Hoy en día, casi nadie se sorprenderá con conceptos como herencia, genoma, ADN, nucleótidos. Todo el mundo sabe acerca de la doble hélice del ADN y que es ella la responsable de la formación de todos los signos de un organismo. Pero no todos conocen los principios de su estructura y subordinación a las reglas básicas de Chargaff.
Biólogo ofendido
No muchos descubrimientos reciben el título de destacados en el siglo XX. Pero los descubrimientos de Erwin Chargaff (1905-2002), natural de Bucovina (Chernivtsi, Ucrania), son sin duda uno de ellos. Aunque no recibió un premio Nobel, creyó hasta el final de sus días que James Watson y Francis Crick le robaron su idea de la estructura helicoidal de doble cadena del ADN y su premio Nobel.
Las universidades de Polonia, Alemania, EE. UU. y Francia se enorgullecen de tener a este destacado bioquímico enseñando allí. Además de las reglas fundamentales de Chargaff para el ADN, es conocido por otra: la regla de oro. Así lo llaman los biólogos. Y la regla de oro de E. Chargaff suena así: “Una de las propiedades más insidiosas y nefastas de los modelos científicoses su tendencia a apoderarse, y a veces suplantar, la realidad . En términos simples, esto significa: no le digas a la naturaleza qué hacer, y ella no te dirá a dónde debes ir con todas tus afirmaciones. Para muchos jóvenes científicos, esta regla de Erwin Chargaff se ha convertido en una especie de lema de la investigación científica.
Fundamentos académicos
Recuerda los conceptos básicos fundamentales necesarios para la comprensión del siguiente texto.
Genoma: la totalidad de todo el material hereditario de un organismo dado.
Los monómeros forman polímeros, unidades estructurales que se combinan para formar moléculas orgánicas de alto peso molecular.
Nucleótidos - adenina, guanina, timina y citosina - monómeros de la molécula de ADN, moléculas orgánicas formadas por ácido fosfórico, un carbohidrato de 5 átomos de carbono (desoxirribosa o ribosa) y purina (adenina y guanina) o pirimidina (citosina y timina) molido.
ADN: el ácido desoxirribonucleico, la base de la herencia de los organismos, es una doble hélice formada por nucleótidos con un componente carbohidrato: la desoxirribosa. ARN - ácido ribonucleico, se diferencia del ADN en la presencia de carbohidrato de ribosa en los nucleótidos y en la sustitución de la timina por uracilo.
Cómo empezó todo
Un grupo de científicos de la Universidad de Columbia en Nueva York, encabezado por E. Chargaff en 1950-1952, se dedicaba a la cromatografía de ADN. Ya se sabía que consta de cuatro nucleótidos, pero nadie ha sabido aún de su estructura helicoidal.supo. Múltiples estudios lo han demostrado. Que en una molécula de ADN el número de bases púricas es igual al número de bases pirimidínicas. Más precisamente, la cantidad de timina siempre es igual a la cantidad de adenina, y la cantidad de guanina corresponde a la cantidad de citosina. Esta igualdad de bases nitrogenadas es la regla de Chargaff para los ácidos desoxirribonucleico y ribonucleico.
Significado en biología
Fue esta regla la que se convirtió en la base sobre la cual se guiaron Watson y Crick al derivar la estructura de la molécula de ADN. Su modelo de bolas, alambres y figurillas retorcidos helicoidalmente de doble hebra explicaba esta igualdad. En otras palabras, las reglas de Chargaff son que la timina se combina con la adenina y la guanina se combina con la citosina. Fue esta proporción de nucleótidos la que encajaba idealmente en el modelo espacial de ADN propuesto por Watson y Crick. El descubrimiento de la estructura de la molécula de ácido desoxirribonucleico llevó a la ciencia a descubrir un nivel más amplio: los principios de variabilidad y herencia, la síntesis biológica del ADN, la explicación de la evolución y sus mecanismos a nivel molecular.
Las reglas de Chargaff en estado puro
La ciencia moderna formula estas disposiciones fundamentales con los siguientes tres postulados:
- La cantidad de adenina corresponde a la cantidad de timina, y la de citosina a la de guanina: A=T y G=C.
- La cantidad de purinas siempre es igual a la cantidad de pirimidinas: A + G=T + C.
- El número de nucleótidos que contienen pirimidina en la posición 4 y 6bases de purina, es igual al número de nucleótidos que contienen grupos oxo en las mismas posiciones: A + G \u003d C + T.
En la década de 1990, con el descubrimiento de las tecnologías de secuenciación (determinación de la secuencia de nucleótidos en secciones largas), se confirmaron las reglas del ADN de Chargaff.
Dolor de cabeza infantil
En la escuela secundaria y en las universidades, el estudio de la biología molecular implica necesariamente resolver problemas sobre la regla de Chargaff. Llaman a estas tareas únicamente la construcción de una segunda cadena de ADN basada en el principio de complementariedad (complementariedad espacial de los nucleótidos de purina y pirimidina). Por ejemplo, la condición da la secuencia de nucleótidos en una cadena: AAGCTAT. Se requiere que el alumno o estudiante reconstruya la segunda hebra basándose en la hebra de matriz de ADN y la primera regla de Chargaff. La respuesta será: GGATCGTS.
Otro tipo de tarea sugiere calcular el peso de una molécula de ADN, conocer la secuencia de nucleótidos en una cadena y la gravedad específica de los nucleótidos. La primera regla de biología de Chargaff se considera fundamental para comprender los conceptos básicos de la bioquímica molecular y la genética.
Para la ciencia, no todo es tan simple
E. Chargaff continuó estudiando la composición del ADN y 16 años después del descubrimiento de la primera ley, dividió la molécula en dos hebras separadas y descubrió que el número de bases no es exactamente igual, sino aproximadamente. Esta es la segunda regla de Chargaff: en un apartehebras de ácido desoxirribonucleico, la cantidad de adenina es aproximadamente igual a la cantidad de timina y guanina - a la citosina.
Las violaciones de la igualdad resultaron ser directamente proporcionales a la longitud de la sección analizada. La precisión se mantiene en una longitud de 70-100 mil pares de bases, pero en longitudes de cientos de pares de bases y menos, ya no se conserva. Por qué en algunos organismos el porcentaje de guanina-citosina es mayor que el de adenina-timina, o viceversa, la ciencia aún no lo ha explicado. De hecho, en los genomas ordinarios de los organismos, una distribución equitativa de nucleótidos es más una excepción que una regla.
El ADN no revela sus secretos
Con el desarrollo de las técnicas de secuenciación del genoma, se descubrió que una sola hebra de ADN contiene aproximadamente la misma cantidad de nucleótidos, pares de bases (dinucleótidos), trinucleótidos, etc. complementarios, hasta oligonucleótidos (secciones de 10-20 nucleótidos). Los genomas de todos los organismos vivos conocidos obedecen esta regla, con muy pocas excepciones.
Así, dos científicos brasileños, el biólogo Michael Yamagishi y el matemático Roberto Herai, utilizaron la teoría de conjuntos para analizar las secuencias de nucleótidos necesarias para llegar a la regla de Chargaff. Derivaron cuatro ecuaciones establecidas y probaron 32 genomas de especies conocidas. Y resultó que los patrones de tipo fractal son ciertos para la mayoría de las especies, incluidas E. coli, plantas y humanos. Pero el virus de la inmunodeficiencia humana y una bacteria parasitaria que causa el marchitamiento rápidoolivos, no obedezcan en absoluto las leyes del gobierno de Chargaff. ¿Por qué? Aún no hay respuesta.
Bioquímicos, biólogos evolutivos, citólogos y genetistas siguen luchando con los misterios del ADN y los mecanismos de la herencia. A pesar de los logros de la ciencia moderna, la humanidad está lejos de desentrañar el universo. Superamos la gravedad, dominamos el espacio exterior, aprendimos cómo cambiar genomas y determinar la patología del feto en las primeras etapas del desarrollo del embrión. Pero todavía estamos lejos de comprender todos los mecanismos de la naturaleza que ha estado creando durante miles de millones de años en el planeta Tierra.
