Hoje, dificilmente alguém se surpreenderá com conceitos como hereditariedade, genoma, DNA, nucleotídeos. Todos sabem da dupla hélice do DNA e que é ela a responsável pela formação de todos os sinais de um organismo. Mas nem todos conhecem os princípios de sua estrutura e subordinação às regras básicas de Chargaff.
Biólogo ofendido
Não são muitas as descobertas que recebem o título de destaque no século XX. Mas as descobertas de Erwin Chargaff (1905-2002), natural da Bucovina (Chernivtsi, Ucrânia), são sem dúvida uma delas. Embora não tenha recebido um Prêmio Nobel, ele acreditou até o fim de seus dias que James Watson e Francis Crick roubaram sua ideia da estrutura helicoidal de fita dupla do DNA e seu Prêmio Nobel.
As universidades da Polônia, Alemanha, EUA e França se orgulham de ter esse excelente bioquímico ensinando lá. Além das regras fundamentais de Chargaff para o DNA, ele é conhecido por outra - a regra de ouro. É assim que os biólogos chamam. E a regra de ouro de E. Chargaff soa assim: “Uma das propriedades mais insidiosas e nefastas dos modelos científicosé sua tendência de assumir, e às vezes suplantar, a realidade . Em termos simples, isso significa - não diga à natureza o que fazer, e ela não lhe dirá onde você deve ir com todas as suas reivindicações. Para muitos jovens cientistas, esta regra de Erwin Chargaff tornou-se uma espécie de lema da pesquisa científica.
Fundações Acadêmicas
Lembre-se dos conceitos básicos fundamentais necessários para entender o texto a seguir.
Genoma - a totalidade de todo o material hereditário de um determinado organismo.
Monômeros formam polímeros - unidades estruturais que se combinam para formar moléculas orgânicas de alto peso molecular.
Nucleotídeos - adenina, guanina, timina e citosina - monômeros da molécula de DNA, moléculas orgânicas formadas por ácido fosfórico, um carboidrato com 5 átomos de carbono (desoxirribose ou ribose) e purina (adenina e guanina) ou pirimidina (citosina e timina).
DNA - ácido desoxirribonucleico, base da hereditariedade dos organismos, é uma dupla hélice formada por nucleotídeos com um componente carboidrato - desoxirribose. O RNA - ácido ribonucleico, difere do DNA pela presença do carboidrato ribose nos nucleotídeos e pela substituição da timina por uracila.
Como tudo começou
Um grupo de cientistas da Universidade de Columbia em Nova York, liderado por E. Chargaff em 1950-1952, estava envolvido em cromatografia de DNA. Já se sabia que é composto por quatro nucleotídeos, mas ninguém ainda conhecia sua estrutura helicoidal.sabia. Vários estudos mostraram. Que em uma molécula de DNA o número de bases purinas é igual ao número de bases pirimídicas. Mais precisamente, a quantidade de timina é sempre igual à quantidade de adenina, e a quantidade de guanina corresponde à quantidade de citosina. Esta igualdade de bases nitrogenadas é a regra de Chargaff para os ácidos desoxirribonucleico e ribonucleico.
Significado em biologia
Foi essa regra que se tornou a base sobre a qual Watson e Crick foram guiados ao derivar a estrutura da molécula de DNA. Seu modelo de bolas, fios e estatuetas torcidos helicoidalmente de fita dupla explicava essa igualdade. Em outras palavras, as regras de Chargaff são que a timina combina com adenina e a guanina combina com a citosina. Foi essa proporção de nucleotídeos que se encaixava idealmente no modelo espacial de DNA proposto por Watson e Crick. A descoberta da estrutura da molécula do ácido desoxirribonucleico levou a ciência a descobrir um nível mais amplo: os princípios de variabilidade e hereditariedade, a síntese biológica do DNA, a explicação da evolução e seus mecanismos no nível molecular.
Regras de Chargaff em sua forma mais pura
A ciência moderna formula essas disposições fundamentais com os três seguintes postulados:
- A quantidade de adenina corresponde à quantidade de timina e citosina a guanina: A=T e G=C.
- A quantidade de purinas é sempre igual ao número de pirimidinas: A + G=T + C.
- O número de nucleotídeos que contêm pirimidina nas posições 4 e 6bases purinas, é igual ao número de nucleotídeos que contêm grupos oxo nas mesmas posições: A + G \u003d C + T.
Na década de 1990, com a descoberta das tecnologias de sequenciamento (determinando a sequência de nucleotídeos em seções longas), as regras do DNA de Chargaff foram confirmadas.
Cefaleia infantil
No ensino médio e nas universidades, o estudo da biologia molecular envolve necessariamente a resolução de problemas sobre a regra de Chargaff. Eles apenas chamam essas tarefas de construção de uma segunda cadeia de DNA com base no princípio da complementaridade (complementaridade espacial dos nucleotídeos de purina e pirimidina). Por exemplo, a condição dá a sequência de nucleotídeos em uma cadeia - AAGCTAT. O aluno ou aluno é obrigado a reconstruir a segunda fita com base na fita da matriz de DNA e na primeira regra de Chargaff. A resposta será: GGATCGTS.
Outro tipo de tarefa sugere calcular o peso de uma molécula de DNA, conhecendo a sequência de nucleotídeos em uma cadeia e a gravidade específica dos nucleotídeos. A primeira regra da biologia de Chargaff é considerada fundamental para entender os fundamentos da bioquímica molecular e da genética.
Para a ciência, nem tudo é tão simples
E. Chargaff continuou a estudar a composição do DNA e, 16 anos após a descoberta da primeira lei, dividiu a molécula em duas fitas separadas e descobriu que o número de bases não é exatamente igual, mas apenas aproximadamente. Esta é a segunda regra de Chargaff: em umfitas de ácido desoxirribonucleico, a quantidade de adenina é aproximadamente igual à quantidade de timina e guanina - a citosina.
Violações de igualdade acabaram sendo diretamente proporcionais ao comprimento da seção analisada. A precisão é mantida em um comprimento de 70 a 100 mil pares de bases, mas em comprimentos de centenas de pares de bases ou menos, ela não é mais preservada. Por que em alguns organismos a porcentagem de guanina-citosina é maior que a porcentagem de adenina-timina, ou vice-versa, a ciência ainda não explicou. De fato, em genomas comuns de organismos, uma distribuição igual de nucleotídeos é mais uma exceção do que uma regra.
DNA não revela seus segredos
Com o desenvolvimento das técnicas de sequenciamento do genoma, descobriu-se que uma única fita de DNA contém aproximadamente o mesmo número de nucleotídeos simples complementares, pares de bases (dinucleotídeos), trinucleotídeos e assim por diante - até oligonucleotídeos (seções de 10-20 nucleotídeos). Os genomas de todos os organismos vivos conhecidos obedecem a essa regra, com poucas exceções.
Assim, dois cientistas brasileiros - o biólogo Michael Yamagishi e o matemático Roberto Herai - usaram a teoria dos conjuntos para analisar as sequências de nucleotídeos necessárias para que conduzissem à regra de Chargaff. Eles derivaram quatro equações definidas e testaram 32 genomas de espécies conhecidas. E descobriu-se que padrões semelhantes a fractais são verdadeiros para a maioria das espécies, incluindo E. coli, plantas e humanos. Mas o vírus da imunodeficiência humana e uma bactéria parasita que causa murcha rápidaoliveiras, não obedecem de forma alguma às leis do governo de Chargaff. Por quê? Nenhuma resposta ainda.
Bioquímicos, biólogos evolucionistas, citologistas e geneticistas ainda estão lutando com os mistérios do DNA e os mecanismos de herança. Apesar das conquistas da ciência moderna, a humanidade está longe de desvendar o universo. Superamos a gravidade, dominamos o espaço sideral, aprendemos como alterar genomas e determinar a patologia do feto nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário. Mas ainda estamos longe de entender todos os mecanismos da natureza que ela vem criando há bilhões de anos no planeta Terra.
