Pontosan 65 évvel ezelőtt, James Watson és Francis Crick brit tudósok egy cikket tettek közzé a DNS szerkezetének megfejtéséről, amely alapot teremtett egy új tudományhoz - a molekuláris biológiához. Ez a felfedezés sokat megváltozott az emberiség életében. A RIA Novosti a DNS-molekula tulajdonságairól és miért olyan fontosról beszél.
A 19. század második felében a biológia nagyon fiatal tudomány volt. A tudósok még csak megkezdték a sejt tanulmányozását, és az öröklődés fogalma, bár Gregor Mendel már megfogalmazta, nem kapott széles körű elismerést.
1868 tavaszán egy fiatal svájci orvos, Friedrich Miescher jött a Tübingen Egyetemre (Németország) tudományos munkát végezni. Meg akarta tudni, hogy mely anyagokból áll a sejt. A kísérletekhez olyan leukocitákat választottam, amelyeket könnyű megszerezni a gennyéből.
A mag elkülönítésével a protoplazmától, fehérjéktől és zsíroktól a Miescher magas foszfortartalmú vegyületet fedezett fel. Ezt a molekula nukleinnek nevezte (latinul a „mag” a nukleusz).
Ez a vegyület savas tulajdonságokkal rendelkezik, ezért a "nukleinsav" kifejezés elkészült. Előtagja, a dezoxiribo azt jelenti, hogy a molekula H csoportokat és cukrokat tartalmaz. Aztán kiderült, hogy valójában só, de a nevét nem változtatták meg.
A 20. század elején a tudósok már tudták, hogy a nuklein polimer (vagyis egy nagyon hosszú, ismétlődő egységek rugalmas molekulája), az egységek négy nitrogénbázisból állnak (adenin, timin, guanin és citozin), és a nuklein kromoszómákban található - kompakt szerkezetek. a megosztó cellákban merülnek fel. Az örökletes tulajdonságok átvitelének képességét Thomas Morgan amerikai genetikus bizonyította a gyümölcslegyekkel végzett kísérletek során.
DNS-szerkezet
Promóciós videó:
A modell, amely magyarázta a géneket
De mi a dezoxiribonukleinsav, vagy röviden a DNS a sejtmagban, a hosszú ideje nem volt ismert. Úgy gondolják, hogy valamilyen strukturális szerepet játszik a kromoszómákban. Az öröklődés egységeit - a géneket - a fehérje természetének tulajdonítottuk. Az áttörést Oswald Avery amerikai kutató végezte, aki kísérletileg bebizonyította, hogy a genetikai anyag a baktériumoktól a baktériumokig terjed a DNS-en keresztül.
Világossá vált, hogy a DNS-t meg kell vizsgálni. De hogyan? Abban az időben a röntgenfelvételek csak a tudósok rendelkezésére álltak. A biológiai molekulák ragyogásához át kellett kristályosodniuk, és ez nehéz. A fehérjemolekulák szerkezetének röntgen-diffrakciós mintázatokkal való megfejtését a Cavendish Laboratory-ban (Cambridge, Egyesült Királyság) végeztük. Az ott dolgozó fiatal kutatók, James Watson és Francis Crick nem rendelkezett saját kísérleti adatokkal a DNS-ről, ezért a király kollégiumának, Maurice Wilkins és Rosalind Franklin kollégáinak a röntgenképeit használta.
Watson és Crick egy olyan DNS-szerkezet modelljét javasolt, amely pontosan megfelel a röntgendiffrakciós mintáknak: két párhuzamos láncot jobb oldali spirálba csavarnak. Mindegyik láncot tetszőlegesen nitrogéntartalmú csoportok hajtják össze, cukrok és foszfátok gerincére fonják fel, és az alapok között megfeszített hidrogénkötések tartják. Sőt, az adenin csak a timinnel, a guanin pedig a citozinnal kombinálódik. Ezt a szabályt a komplementaritás elvének hívják.
A Watson és Crick modell magyarázta a DNS négy fő funkcióját: a genetikai anyag replikációját, specifitását, az információ tárolását egy molekulában és a mutáció képességét.
A tudósok 1953. április 25-én tették közzé felfedezésüket a Nature folyóiratban. Tíz évvel később, ő és Maurice Wilkins megkapta a Nobel biológiai díjat (Rosalind Franklin 1958-ban 37 éves korában meghalt a rákban).
„Most, több mint fél évszázaddal később kijelenthetjük, hogy a DNS szerkezetének felfedezése ugyanolyan szerepet játszott a biológia fejlődésében, mint az atommag felfedezése a fizikában. Az atom szerkezetének tisztázása új, kvantumfizika születését eredményezte, a DNS szerkezetének felfedezése pedig új, molekuláris biológia születését eredményezte.
Genetikai kód
Most meg kellett tudni, hogyan működik ez a molekula. Ismert volt, hogy a DNS utasításokat tartalmaz a celluláris fehérjék szintézisére, amelyek a sejtben minden munkát elvégznek. A fehérjék olyan polimerek, amelyek az ismétlődő aminosavakból (szekvenciákból) állnak össze. Sőt, csak húsz aminosav van. Az állati fajok különböznek egymástól a sejtek fehérjekészletében, azaz az aminosavak különböző szekvenciáiban. A genetikus azt állította, hogy ezeket a szekvenciákat gének adják, amelyekről azt gondoltak, hogy az élet első építőelemei. De mi volt a gének, senki sem tudta pontosan.
A Big Bang elmélet szerzője, Georg Gamov, a fizikus, a George Washington University (USA) alkalmazottja egyértelművé tette. Watson és Crick kettős szálú DNS-spiráljának modellje alapján javasolta, hogy a gén egy DNS-darab, vagyis egy bizonyos sorrend-sorozat - nukleotidok. Mivel minden nukleotid a négy nitrogénbázis egyike, ki kell deríteni, hogy a négy elem hogyan kódolja húszat. Ez volt a gondolat a genetikai kód mögött.
Az 1960-as évek elején megállapítást nyert, hogy a fehérjéket a riboszómákban lévő aminosavakból szintetizálják, egyfajta "gyár" a sejtben. A proteinszintézis megkezdéséhez egy enzim megközelíti a DNS-t, felismeri a gén elején egy specifikus helyet, kis RNS formájában szintetizálja a gén egy példányát (templátnak nevezik), majd a riboszómában lévő aminosavakból fehérjét termelnek.
Azt is kiderítették, hogy a genetikai kód hárombetűs. Ez azt jelenti, hogy három nukleotid felel meg egy aminosavnak. A kód egységét kodonnak hívták. A riboszómában az mRNS-ből származó információt kodononként kodonként olvassa le egymás után. És mindegyik több aminosavnak felel meg. Hogyan néz ki a rejtjel?
Marshall Nirenberg és Heinrich Mattei, az Egyesült Államok válaszoltak erre a kérdésre. 1961-ben először mutatták be eredményeiket egy moszkvai biokémiai kongresszuson. 1967-re a genetikai kódot teljesen dekódolták. Ez kiderült, hogy minden organizmus sejtje számára egyetemes, aminek messzemenő következményei voltak a tudomány számára.
A DNS szerkezetének és a genetikai kód felfedezése teljes mértékben átalakította a biológiai kutatásokat. Az a tény, hogy minden egyénnek egyedi DNS-szekvenciája van, alapvetően megváltoztatta a kriminalisztikai tudományt. Az emberi genom megfejtése az antropológusok számára teljesen új módszert adott a fajunk evolúciójának tanulmányozására. A nemrégiben feltalált CRISPR-Cas DNS-szerkesztő sokat haladt a géntechnika terén. Úgy tűnik, hogy ez a molekula tárolja a megoldást az emberiség legfontosabb problémáira: rák, genetikai betegségek, öregedés.
Tatiana Pichugina