Přesně před 65 lety publikovali britští vědci James Watson a Francis Crick článek o dešifrování struktury DNA a položili základy nové vědy - molekulární biologie. Tento objev se v životě lidstva hodně změnil. RIA Novosti hovoří o vlastnostech molekuly DNA a proč je tak důležitá.
Ve druhé polovině 19. století byla biologie velmi mladá věda. Vědci teprve začínali studovat buňku a koncept dědičnosti, ačkoli je již formuloval Gregor Mendel, nedostal široké uznání.
Na jaře 1868 přišel na univerzitu v Tübingenu (Německo) mladý švýcarský lékař Friedrich Miescher, aby se věnoval vědecké práci. Měl v úmyslu zjistit, z jakých látek buňka obsahuje. Pro experimenty jsem vybral leukocyty, které se snadno získají z hnisu.
Oddělením jádra od protoplazmy, bílkovin a tuků objevil Miescher sloučeninu s vysokým obsahem fosforu. Nazval tento molekulární nuklein („jádro“v latině je jádro).
Tato sloučenina vykazovala kyselé vlastnosti, proto byl vytvořen termín "nukleová kyselina". Jeho předpona deoxyribo znamená, že molekula obsahuje H skupiny a cukry. Pak se ukázalo, že to ve skutečnosti byla sůl, ale název se nezměnil.
Na začátku 20. století vědci již věděli, že nuklein je polymer (tj. Velmi dlouhá flexibilní molekula opakujících se jednotek), jednotky se skládají ze čtyř dusíkatých bází (adenin, thymin, guanin a cytosin) a nuklein je obsažen v chromozomech - kompaktních strukturách, které vznikají v dělících se buňkách. Jejich schopnost přenášet dědičné rysy prokázal americký genetik Thomas Morgan v experimentech na ovocných muškách.
Struktura DNA.
Propagační video:
Model, který vysvětlil geny
Ale to, co kyselina deoxyribonukleová nebo zkráceně DNA dělá v buněčném jádru, nebylo dlouho pochopeno. Předpokládalo se, že v chromozomech hraje nějakou strukturální roli. Jednotky dědičnosti - geny - byly připisovány proteinové povaze. Průlom byl proveden americkým vědcem Oswaldem Averym, který experimentálně dokázal, že genetický materiál je přenášen z bakterií na bakterie prostřednictvím DNA.
Ukázalo se, že je třeba studovat DNA. Ale jak? V té době byly vědcům k dispozici pouze rentgenové paprsky. Aby se přes ně leskly biologické molekuly, musely krystalizovat, a to je obtížné. Rozdělení struktury proteinových molekul rentgenovou difrakcí bylo provedeno v laboratoři Cavendish (Cambridge, Velká Británie). Mladí vědci James Watson a Francis Crick, kteří tam pracovali, neměli vlastní experimentální údaje o DNA, takže použili rentgenové snímky kolegů z King's College Maurice Wilkins a Rosalind Franklin.
Watson a Crick navrhli model struktury DNA, který přesně odpovídá rentgenovým difrakčním obrazcům: dva paralelní prameny jsou stočeny do pravé spirály. Každý řetězec je složen libovolnou sadou dusíkatých bází, navlečenou na páteři svých cukrů a fosfátů a držených vodíkovými vazbami napnutými mezi bázemi. Navíc se adenin kombinuje pouze s thyminem a guaninem - s cytosinem. Toto pravidlo se nazývá princip komplementarity.
Watsonův a Crickův model vysvětlil čtyři hlavní funkce DNA: replikace genetického materiálu, jeho specifičnost, ukládání informací v molekule a jeho schopnost mutovat.
Vědci publikovali svůj objev v časopise Nature 25. dubna 1953. O deset let později získal on a Maurice Wilkins Nobelovu cenu za biologii (Rosalind Franklinová zemřela v roce 1958 na rakovinu ve věku 37 let).
"Nyní, o více než půl století později, můžeme konstatovat, že objev struktury DNA hrál ve vývoji biologie stejnou roli jako objev atomového jádra ve fyzice." Objasnění struktury atomu vedlo k zrození nové kvantové fyziky a objev struktury DNA vedl k zrození nové molekulární biologie, “píše Maxim Frank-Kamenetsky, vynikající genetik, výzkumník DNA, autor nejdůležitější molekuly.
Genetický kód
Nyní zbývalo zjistit, jak tato molekula funguje. Bylo známo, že DNA obsahuje pokyny pro syntézu buněčných proteinů, které provádějí veškerou práci v buňce. Proteiny jsou polymery vytvořené z opakujících se sad (sekvencí) aminokyselin. Navíc existuje pouze dvacet aminokyselin. Živočišné druhy se navzájem liší v sadě proteinů v buňkách, tj. V různých sekvencích aminokyselin. Genetika argumentovala, že tyto sekvence jsou dány geny, které byly tehdy považovány za první stavební kameny života. Ale jaké geny byly, nikdo přesně nevěděl.
Objasnil to autor teorie velkého třesku, fyzik Georgy Gamov, zaměstnanec Univerzity George Washingtona (USA). Na základě modelu dvouvláknové spirály DNA od Watsona a Cricka, on navrhl, že gen je kus DNA, to je, určitá posloupnost odkazů - nukleotidy. Protože každý nukleotid je jednou ze čtyř dusíkatých bází, stačí zjistit, jak čtyři prvky kódují dvacet. To byla myšlenka genetického kódu.
Počátkem šedesátých let bylo zjištěno, že proteiny jsou syntetizovány z aminokyselin v ribozomech, což je druh „továren“uvnitř buňky. Pro zahájení syntézy proteinu enzym přistupuje k DNA, rozpoznává specifické místo na začátku genu, syntetizuje kopii genu ve formě malé RNA (nazývá se templát), potom se protein pěstuje z aminokyselin v ribozomu.
Zjistili také, že genetický kód je třípísmenný. To znamená, že tři nukleotidy odpovídají jedné aminokyselině. Jednotka kódu se nazývala kodon. V ribozomu se informace z mRNA čte kodon po kodonu postupně. A každá z nich odpovídá několika aminokyselinám. Jak vypadá šifra?
Na tuto otázku odpověděli Marshall Nirenberg a Heinrich Mattei z USA. V roce 1961 poprvé představili své výsledky na biochemickém kongresu v Moskvě. V roce 1967 byl genetický kód úplně dekódován. Ukázalo se, že je univerzální pro všechny buňky všech organismů, což mělo dalekosáhlé důsledky pro vědu.
Objev struktury DNA a genetického kódu zcela přeorientoval biologický výzkum. Skutečnost, že každý jedinec má jedinečnou sekvenci DNA, zásadně změnila forenzní vědu. Rozluštění lidského genomu dalo antropologům zcela novou metodu studia vývoje našeho druhu. Nedávno vynalezený editor DNA CRISPR-Cas posunul genetické inženýrství kupředu. Tato molekula zřejmě ukládá řešení nejnaléhavějších problémů lidstva: rakovina, genetická onemocnění, stárnutí.
Tatiana Pichugina