În urmă cu exact 65 de ani, oamenii de știință britanici James Watson și Francis Crick au publicat un articol despre descifrarea structurii ADN-ului, punând bazele unei noi științe - biologia moleculară. Această descoperire s-a schimbat mult în viața omenirii. RIA Novosti vorbește despre proprietățile moleculei de ADN și de ce este atât de importantă.
În a doua jumătate a secolului XIX, biologia era o știință foarte tânără. Oamenii de știință au început să studieze celula și conceptul de ereditate, deși au fost deja formulate de Gregor Mendel, nu au primit recunoaștere largă.
În primăvara anului 1868, un tânăr medic elvețian, Friedrich Miescher, a venit la Universitatea din Tübingen (Germania) pentru a face lucrări științifice. El a intenționat să afle din ce substanțe constă celula. Pentru experimente, am ales leucocitele, ușor de obținut din puroi.
Prin separarea nucleului de protoplasmă, proteine și grăsimi, Miescher a descoperit un compus cu un conținut ridicat de fosfor. El a numit această moleculă nucleină („nucleu” în latină este nucleul).
Acest compus a prezentat proprietăți acide, prin urmare termenul "acid nucleic" a fost inventat. Prefixul său dezoxirib înseamnă că molecula conține grupe H și zaharuri. Apoi s-a dovedit că era de fapt sare, dar numele nu a fost schimbat.
La începutul secolului XX, oamenii de știință știau deja că nucleina este un polimer (adică o moleculă foarte lungă de unități repetate), unitățile sunt compuse din patru baze azotate (adenină, timină, guanină și citozină), iar nucleina este conținută în cromozomi - structuri compacte care apar în celulele divizante. Capacitatea lor de a transmite trăsături ereditare a fost demonstrată de geneticianul american Thomas Morgan în experimente cu muște de fructe.
Structura ADN-ului.
Video promotional:
Modelul care a explicat genele
Dar ceea ce acidul dezoxiribonucleic, sau ADN-ul pe scurt, face în nucleul celular, nu a fost înțeles de multă vreme. S-a crezut că va juca un fel de rol structural în cromozomi. Unitățile eredității - genele - au fost atribuite naturii proteice. Descoperirea a fost făcută de cercetătorul american Oswald Avery, care a demonstrat experimental că materialul genetic este transmis de la bacterii la bacterii prin ADN.
A devenit clar că ADN-ul trebuie studiat. Dar cum? La acea vreme, numai razele X erau disponibile pentru oamenii de știință. Pentru a străluci moleculele biologice prin ele, au trebuit să cristalizeze, iar acest lucru este dificil. Descifrarea structurii moleculelor de proteine după modelele de difracție de raze X a fost efectuată la Laboratorul Cavendish (Cambridge, Marea Britanie). Tinerii cercetători James Watson și Francis Crick care au lucrat acolo nu aveau propriile date experimentale despre ADN, așa că au folosit radiografiile colegilor de la King's College Maurice Wilkins și Rosalind Franklin.
Watson și Crick au propus un model al structurii ADN-ului care să corespundă exact modelelor de difracție de raze X: două șuvițe paralele sunt răsucite într-o helixă din dreapta. Fiecare lanț este pliat de un set arbitrar de baze azotate, înfipt pe coloana vertebrală a zaharurilor și fosfaților lor și ținut de legături de hidrogen întinse între baze. Mai mult, adenina se combină doar cu timina, și guanina - cu citosina. Această regulă se numește principiul complementarității.
Modelul Watson și Crick au explicat cele patru funcții principale ale ADN-ului: replicarea materialului genetic, specificul acestuia, stocarea informațiilor într-o moleculă și capacitatea sa de mutare.
Oamenii de știință și-au publicat descoperirea în revista Nature pe 25 aprilie 1953. Zece ani mai târziu, el și Maurice Wilkins au primit premiul Nobel pentru biologie (Rosalind Franklin a murit în 1958 din cauza cancerului, la vârsta de 37 de ani).
„Acum, mai bine de jumătate de secol mai târziu, putem afirma că descoperirea structurii ADN-ului a jucat același rol în dezvoltarea biologiei ca și descoperirea nucleului atomic în fizică. Elucidarea structurii atomului a dus la nașterea unei noi fizici cuantice, iar descoperirea structurii ADN-ului a dus la nașterea unei noi biologii moleculare”, scrie Maxim Frank-Kamenetsky, un genetician de excepție, cercetător în ADN, autor al cărții The Most Important Molecule.
Cod genetic
Acum a rămas să aflăm cum funcționează această moleculă. Se știa că ADN-ul conține instrucțiuni pentru sinteza proteinelor celulare care fac toate lucrările în celulă. Proteinele sunt polimeri alcătuiți din seturi (secvențe) repetate de aminoacizi. Mai mult, există doar douăzeci de aminoacizi. Speciile animale diferă între ele în setul de proteine din celule, adică în diferite secvențe de aminoacizi. Genetica susținea că aceste secvențe sunt date de gene, despre care se credea că sunt primele blocuri de viață. Dar ce gene au fost, nimeni nu știa exact.
Autorul teoriei Big Bang, fizicianul Georgy Gamov, angajat al Universității George Washington (SUA), a precizat. Pe baza modelului helixului ADN cu două cateni de Watson și Crick, el a sugerat că o genă este o bucată de ADN, adică o anumită secvență de legături - nucleotide. Deoarece fiecare nucleotidă este una dintre cele patru baze azotate, trebuie doar să vă dați seama cum cele patru elemente codifică douăzeci. Aceasta a fost ideea din spatele codului genetic.
Până la începutul anilor 1960, s-a stabilit că proteinele sunt sintetizate din aminoacizi în ribozomi, un fel de „fabrici” din interiorul celulei. Pentru a începe sinteza proteinelor, o enzimă se apropie de ADN, recunoaște un situs specific la începutul genei, sintetizează o copie a genei sub forma unui ARN mic (se numește șablon), apoi o proteină este cultivată din aminoacizi din ribozom.
De asemenea, au aflat că codul genetic este format din trei litere. Aceasta înseamnă că trei nucleotide corespund unui aminoacid. Unitatea codului a fost numită codon. În ribozom, informațiile provenite din ARNm sunt citite secvențial codon. Și fiecare dintre ei corespunde mai multor aminoacizi. Cum arată cifrul?
Marshall Nirenberg și Heinrich Mattei din SUA au răspuns la această întrebare. În 1961, ei și-au prezentat pentru prima dată rezultatele la un congres biochimic de la Moscova. Până în 1967, codul genetic fusese complet decodificat. S-a dovedit universal pentru toate celulele tuturor organismelor, ceea ce a avut consecințe de anvergură pentru știință.
Descoperirea structurii ADN-ului și a codului genetic a reorientat complet cercetările biologice. Faptul că fiecare individ are o secvență ADN unică a schimbat fundamental știința criminalistică. Descifrarea genomului uman a oferit antropologilor o metodă complet nouă de studiere a evoluției speciei noastre. Editorul ADN recent CRISPR-Cas, inventat recent, a avansat mult ingineria genetică. Aparent, această moleculă stochează soluția la cele mai presante probleme ale omenirii: cancerul, bolile genetice, îmbătrânirea.
Tatiana Pichugina
