Täsmälleen 65 vuotta sitten brittiläiset tutkijat James Watson ja Francis Crick julkaisivat artikkelin DNA: n rakenteen salauksen purkamisesta ja luovat perustan uudelle tieteelle - molekyylibiologialle. Tämä löytö on muuttunut paljon ihmiskunnan elämässä. RIA Novosti puhuu DNA-molekyylin ominaisuuksista ja miksi se on niin tärkeä.
1800-luvun jälkipuoliskolla biologia oli hyvin nuori tiede. Tutkijat olivat vasta alkamassa tutkia solua, eikä perinnöllisyyden käsite, vaikka Gregor Mendel jo muotoili sen, ei saanut laajaa tunnustusta.
Keväällä 1868 nuori sveitsiläinen lääkäri Friedrich Miescher tuli Tübingenin yliopistoon (Saksa) tekemään tieteellistä työtä. Hän aikoi selvittää, mistä aineista solu koostuu. Kokeiluiksi valitsin leukosyytit, joita on helppo saada mätästä.
Erottamalla ytimen protoplasmasta, proteiineista ja rasvoista, Miescher löysi yhdisteen, jolla on korkea fosforipitoisuus. Hän kutsui tätä molekyylinukleiiniksi (latinaksi "ydin" on ydin).
Tällä yhdisteellä oli happamia ominaisuuksia, siksi termi "nukleiinihappo" muodostettiin. Sen etuliite deoksiribo tarkoittaa, että molekyyli sisältää H-ryhmiä ja sokereita. Sitten kävi ilmi, että se oli todella suolaa, mutta nimeä ei muutettu.
1900-luvun alussa tutkijat tiesivät jo, että nukleiini on polymeeri (toisin sanoen hyvin pitkä joustava toistuvien yksiköiden molekyyli), yksiköt koostuvat neljästä typpipohjaisesta emäksestä (adeniini, tymiini, guaniini ja sytosiini) ja nukleiini sisältyy kromosomeihin - kompakteihin rakenteisiin, jotka syntyy jakautuvissa soluissa. Amerikkalainen geneetikko Thomas Morgan osoitti heidän kykynsä välittää perinnöllisiä piirteitä hedelmäkärpäsekokeissa.
DNA-rakenne.
Mainosvideo:
Malli, joka selitti geenejä
Mutta mitä deoksiribonukleiinihappo tai lyhyt DNA tekee solun ytimessä, ei ymmärretty pitkään. Arveltiin olevan jonkinlainen rakenteellinen rooli kromosomeissa. Perinnöllisyysyksiköt - geenit - katsottiin proteiiniluonteeseen. Läpimurron teki amerikkalainen tutkija Oswald Avery, joka kokeellisesti osoitti, että geenimateriaali välittyy bakteereista bakteereihin DNA: n kautta.
Kävi selväksi, että DNA: ta on tutkittava. Mutta miten? Tuolloin tutkijoiden käytettävissä oli vain röntgenkuva. Biologisten molekyylien loistamiseksi niiden läpi, heidän piti kiteytyä, ja tämä on vaikeaa. Proteiinimolekyylien rakenteen purkaminen röntgendiffraktiokuvioilla suoritettiin Cavendish-laboratoriossa (Cambridge, UK). Siellä työskennelleillä nuorilla tutkijoilla James Watsonilla ja Francis Crickilla ei ollut omaa kokeellista tietoa DNA: sta, joten he käyttivät King's Collegessa työskentelevien kollegojen Maurice Wilkinsin ja Rosalind Franklinin röntgenkuvat.
Watson ja Crick ehdottivat DNA-rakenteen mallia, joka vastaa tarkalleen röntgendiffraktiomallia: kaksi yhdensuuntaista säiettä on kierretty oikeanpuoleiseen kierteeseen. Jokainen ketju taitetaan mielivaltaisen typpipohjaisten emästen avulla, kiinnitetään niiden sokerien ja fosfaattien runkoon ja pidetään emästen väliin venytettyjen vety-sidosten avulla. Lisäksi adeniini yhdistyy vain tymiiniin ja guaniini - sytosiiniin. Tätä sääntöä kutsutaan täydentävyyden periaatteeksi.
Watson- ja Crick-malli selitti DNA: n neljä päätoimintoa: geneettisen materiaalin replikaatio, sen spesifisyys, tiedon säilyttäminen molekyylissä ja sen kyky muuntua.
Tutkijat julkaisivat löytönsä Nature-lehdessä 25. huhtikuuta 1953. Kymmenen vuotta myöhemmin hänelle ja Maurice Wilkinsille myönnettiin Nobelin biologiapalkinto (Rosalind Franklin kuoli vuonna 1958 syöpään 37-vuotiaana).
”Nyt, yli puoli vuosisataa myöhemmin, voimme todeta, että DNA: n rakenteen löytämisellä oli sama rooli biologian kehityksessä kuin atomin ytimen löytämisellä fysiikassa. Atomin rakenteen selvittäminen johti uuden, kvanttifysiikan syntyyn, ja DNA: n rakenteen löytäminen johti uuden, molekyylibiologian syntyyn,”kirjoittaa Maxim Frank-Kamenetsky, erinomainen geneetikko, DNA-tutkija, tärkeimmän molekyylin kirjoittaja.
Geneettinen koodi
Nyt oli jäljellä miten tämä molekyyli toimii. Oli tiedossa, että DNA sisältää ohjeet sellaisten soluproteiinien synteesille, jotka tekevät kaiken työn solussa. Proteiinit ovat polymeerejä, jotka koostuvat toistuvista aminohappojen sarjoista (sekvensseistä). Lisäksi on vain kaksikymmentä aminohappoa. Eläinlajit eroavat toisistaan solujen proteiinijoukon, toisin sanoen aminohappojen eri sekvenssien avulla. Genetiikka väitti, että nämä sekvenssit antavat geenit, joiden uskottiin sitten olevan elämän ensimmäisiä rakennuspalikoita. Mutta mitä geenit olivat, kukaan ei tiennyt tarkalleen.
Big Bang -teorian kirjoittaja, fyysikko Georgy Gamov, George Washingtonin yliopiston (USA) työntekijä, teki sen selväksi. Watsonin ja Crickin kaksijuosteisen DNA-heliksin mallin perusteella hän ehdotti, että geeni on DNA-pala, ts. Tietty linkkisekvenssi - nukleotidit. Koska jokainen nukleotidi on yksi neljästä typpipohjaisesta emäksestä, sinun täytyy vain selvittää, kuinka nämä neljä alkuainetta koodaavat kaksikymmentä. Tämä oli idea geneettisen koodin taustalla.
1960-luvun alkupuolella todettiin, että proteiinit syntetisoitiin ribosomien aminohapoista - eräänlaisista "tehtaista" solun sisällä. Proteiinisynteesin aloittamiseksi entsyymi lähestyy DNA: ta, tunnistaa tietyn kohdan geenin alussa, syntetisoi kopion geenistä pienen RNA: n muodossa (sitä kutsutaan templaatiksi), sitten kasvatetaan proteiini ribosomin aminohapoista.
He saivat myös selville, että geneettinen koodi on kolmikirjaiminen. Tämä tarkoittaa, että kolme nukleotidia vastaa yhtä aminohappoa. Koodin yksikköä kutsuttiin kodoniksi. Ribosomissa mRNA: n tiedot luetaan kodonina kodonilla, peräkkäin. Ja kukin niistä vastaa useita aminohappoja. Miltä salaus näyttää?
Marshall Nirenberg ja Heinrich Mattei Yhdysvalloista vastasivat tähän kysymykseen. Vuonna 1961 he esittelivät tuloksensa ensimmäistä kertaa biokemiallisessa kongressissa Moskovassa. Vuoteen 1967 mennessä geneettinen koodi oli purettu kokonaan. Se osoittautui universaaliksi kaikkien organismien kaikille soluille, joilla oli kauaskantoisia vaikutuksia tieteeseen.
DNA: n rakenteen ja geneettisen koodin löytäminen on suunnannut biologisen tutkimuksen kokonaan. Se, että jokaisella yksilöllä on ainutlaatuinen DNA-sekvenssi, on muuttanut perusteellisesti oikeuslääketiedettä. Ihmisgenomin purkaminen on antanut antropologeille aivan uuden menetelmän lajien evoluution tutkimiseksi. Äskettäin keksitty DNA-toimittaja CRISPR-Cas on edennyt geenitekniikassa paljon eteenpäin. Ilmeisesti tämä molekyyli varastoi ratkaisun ihmiskunnan kiireellisimpiin ongelmiin: syöpään, geneettisiin sairauksiin, ikääntymiseen.
Tatjana Pichugina