დღეს ძნელად ვინმეს გააკვირვებს ისეთი ცნებები, როგორიცაა მემკვიდრეობა, გენომი, დნმ, ნუკლეოტიდები. ყველამ იცის დნმ-ის ორმაგი სპირალის შესახებ და რომ სწორედ ის არის პასუხისმგებელი ორგანიზმის ყველა ნიშნის ფორმირებაზე. მაგრამ ყველამ არ იცის მისი სტრუქტურისა და ჩარგაფის ძირითადი წესების დაქვემდებარების პრინციპების შესახებ.
ნაწყენი ბიოლოგი
მეოცე საუკუნეში გამოჩენილის ტიტული არც თუ ისე ბევრ აღმოჩენას ენიჭება. მაგრამ ბუკოვინადან (ჩერნივცი, უკრაინა) ერვინ ჩარგაფის (1905-2002) აღმოჩენები უდავოდ ერთ-ერთი მათგანია. მიუხედავად იმისა, რომ მას არ მიუღია ნობელის პრემია, მას სიცოცხლის ბოლომდე სჯეროდა, რომ ჯეიმს უოტსონმა და ფრენსის კრიკმა მოიპარეს მისი იდეა დნმ-ის ორჯაჭვიანი სპირალური სტრუქტურის შესახებ და მისი ნობელის პრემია.
პოლონეთის, გერმანიის, აშშ-სა და საფრანგეთის უნივერსიტეტები ამაყობენ იმით, რომ ეს გამორჩეული ბიოქიმიკოსი ასწავლის იქ. ჩარგაფის დნმ-ის ფუნდამენტური წესების გარდა, ის ცნობილია კიდევ ერთით - ოქროს წესით. ასე ეძახიან ბიოლოგები. ე. ჩარგაფის ოქროს წესი კი ასე ჟღერს: „მეცნიერული მოდელების ერთ-ერთი ყველაზე მზაკვრული და ბოროტი თვისება.არის მათი ტენდენცია რეალობის ხელში ჩაგდებისა და ზოგჯერ ჩანაცვლებისკენ“. მარტივი სიტყვებით, ეს ნიშნავს - ნუ უთხარით ბუნებას რა უნდა გააკეთოს და ის არ გეტყვით სად უნდა წახვიდეთ ყველა თქვენი პრეტენზიით. ბევრი ახალგაზრდა მეცნიერისთვის ერვინ ჩარგაფის ეს წესი სამეცნიერო კვლევის ერთგვარ დევიზი გახდა.
აკადემიური საფუძვლები
გაიხსენეთ ძირითადი ფუნდამენტური ცნებები, რომლებიც აუცილებელია შემდეგი ტექსტის გასაგებად.
გენომი - მოცემული ორგანიზმის მთელი მემკვიდრეობითი მასალის მთლიანობა.
მონომერები ქმნიან პოლიმერებს - სტრუქტურულ ერთეულებს, რომლებიც გაერთიანებულია მაღალმოლეკულური ორგანული მოლეკულების წარმოქმნით.
ნუკლეოტიდები - ადენინი, გუანინი, თიმინი და ციტოზინი - დნმ-ის მოლეკულის მონომერები, ორგანული მოლეკულები, რომლებიც წარმოიქმნება ფოსფორის მჟავით, ნახშირწყლები 5 ნახშირბადის ატომით (დეოქსირიბოზა ან რიბოზა) და პურინი (ადენინი და გუანინინი ანციტი) და თიმინი) ნიადაგი.
დნმ - დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, ორგანიზმების მემკვიდრეობის საფუძველი, არის ორმაგი სპირალი, რომელიც წარმოიქმნება ნუკლეოტიდებისგან ნახშირწყლების კომპონენტით - დეოქსირიბოზა. რნმ - რიბონუკლეინის მჟავა, განსხვავდება დნმ-ისგან ნუკლეოტიდებში რიბოზის ნახშირწყლების არსებობით და თიმინის ურაცილით ჩანაცვლებით.
როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი
ნიუ-იორკის კოლუმბიის უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფი, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ე. ჩარგაფი 1950-1952 წლებში, ეწეოდა დნმ-ის ქრომატოგრაფიას. უკვე ცნობილი იყო, რომ იგი შედგება ოთხი ნუკლეოტიდისგან, მაგრამ მისი ხვეული სტრუქტურის შესახებ ჯერ არავინ იცოდა.იცოდა. მრავალმა კვლევამ აჩვენა. რომ დნმ-ის მოლეკულაში პურინის ფუძეების რაოდენობა უდრის პირიმიდინის ფუძეების რაოდენობას. უფრო ზუსტად, თიმინის რაოდენობა ყოველთვის უდრის ადენინის რაოდენობას, ხოლო გუანინის რაოდენობა ციტოზინის რაოდენობას შეესაბამება. აზოტოვანი ფუძეების ეს თანასწორობა არის ჩარგაფის წესი დეზოქსირიბონუკლეინისა და რიბონუკლეინის მჟავებისთვის.
მნიშვნელობა ბიოლოგიაში
სწორედ ეს წესი გახდა საფუძველი, რომლითაც უოტსონი და კრიკი ხელმძღვანელობდნენ დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის გამოყვანისას. ბურთების, მავთულხლართებისა და ფიგურების ორჯაჭვიანი ხვეული გრეხილი მოდელი ხსნიდა ამ თანასწორობას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩარგაფის წესებია, რომ თიმინი ერწყმის ადენინს და გუანინი ციტოზინს. სწორედ ნუკლეოტიდების ეს თანაფარდობა იდეალურად ჯდება უოტსონისა და კრიკის მიერ შემოთავაზებულ დნმ-ის სივრცულ მოდელში. დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულის სტრუქტურის აღმოჩენამ აიძულა მეცნიერება აღმოეჩინა უფრო ფართო დონე: ცვალებადობისა და მემკვიდრეობის პრინციპები, დნმ-ის ბიოლოგიური სინთეზი, ევოლუციის ახსნა და მისი მექანიზმები მოლეკულურ დონეზე.
ჩარგაფის წესები მათი სუფთა სახით
თანამედროვე მეცნიერება აყალიბებს ამ ფუნდამენტურ დებულებებს შემდეგი სამი პოსტულატით:
- ადენინის რაოდენობა შეესაბამება თიმინის რაოდენობას, ხოლო ციტოზინი გუანინს: A=T და G=C.
- პურინების რაოდენობა ყოველთვის უდრის პირიმიდინების რაოდენობას: A + G=T + C.
- ნუკლეოტიდების რაოდენობა, რომლებიც შეიცავს პირიმიდინს მე-4 და მე-6 პოზიციაზეპურინის ფუძეები, უდრის ნუკლეოტიდების რაოდენობას, რომლებიც შეიცავენ ოქსო ჯგუფებს იმავე პოზიციებზე: A + G \u003d C + T.
1990-იან წლებში, თანმიმდევრობის ტექნოლოგიების აღმოჩენით (ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის განსაზღვრა გრძელ მონაკვეთებში), დადასტურდა ჩარგაფის დნმ-ის წესები.
ბავშვთა თავის ტკივილი
უმაღლეს სკოლაში და უნივერსიტეტებში მოლეკულური ბიოლოგიის შესწავლა აუცილებლად მოიცავს ჩარგაფის წესით ამოცანების გადაჭრას. ისინი მხოლოდ ამ ამოცანებს უწოდებენ დნმ-ის მეორე ჯაჭვის აგებას, რომელიც დაფუძნებულია კომპლემენტარობის პრინციპზე (პურინის და პირიმიდინის ნუკლეოტიდების სივრცითი კომპლემენტარულობა). მაგალითად, მდგომარეობა იძლევა ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობას ერთ ჯაჭვში - AAGCTAT. მოსწავლეს ან სტუდენტს მოეთხოვება მეორე ჯაჭვის რეკონსტრუქცია დნმ-ის მატრიცის ჯაჭვისა და ჩარგაფის პირველი წესის საფუძველზე. პასუხი იქნება: GGATCGTS.
სხვა ტიპის დავალება გვთავაზობს დნმ-ის მოლეკულის წონის გამოთვლას, ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის ცოდნას ერთ ჯაჭვში და ნუკლეოტიდების სპეციფიკური სიმძიმის ცოდნას. ჩარგაფის ბიოლოგიის პირველი წესი ფუნდამენტურად ითვლება მოლეკულური ბიოქიმიისა და გენეტიკის საფუძვლების გასაგებად.
მეცნიერებისთვის ყველაფერი ასე მარტივი არ არის
E. ჩარგაფმა განაგრძო დნმ-ის შემადგენლობის შესწავლა და პირველი კანონის აღმოჩენიდან 16 წლის შემდეგ მან მოლეკულა ორ ცალკეულ ძაფად დაყო და დაადგინა, რომ ფუძეების რაოდენობა ზუსტად არ არის თანაბარი, მაგრამ მხოლოდ დაახლოებით. ეს ჩარგაფის მეორე წესია: ცალკედეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის ჯაჭვები, ადენინის რაოდენობა დაახლოებით ტოლია თიმინის რაოდენობას, ხოლო გუანინი - ციტოზინს.
თანასწორობის დარღვევა გაანალიზებული მონაკვეთის სიგრძის პირდაპირპროპორციული აღმოჩნდა. სიზუსტე შენარჩუნებულია 70-100 ათასი ბაზის წყვილის სიგრძეზე, მაგრამ ასობით ბაზის წყვილის სიგრძეზე და ნაკლები, ის აღარ არის დაცული. რატომ არის ზოგიერთ ორგანიზმში გუანინ-ციტოზინის პროცენტი უფრო მაღალი ვიდრე ადენინ-თიმინის პროცენტი, ან პირიქით, მეცნიერებას ჯერ არ განუმარტავს. მართლაც, ორგანიზმების ჩვეულებრივ გენომებში ნუკლეოტიდების თანაბარი განაწილება უფრო გამონაკლისია, ვიდრე წესი.
დნმ არ ამხელს თავის საიდუმლოებებს
გენომის თანმიმდევრობის ტექნიკის შემუშავებით, აღმოჩნდა, რომ დნმ-ის ერთი ჯაჭვი შეიცავს დაახლოებით იგივე რაოდენობის დამატებით ერთ ნუკლეოტიდებს, ბაზის წყვილებს (დინუკლეოტიდებს), ტრინუკლეოტიდებს და ასე შემდეგ - ოლიგონუკლეოტიდამდე (სექციები 10-20 ნუკლეოტიდი). ყველა ცნობილი ცოცხალი ორგანიზმის გენომი ემორჩილება ამ წესს, ძალიან მცირე გამონაკლისების გარდა.
ამგვარად, ორმა ბრაზილიელმა მეცნიერმა - ბიოლოგმა მაიკლ იამაგიშიმ და მათემატიკოსმა რობერტო ჰერაიმ - გამოიყენეს სიმრავლეების თეორია, რათა გაეანალიზებინათ ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები, რომლებიც აუცილებელია ჩარგაფის წესამდე მისასვლელად. მათ მიიღეს ოთხი კომპლექტი განტოლება და გამოსცადეს ცნობილი სახეობის 32 გენომი. და აღმოჩნდა, რომ ფრაქტალის მსგავსი ნიმუშები შეესაბამება სახეობების უმეტესობას, მათ შორის E. coli-ს, მცენარეებსა და ადამიანებს. მაგრამ ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსი და პარაზიტული ბაქტერია, რომელიც იწვევს სწრაფ გაფუჭებასზეთისხილის ხეები, საერთოდ არ დაემორჩილოთ ჩარგაფის მმართველობის კანონებს. რატომ? პასუხი ჯერ არ არის.
ბიოქიმიკოსები, ევოლუციური ბიოლოგები, ციტოლოგები და გენეტიკოსები კვლავ ებრძვიან დნმ-ის საიდუმლოებებს და მემკვიდრეობის მექანიზმებს. მიუხედავად თანამედროვე მეცნიერების მიღწევებისა, კაცობრიობა შორს არის სამყაროს ამოხსნისგან. ჩვენ დავძლიეთ გრავიტაცია, ავითვისეთ გარე სივრცე, ვისწავლეთ როგორ შევცვალოთ გენომები და განვსაზღვროთ ნაყოფის პათოლოგია ემბრიონის განვითარების ადრეულ ეტაპზე. მაგრამ ჩვენ ჯერ კიდევ შორს ვართ ბუნების ყველა მექანიზმის გაგებისაგან, რომელსაც ის ქმნიდა მილიარდობით წლის განმავლობაში პლანეტა დედამიწაზე.
