նա է պատասխանատու օրգանիզմի բոլոր նշանների ձևավորման համար։ Բայց ոչ բոլորը գիտեն դրա կառուցվածքի սկզբունքների և Չարգաֆի հիմնական կանոններին ենթարկվելու մասին։
Վիրավորված կենսաբան
Քսաներորդ դարում ականավորի կոչման են արժանանում ոչ շատ հայտնագործություններ: Բայց բնիկ Բուկովինայից (Չեռնովցի, Ուկրաինա) Էրվին Չարգաֆի (1905-2002) հայտնագործությունները, անկասկած, դրանցից մեկն են։ Չնայած նա չստացավ Նոբելյան մրցանակ, նա մինչև իր օրերի վերջ հավատում էր, որ Ջեյմս Ուոթսոնը և Ֆրենսիս Քրիկը գողացել են ԴՆԹ-ի երկշղթա պարուրաձև կառուցվածքի և Նոբելյան մրցանակի մասին նրա գաղափարը:
:
Լեհաստանի, Գերմանիայի, ԱՄՆ-ի և Ֆրանսիայի համալսարանները հպարտ են, որ այնտեղ դասավանդում է այս նշանավոր կենսաքիմիկոսը: Բացի Չարգաֆի ԴՆԹ-ի հիմնարար կանոններից, նա հայտնի է ևս մեկով՝ ոսկե կանոնով: Կենսաբաններն այդպես են անվանում: Իսկ E. Chargaff-ի ոսկե կանոնը հնչում է այսպես.իրականությունը տիրանալու, իսկ երբեմն էլ փոխարինելու նրանց միտումն է»: Պարզ ասած, սա նշանակում է. մի ասեք բնությանը, թե ինչ անել, և նա ձեզ չի ասի, թե ուր պետք է գնաք ձեր բոլոր պահանջներով: Շատ երիտասարդ գիտնականների համար Էրվին Չարգաֆի այս կանոնը դարձել է գիտական հետազոտությունների յուրօրինակ կարգախոս։
Ակադեմիական հիմնադրամներ
Հիշեք հիմնական հիմնարար հասկացությունները, որոնք անհրաժեշտ են հետևյալ տեքստը հասկանալու համար:
Գենոմ - տվյալ օրգանիզմի ողջ ժառանգական նյութի ամբողջությունը։
Մոնոմերները ձևավորում են պոլիմերներ՝ կառուցվածքային միավորներ, որոնք միավորվում են՝ ձևավորելով բարձր մոլեկուլային օրգանական մոլեկուլներ։
Նուկլեոտիդներ՝ ադենին, գուանին, թիմին և ցիտոսին՝ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մոնոմերներ, ֆոսֆորական թթվով ձևավորված օրգանական մոլեկուլներ, ածխաջրածին 5 ատոմով ածխածնի (դեզօքսիրիբոզ կամ ռիբոզա) և պուրին (ադենին և գուանինին (օրցի) և տիմին) հիմքեր։
ԴՆԹ - դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն, որը օրգանիզմների ժառանգականության հիմքն է, կրկնակի պարույր է, որը ձևավորվում է ածխաջրածին բաղադրիչով՝ դեզօքսիրիբոզով նուկլեոտիդներից։ ՌՆԹ - ռիբոնուկլեինաթթու, տարբերվում է ԴՆԹ-ից նուկլեոտիդներում ռիբոզա ածխաջրածինի առկայությամբ և թիմինի փոխարինմամբ ուրացիլով։
Ինչպես սկսվեց ամեն ինչ
Նյու Յորքի Կոլումբիայի համալսարանի մի խումբ գիտնականներ՝ Է. Չարգաֆի գլխավորությամբ 1950-1952 թվականներին, զբաղվում էին ԴՆԹ-ի քրոմատագրմամբ։ Արդեն հայտնի էր, որ այն բաղկացած է չորս նուկլեոտիդներից, սակայն դեռ ոչ ոք չգիտի դրա պտուտակավոր կառուցվածքի մասին։գիտեր. Բազմաթիվ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել. Որ ԴՆԹ-ի մոլեկուլում պուրինային հիմքերի թիվը հավասար է պիրիմիդինային հիմքերի թվին։ Ավելի ճիշտ՝ թիմինի քանակը միշտ հավասար է ադենինի քանակին, իսկ գուանինի քանակը՝ ցիտոզինի քանակին։ Ազոտային հիմքերի այս հավասարությունը Չարգաֆի կանոնն է դեզօքսիռիբոնուկլեինային և ռիբոնուկլեինաթթուների համար:
Իմաստը կենսաբանության մեջ
Հենց այս կանոնը դարձավ այն հիմքը, որի վրա առաջնորդվեցին Ուոթսոնը և Քրիքը ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքը ստանալիս: Գնդակների, մետաղալարերի և արձանիկների նրանց կրկնակի ոլորված պտուտակաձև ոլորված մոդելը բացատրում էր այս հավասարությունը: Այլ կերպ ասած, Չարգաֆֆի կանոններն այն են, որ թիմինը միանում է ադենինին, իսկ գուանինը միանում է ցիտոսինին։ Նուկլեոտիդների այս հարաբերակցությունն էր, որ իդեալականորեն տեղավորվում էր Ուոթսոնի և Քրիքի առաջարկած ԴՆԹ-ի տարածական մոդելի մեջ: Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլի կառուցվածքի հայտնաբերումը գիտությանը դրդեց բացահայտելու ավելի լայն մակարդակ՝ փոփոխականության և ժառանգականության սկզբունքները, ԴՆԹ-ի կենսաբանական սինթեզը, էվոլյուցիայի բացատրությունը և դրա մեխանիզմները մոլեկուլային մակարդակում:
Չարգաֆֆը կանոններ է իրենց մաքուր ձևով
Ժամանակակից գիտությունը ձևակերպում է այս հիմնարար դրույթները հետևյալ երեք պոստուլատներով.
- Ադենինի քանակությունը համապատասխանում է թիմինի քանակին, իսկ ցիտոսինը՝ գուանինին՝ A=T և G=C։
- Պուրինների քանակը միշտ հավասար է պիրիմիդինների թվին. A + G=T + C.
- Նուկլեոտիդների քանակը, որոնք պարունակում են պիրիմիդին 4 և 6 դիրքերումպուրինային հիմքեր, հավասար է նուկլեոտիդների թվին, որոնք պարունակում են օքսո խմբեր նույն դիրքերում՝ A + G \u003d C + T:
1990-ականներին հաջորդականության տեխնոլոգիաների հայտնաբերմամբ (նուկլեոտիդների հաջորդականությունը երկար հատվածներում որոշելով) հաստատվեցին Չարգաֆֆի ԴՆԹ-ի կանոնները։
Մանկական գլխացավ
Ավագ դպրոցում և համալսարաններում մոլեկուլային կենսաբանության ուսումնասիրությունը անպայմանորեն ներառում է Չարգաֆֆի կանոնի վերաբերյալ խնդիրների լուծում: Նրանք այդ առաջադրանքները անվանում են միայն երկրորդ ԴՆԹ շղթայի կառուցում, որը հիմնված է կոմպլեմենտարության սկզբունքի վրա (պուրինի և պիրիմիդինի նուկլեոտիդների տարածական փոխլրացում): Օրինակ, պայմանը տալիս է նուկլեոտիդների հաջորդականությունը մեկ շղթայում՝ AAGCTAT: Աշակերտից կամ ուսանողից պահանջվում է վերակառուցել երկրորդ շարանը՝ հիմնվելով ԴՆԹ մատրիցայի շղթայի և Չարգաֆֆի առաջին կանոնի վրա: Պատասխանը կլինի՝ GGATCGTS:
Առաջադրանքի մեկ այլ տեսակ առաջարկում է հաշվարկել ԴՆԹ-ի մոլեկուլի քաշը՝ իմանալով նուկլեոտիդների հաջորդականությունը մեկ շղթայում և նուկլեոտիդների տեսակարար կշիռը: Չարգաֆի կենսաբանության առաջին կանոնը համարվում է հիմնարար մոլեկուլային կենսաքիմիայի և գենետիկայի հիմունքները հասկանալու համար:
Գիտության համար ամեն ինչ այդքան պարզ չէ
E. Չարգաֆը շարունակեց ուսումնասիրել ԴՆԹ-ի բաղադրությունը, և առաջին օրենքի հայտնաբերումից 16 տարի անց նա մոլեկուլը բաժանեց երկու առանձին շղթաների և պարզեց, որ հիմքերի թիվը ոչ թե ճշգրիտ հավասար է, այլ ընդամենը մոտավորապես: Սա Չարգաֆի երկրորդ կանոնն է՝ առանձինդեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի թելեր, ադենինի քանակը մոտավորապես հավասար է թիմինի քանակին, իսկ գուանինը` ցիտոսինին:
Հավասարության խախտումները պարզվել են ուղիղ համեմատական վերլուծված հատվածի երկարությանը։ Ճշգրտությունը պահպանվում է 70-100 հազար բազային զույգերի երկարության վրա, սակայն հարյուրավոր բազային զույգերի և ավելի քիչ երկարությունների դեպքում այն այլևս չի պահպանվում։ Ինչու որոշ օրգանիզմներում գուանին-ցիտոզինի տոկոսն ավելի բարձր է, քան ադենին-տիմինի տոկոսը, կամ հակառակը, գիտությունը դեռ չի բացատրել: Իրոք, օրգանիզմների սովորական գենոմներում նուկլեոտիդների հավասար բաշխումը ավելի շուտ բացառություն է, քան կանոն։
ԴՆԹ-ն չի բացահայտում իր գաղտնիքները
Գենոմի հաջորդականության տեխնիկայի մշակմամբ պարզվել է, որ ԴՆԹ-ի մեկ շղթան պարունակում է մոտավորապես նույն թվով լրացուցիչ մեկ նուկլեոտիդներ, հիմքերի զույգեր (դինուկլեոտիդներ), տրինուկլեոտիդներ և այլն՝ մինչև օլիգոնուկլեոտիդներ (հատվածներ). 10-20 նուկլեոտիդներ): Բոլոր հայտնի կենդանի օրգանիզմների գենոմները ենթարկվում են այս կանոնին, շատ քիչ բացառություններով:
Այսպիսով, երկու բրազիլացի գիտնականներ՝ կենսաբան Մայքլ Յամագիշին և մաթեմատիկոս Ռոբերտո Հերայը, օգտագործեցին բազմությունների տեսությունը՝ վերլուծելու նուկլեոտիդային հաջորդականությունները, որոնք անհրաժեշտ են նրանց Չարգաֆֆի կանոնին տանելու համար: Նրանք ստացան չորս սահմանված հավասարումներ և փորձարկեցին հայտնի տեսակների 32 գենոմներ: Եվ պարզվեց, որ ֆրակտալի նման նախշերը ճշմարիտ են տեսակների մեծ մասի համար, այդ թվում՝ E. coli-ի, բույսերի և մարդկանց համար: Բայց մարդու իմունային անբավարարության վիրուսը և մակաբույծ բակտերիան, որն արագ թառամում է առաջացնումձիթենիներ, ընդհանրապես մի ենթարկվեք Չարգաֆի իշխանության օրենքներին։ Ինչո՞ւ։ Պատասխան դեռ չկա։
Կենսաքիմիկոսները, էվոլյուցիոն կենսաբանները, բջջաբանները և գենետիկները դեռևս պայքարում են ԴՆԹ-ի առեղծվածների և ժառանգականության մեխանիզմների դեմ: Չնայած ժամանակակից գիտության նվաճումներին, մարդկությունը հեռու է տիեզերքը քանդելուց: Մենք հաղթահարեցինք ձգողականությունը, տիրապետեցինք արտաքին տարածությանը, սովորեցինք, թե ինչպես փոխել գենոմը և որոշել պտղի պաթոլոգիան սաղմի զարգացման վաղ փուլերում: Բայց մենք դեռ շատ հեռու ենք բնության բոլոր մեխանիզմները հասկանալուց, որոնք նա ստեղծել է միլիարդավոր տարիներ Երկիր մոլորակի վրա:
