Presne pred 65 rokmi britskí vedci James Watson a Francis Crick uverejnili článok o dešifrovaní štruktúry DNA a položili základy novej vedy - molekulárnej biológie. Tento objav sa v živote ľudstva veľa zmenil. RIA Novosti hovorí o vlastnostiach molekuly DNA a prečo je taká dôležitá.
V druhej polovici 19. storočia bola biológia veľmi mladá veda. Vedci práve začínali študovať bunku a koncept dedičnosti, hoci ich už formuloval Gregor Mendel, nedostal široké uznanie.
Na jar roku 1868 prišiel na univerzitu v Tübingene (Nemecko) mladý švajčiarsky lekár, Friedrich Miescher, na vedeckú prácu. Zamýšľal zistiť, z ktorých látok pozostáva bunka. Pre experimenty som si vybral leukocyty, ktoré sa dajú ľahko získať z hnisu.
Oddelením jadra od protoplazmy, proteínov a tukov Miescher objavil zlúčeninu s vysokým obsahom fosforu. Nazval tento molekulárny nukleín („jadro“v latinčine je jadro).
Táto zlúčenina mala kyslé vlastnosti, a preto sa používa výraz „nukleová kyselina“. Predpona deoxyribo znamená, že molekula obsahuje skupiny H a cukry. Potom sa ukázalo, že v skutočnosti bola soľ, ale názov sa nezmenil.
Vedci už na začiatku 20. storočia vedeli, že nukleín je polymér (to je veľmi dlhá flexibilná molekula opakujúcich sa jednotiek), jednotky sa skladajú zo štyroch dusíkatých báz (adenín, tymín, guanín a cytozín) a nukleín je obsiahnutý v chromozómoch - kompaktných štruktúrach, ktoré vznikajú v deliacich sa bunkách. Ich schopnosť prenášať dedičné črty demonštroval americký genetik Thomas Morgan pri pokusoch na ovocných muškách.
Štruktúra DNA.
Propagačné video:
Model, ktorý vysvetlil gény
Ale to, čo kyselina deoxyribonukleová alebo skrátene DNA robí v jadre bunky, nebolo dlho pochopené. Predpokladalo sa, že v chromozómoch hrá nejakú štrukturálnu úlohu. Jednotky dedičnosti - gény - sa pripisovali proteínovej povahe. Prielom urobil americký vedec Oswald Avery, ktorý experimentálne preukázal, že genetický materiál sa prenáša z baktérií na baktérie prostredníctvom DNA.
Ukázalo sa, že je potrebné študovať DNA. Ale ako? V tom čase boli vedci k dispozícii iba röntgenové lúče. Aby cez ne žiarili biologické molekuly, museli kryštalizovať, a to je ťažké. Oddelenie štruktúry proteínových molekúl rôntgenovými difrakčnými obrazcami sa uskutočnilo v laboratóriu Cavendish (Cambridge, UK). Mladí vedci James Watson a Francis Crick, ktorí tam pracovali, nemali vlastné experimentálne údaje o DNA, takže použili röntgenové snímky kolegov z King's College Maurice Wilkins a Rosalind Franklin.
Watson a Crick navrhli model štruktúry DNA, ktorý presne zodpovedá röntgenovým difraktogramom: dva paralelné reťazce sú skrútené do pravostrannej špirály. Každý reťazec je zložený ľubovoľnou sadou dusíkatých zásad, navlečený na kostru svojich cukrov a fosfátov a držaný vodíkovými väzbami napnutými medzi bázami. Okrem toho sa adenín kombinuje iba s tymínom a guanín - s cytozínom. Toto pravidlo sa nazýva zásada komplementárnosti.
Model Watsona a Cricka vysvetlil štyri hlavné funkcie DNA: replikáciu genetického materiálu, jeho špecifickosť, ukladanie informácií v molekule a jeho schopnosť mutovať.
Vedci publikovali svoj objav v časopise Nature 25. apríla 1953. O desať rokov neskôr on a Maurice Wilkins získali Nobelovu cenu za biológiu (Rosalind Franklinová zomrela v roku 1958 na rakovinu vo veku 37 rokov).
„Teraz, o viac ako pol storočia neskôr, možno konštatovať, že objav štruktúry DNA zohral pri vývoji biológie rovnakú úlohu ako objav atómového jadra vo fyzike. Objasnenie štruktúry atómu viedlo k zrodeniu novej kvantovej fyziky a objavenie štruktúry DNA viedlo k zrodeniu novej molekulárnej biológie, “píše Maxim Frank-Kamenetsky, vynikajúci genetik, výskumník DNA, autor najdôležitejšej molekuly.
Genetický kód
Teraz zostalo zistiť, ako táto molekula funguje. Bolo známe, že DNA obsahuje pokyny na syntézu bunkových proteínov, ktoré robia všetku prácu v bunke. Proteíny sú polyméry tvorené opakujúcimi sa sadami (sekvenciami) aminokyselín. Okrem toho existuje iba dvadsať aminokyselín. Živočíšne druhy sa navzájom líšia v súbore proteínov v bunkách, to znamená v rôznych sekvenciách aminokyselín. Genetika tvrdila, že tieto sekvencie sú dané génmi, ktoré sa potom považovali za prvé stavebné kamene života. Ale aké gény boli, nikto presne nevedel.
Objasnil to autor teórie Veľkého tresku, fyzik Georgy Gamov, zamestnanec University of Washington Washington (USA). Na základe modelu dvojvláknovej DNA špirály od Watsona a Cricka navrhol, že gén je kúsok DNA, to znamená určitá sekvencia spojení - nukleotidy. Pretože každý nukleotid je jednou zo štyroch dusíkatých báz, musíte len zistiť, ako tieto štyri prvky kódujú dvadsať. Toto bola myšlienka genetického kódu.
Začiatkom 60. rokov sa zistilo, že proteíny sa syntetizujú z aminokyselín v ribozómoch, čo je druh „tovární“vo vnútri bunky. Na zahájenie syntézy proteínu enzým pristupuje k DNA, rozpoznáva špecifické miesto na začiatku génu, syntetizuje kópiu génu vo forme malej RNA (nazýva sa templát), potom sa proteín pestuje z aminokyselín v ribozóme.
Zistili tiež, že genetický kód je trojpísmenový. To znamená, že tri nukleotidy zodpovedajú jednej aminokyseline. Jednotka kódu sa volala kodón. V ribozóme je informácia z mRNA čítaná kodón po kodóne, postupne. A každá z nich zodpovedá niekoľkým aminokyselinám. Ako vyzerá šifra?
Na túto otázku odpovedali Marshall Nirenberg a Heinrich Mattei z USA. V roku 1961 prvýkrát predstavili svoje výsledky na biochemickom kongrese v Moskve. Do roku 1967 bol genetický kód úplne dekódovaný. Ukázalo sa, že je univerzálny pre všetky bunky všetkých organizmov, čo malo ďalekosiahle následky pre vedu.
Objav štruktúry DNA a genetického kódu úplne preorientoval biologický výskum. Skutočnosť, že každý jedinec má jedinečnú sekvenciu DNA, zásadne zmenila forenznú vedu. Oddelenie ľudského genómu poskytlo antropológom úplne nový spôsob štúdia vývoja nášho druhu. Nedávno vymyslený editor DNA CRISPR-Cas posunul genetické inžinierstvo vpred. Zdá sa, že táto molekula ukladá riešenie najnaliehavejších problémov ľudstva: rakovina, genetické choroby, starnutie.
Tatiana Pichugina