For nøyaktig 65 år siden publiserte de britiske forskerne James Watson og Francis Crick en artikkel om dechiffrering av DNA-strukturen og la grunnlaget for en ny vitenskap - molekylærbiologi. Denne oppdagelsen har endret seg mye i menneskehetens liv. RIA Novosti snakker om egenskapene til DNA-molekylet og hvorfor det er så viktig.
I andre halvdel av 1800-tallet var biologi en veldig ung vitenskap. Forskere var akkurat i gang med å studere cellen, og begrepet arvelighet, selv om de allerede var formulert av Gregor Mendel, fikk ikke bred anerkjennelse.
Våren 1868 kom en ung sveitsisk lege, Friedrich Miescher, til universitetet i Tübingen (Tyskland) for å gjøre vitenskapelig arbeid. Han hadde tenkt å finne ut hvilke stoffer cellen består av. For eksperimenter valgte jeg leukocytter, som er enkle å få fra pus.
Ved å skille kjernen fra protoplasma, proteiner og fett, oppdaget Miescher en forbindelse med høyt fosforinnhold. Han kalte dette molekylet kjernen ("kjernen" på latin er kjernen).
Denne forbindelsen viste sure egenskaper, og derfor ble uttrykket "nukleinsyre" myntet. Dets prefiks deoxyribo betyr at molekylet inneholder H-grupper og sukker. Da viste det seg at det faktisk var salt, men navnet ble ikke endret.
På begynnelsen av 1900-tallet visste forskere allerede at nuklein er en polymer (det vil si et veldig langt fleksibelt molekyl med gjentagende enheter), enhetene er sammensatt av fire nitrogenholdige baser (adenin, timin, guanin og cytosin), og kjernen er inneholdt i kromosomer - kompakte strukturer som oppstå i delende celler. Evnen til å overføre arvelige egenskaper ble demonstrert av den amerikanske genetikeren Thomas Morgan i eksperimenter med fruktfluer.
DNA-struktur.
Salgsfremmende video:
Modellen som forklarte gener
Men hva deoksyribonukleinsyre, eller DNA for kort, gjør i cellekjernen, ble ikke forstått på lenge. Det ble antatt å spille en slags strukturell rolle i kromosomer. Arvenehetene - gener - ble tilskrevet protein-naturen. Gjennombruddet ble gjort av den amerikanske forskeren Oswald Avery, som eksperimentelt beviste at genetisk materiale overføres fra bakterier til bakterier gjennom DNA.
Det ble klart at DNA måtte studeres. Men hvordan? På den tiden var det bare røntgenbilder tilgjengelig for forskere. For å skinne biologiske molekyler gjennom dem, måtte de krystallisere seg, og dette er vanskelig. Å dechiffrere strukturen til proteinmolekyler ved røntgendiffraksjonsmønstre ble utført ved Cavendish Laboratory (Cambridge, Storbritannia). Unge forskere James Watson og Francis Crick som jobbet der, hadde ikke egne eksperimentelle data på DNA, så de brukte røntgenbilder av kolleger fra King's College Maurice Wilkins og Rosalind Franklin.
Watson og Crick foreslo en modell av strukturen til DNA som nøyaktig stemmer overens med røntgenstrålediffraksjonsmønstrene: to parallelle tråder er vridd inn i en høyre spiral. Hver kjede er brettet av et vilkårlig sett med nitrogenholdige baser, trukket på ryggraden i sukker og fosfater, og holdt av hydrogenbindinger som er strukket mellom basene. Videre kombinerer adenin bare med timin, og guanin - med cytosin. Denne regelen kalles komplementaritetsprinsippet.
Watson og Crick-modellen forklarte de fire viktigste funksjonene til DNA: replikasjon av genetisk materiale, dets spesifisitet, lagring av informasjon i et molekyl og dens evne til å mutere.
Forskerne publiserte oppdagelsen sin i tidsskriftet Nature 25. april 1953. Ti år senere ble han og Maurice Wilkins tildelt Nobelprisen i biologi (Rosalind Franklin døde i 1958 av kreft i en alder av 37).
Nå, mer enn et halvt århundre senere, kan vi slå fast at oppdagelsen av strukturen til DNA spilte den samme rollen i utviklingen av biologien som oppdagelsen av atomkjernen i fysikken. Belyningen av atomets struktur førte til fødselen av en ny, kvantefysikk, og oppdagelsen av DNA-strukturen førte til fødselen av en ny, molekylærbiologi,”skriver Maxim Frank-Kamenetsky, en fremragende genetiker, DNA-forsker, forfatter av boken The Most Most Molecule.
Genetisk kode
Nå gjensto det for å finne ut hvordan dette molekylet fungerer. Det var kjent at DNA inneholder instruksjoner for syntese av celleproteiner som gjør alt arbeidet i cellen. Proteiner er polymerer som består av repeterende sett (sekvenser) av aminosyrer. Dessuten er det bare tjue aminosyrer. Dyrearter skiller seg fra hverandre i settet med proteiner i celler, det vil si i forskjellige sekvenser av aminosyrer. Genetikk hevdet at disse sekvensene er gitt av gener, som da ble antatt å være de første byggesteinene i livet. Men hva genene var, visste ingen nøyaktig.
Forfatteren av Big Bang-teorien, fysiker Georgy Gamov, ansatt ved George Washington University (USA), gjorde det klart. Basert på modellen til den dobbeltstrengede DNA-heliksen av Watson og Crick, foreslo han at et gen er et stykke DNA, det vil si en viss sekvens av koblinger - nukleotider. Siden hvert nukleotid er en av fire nitrogenholdige baser, trenger du bare å finne ut hvordan de fire elementene koder for tjue. Dette var ideen bak den genetiske koden.
På begynnelsen av 1960-tallet ble det slått fast at proteiner syntetiseres fra aminosyrer i ribosomer - en slags "fabrikker" inne i cellen. For å begynne proteinsyntese, nærmer et enzym DNA seg, gjenkjenner et spesifikt sted i begynnelsen av genet, syntetiserer en kopi av genet i form av et lite RNA (det kalles en mal), deretter dyrkes et protein fra aminosyrer i ribosomet.
De fant også ut at den genetiske koden er tre bokstaver. Dette betyr at tre nukleotider tilsvarer en aminosyre. Enhetens kode ble kalt et kodon. I ribosomet blir informasjon fra mRNA lest kodon for kodon, i rekkefølge. Og hver av dem tilsvarer flere aminosyrer. Hvordan ser chifferen ut?
Marshall Nirenberg og Heinrich Mattei fra USA svarte på dette spørsmålet. I 1961 presenterte de resultatene for første gang på en biokjemisk kongress i Moskva. I 1967 var den genetiske koden fullstendig dekodet. Det viste seg å være universelt for alle celler i alle organismer, noe som hadde vidtrekkende konsekvenser for vitenskapen.
Oppdagelsen av strukturen til DNA og den genetiske koden har omorganisert biologisk forskning fullstendig. At hvert individ har en unik DNA-sekvens har grunnleggende endret rettsmedisinske vitenskap. Å dechiffrere det menneskelige genomet har gitt antropologer en helt ny metode for å studere utviklingen av artene våre. Den nylig oppfunnet DNA-redaktøren CRISPR-Cas har tatt genteknologi mye frem. Tilsynelatende lagrer dette molekylet løsningen på menneskehetens mest presserende problemer: kreft, genetiske sykdommer, aldring.
Tatiana Pichugina
