Lygiai prieš 65 metus britų mokslininkai Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas paskelbė straipsnį apie DNR struktūros iššifravimą, padėdami pamatus naujam mokslui - molekulinei biologijai. Šis atradimas labai pasikeitė žmonijos gyvenime. „RIA Novosti“pasakoja apie DNR molekulės savybes ir kodėl ji tokia svarbi.
XIX amžiaus antroje pusėje biologija buvo labai jaunas mokslas. Mokslininkai dar tik pradėjo tyrinėti ląstelę, o paveldimumo samprata, nors ją jau suformulavo Gregoras Mendelis, nesulaukė plataus pripažinimo.
- „Salik.biz“
1868 m. Pavasarį jaunas Šveicarijos gydytojas Friedrichas Miescheris atvyko į Tiubingeno universitetą (Vokietija) atlikti mokslinio darbo. Jis ketino išsiaiškinti, kokias medžiagas sudaro ląstelė. Eksperimentams pasirinkau leukocitus, kuriuos lengva gauti iš pūlių.
Atskirdamas branduolį nuo protoplazmos, baltymų ir riebalų, Miescheris atrado junginį, kuriame yra didelis fosforo kiekis. Jis pavadino šią molekulės nukleinu (lotyniškai „branduolys“yra branduolys).
Šis junginys pasižymėjo rūgštinėmis savybėmis, todėl buvo sugalvotas terminas „nukleino rūgštis“. Jo priešdėlis deoksiribo reiškia, kad molekulėje yra H grupės ir cukrų. Tada paaiškėjo, kad tai iš tikrųjų buvo druska, tačiau pavadinimas nebuvo pakeistas.
XX amžiaus pradžioje mokslininkai jau žinojo, kad nukleinas yra polimeras (tai yra labai ilga lanksti pasikartojančių vienetų molekulė), vienetai sudaryti iš keturių azotinių bazių (adenino, timino, guanino ir citozino), o nukleinas yra chromosomose - kompaktiškose struktūrose. atsiranda dalijant ląsteles. Jų sugebėjimą perduoti paveldimus bruožus pademonstravo amerikiečių genetikas Tomas Morganas atlikdamas eksperimentus su vaisinėmis muselėmis.
DNR struktūra.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Modelis, kuris paaiškino genus
Bet ką dezoksiribonukleino rūgštis, arba trumpai tariant, DNR daro ląstelės branduolyje, ilgą laiką nebuvo suprantama. Manyta, kad ji turi tam tikrą struktūrinį vaidmenį chromosomose. Paveldimumo vienetai - genai - buvo priskiriami baltymų prigimčiai. Lūžį padarė amerikiečių tyrėjas Oswald Avery, kuris eksperimentiškai įrodė, kad genetinė medžiaga iš DNR perduodama bakterijoms į bakterijas.
Tapo aišku, kad reikia ištirti DNR. Bet kaip? Tuo metu mokslininkams buvo prieinami tik rentgeno spinduliai. Norėdami per jas nušviesti biologines molekules, jie turėjo kristalizuotis, ir tai sunku. Baltymų molekulių struktūros iššifravimas rentgeno spindulių difrakcijos metodais buvo atliktas Cavendish laboratorijoje (Kembridžas, JK). Jame dirbę jauni tyrinėtojai Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas neturėjo savo eksperimentinių duomenų apie DNR, todėl jie panaudojo kolegų iš Karaliaus koledžo Maurice'o Wilkinso ir Rosalindo Franklino radiografijas.
Watsonas ir Crickas pasiūlė DNR struktūros modelį, tiksliai atitinkantį rentgeno spindulių difrakcijos modelius: dvi lygiagrečios sruogos yra susuktos į dešiniąją spiralę. Kiekviena grandinė yra sulankstyta savavališkai turinčių azotinių bazių rinkinį, suvertu ant jų cukraus ir fosfatų pagrindo ir laikoma vandenilio jungtimis, ištemptomis tarp bazių. Be to, adeninas dera tik su timinu, o guaninas - su citozinu. Ši taisyklė vadinama papildomumo principu.
Watsono ir Cricko modelis paaiškino keturias pagrindines DNR funkcijas: genetinės medžiagos replikaciją, jos specifiškumą, informacijos saugojimą molekulėje ir gebėjimą mutuoti.
Savo atradimą mokslininkai paskelbė žurnale „Nature“1953 m. Balandžio 25 d. Po dešimties metų jis ir Maurice'as Wilkinsas buvo apdovanoti Nobelio biologijos premija (Rosalind Franklin mirė 1958 m. Nuo vėžio, būdamas 37 metų).
Dabar, praėjus daugiau nei pusei amžiaus, galime pasakyti, kad DNR struktūros atradimas vaidino tą patį vaidmenį biologijos vystymesi, kaip ir atominio branduolio atradimas fizikoje. Išaiškinus atomo struktūrą, gimė nauja kvantinė fizika, o atradus DNR struktūrą, gimė nauja, molekulinė biologija “, - rašo Maksimas Frankas-Kamenetsky, puikus genetikas, DNR tyrėjas,„ Svarbiausios molekulės “autorius.
Genetinis kodas
Dabar liko sužinoti, kaip ši molekulė veikia. Buvo žinoma, kad DNR yra ląstelių baltymų, atliekančių visą darbą ląstelėje, sintezės instrukcijos. Baltymai yra polimerai, sudaryti iš pasikartojančių aminorūgščių rinkinių (sekų). Be to, yra tik dvidešimt amino rūgščių. Gyvūnų rūšys skiriasi viena nuo kitos baltymų rinkiniu ląstelėse, tai yra, skirtingomis aminorūgščių sekomis. Genetikai teigė, kad šias sekas seka genai, kurie, kaip manoma, paskui tarnavo kaip pirmieji gyvenimo blokai. Bet kokie buvo genai, niekas tiksliai nežinojo.
Didžiojo sprogimo teorijos autorius, fizikas Georgijus Gamovas, George'o Vašingtono universiteto (JAV) darbuotojas, tai leido suprasti. Remdamasis Watsono ir Cricko dvigubos DNR spiralės modeliu, jis pasiūlė, kad genas yra DNR gabalas, tai yra tam tikra grandžių seka - nukleotidai. Kadangi kiekvienas nukleotidas yra viena iš keturių azotinių bazių, jums tiesiog reikia išsiaiškinti, kaip keturi elementai koduoja dvidešimt. Tai buvo genetinio kodo idėja.
Iki septintojo dešimtmečio pradžios buvo nustatyta, kad baltymai sintetinami iš aminorūgščių ribosomose - tam tikros „gamyklos“ląstelės viduje. Norėdami pradėti baltymų sintezę, fermentas kreipiasi į DNR, atpažįsta specifinę vietą geno pradžioje, sintezuoja geno kopiją mažos RNR pavidalu (ji vadinama šablonu), tada iš aminorūgščių ribosomoje auga baltymas.
Jie taip pat išsiaiškino, kad genetinis kodas yra trijų raidžių. Tai reiškia, kad trys nukleotidai atitinka vieną aminorūgštį. Kodo vienetas buvo vadinamas kodonu. Ribosomoje informaciją iš mRNR kodonas laiko nuosekliai. Ir kiekvienas iš jų atitinka keletą amino rūgščių. Kaip atrodo šifras?
Marshall Nirenberg ir Heinrich Mattei iš JAV atsakė į šį klausimą. 1961 m. Jie pirmą kartą pristatė savo rezultatus biocheminiame kongrese Maskvoje. Iki 1967 m. Genetinis kodas buvo visiškai iššifruotas. Tai pasirodė universali visų organizmų ląstelėms, o tai mokslui turėjo toli siekiančių padarinių.
DNR struktūros ir genetinio kodo atradimas visiškai perorientavo biologinius tyrimus. Tai, kad kiekvienas individas turi unikalią DNR seką, iš esmės pakeitė teismo medicinos mokslą. Žmogaus genomo iššifravimas suteikė antropologams visiškai naują metodą mūsų rūšių evoliucijai tirti. Neseniai išrastas DNR redaktorius CRISPR-Cas padarė didelę pažangą genų inžinerijos srityje. Matyt, ši molekulė saugo svarbiausių žmonijos problemų sprendimą: vėžį, genetines ligas, senėjimą.
Tatjana Pichugina