Правила чаргаффа биология кратко
Обновлено: 08.07.2024
1) Количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина.
2) Количество пуринов равно количеству пиримидинов.
3) Количество оснований с шестью аминогруппами равно количеству оснований с шестью кетогруппами.
Первое правило Чаргаффа: А/Т = Г/Ц = 1.
(Здесь А, Т, Г и Ц соответствуют молярным процентам соответствующих азотистых оснований, приходящимся на 100 грамм-атомов фосфора ДНК. В ряде образцов ДНК, кроме цитозина, обнаруживается 5-метилцитозин, который при подсчетах включают в цитозин. В ДНК, выделенных из бактериофагов (вирусов) Т2, Т4 и Т6, вместо цитозина имеется 5-гидроксиметилцитозин. Он встречается и в других вирусах. )
Второе правило Чаргаффа: А+Г=Ц+Т, т. е. количество пуринов в ДНК равно количеству пиримидинов.
Третье правило Чаргаффа: A+Ц=Г+T, т. е. количество оснований с аминогруппами в положении 6 равно количеству оснований с 6-кетогруппами.
Типы репликации геномов. Инициация репликации генома
Репликация начинается с того, что в определенной точке происходит разъединение двойной спирали и образование одноцепочечных участков ДНК, которые служат матрицей для синтеза новой цепи.
Участок, в котором в данный момент времени происходит синтез ДНК, называют вилкой репликации. Описано три типа репликации геномов.
1. Репликация бактериальных и вирусных кольцевых геномов начинается с определенной точки и идет в противоположных направлениях, т.е. у бактерий и вирусов существует одна точка начала репликации и две репликационные вилки. Реплицирующаяся хромосома напоминает по структуре греческую букву сигма.
По завершении репликации сигма-типа образуются две кольцевые молекулы.
2. У некоторых вирусов (например, у бактериофага X) и при амплификации ДНК генов рРН К в оогенезе у амфибий в одной цепи их кольцевой хромосомы происходит разрыв фосфодиэфирной связи. Затем к свободному 3′-концу разорванной цепи начинают присоединяться нуклеотиды, эта цепь растет, а кольцевая цепь служит матрицей.
По мере роста разорванной цепи ее 5′-конец постепенно смещается, и начинается построение цепочки, комплементарной этому участку. Образующаяся структура похожа на греческую букву сигма.
3. Линейные хромосомы (у некоторых вирусов и эукариот) начинают реплицироваться в одной или нескольких точках, две вилки репликации движутся в противоположных направлениях. По завершении репликации образуются две линейные молекулы.
Участок генома в пределах которого репликация начинается и заканчивается, называется репликоном. Геномы прокариот удваиваются целиком, водном цикле репликации, следовательно, их геномы представляют собой один репликон. В геномах эукариот точек начала репликации множество (несколько сотен или тысяч). Репликация ДНК начинается одновременно во многих точках, следовательно, геном представлен множеством репликонов.
Правило чаргаффа для ДНК
Как в любом матричном процессе, в репликации можно выделить три этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.
Инициация репликации генома
Инициация репликации включает формирование репликационной вилки и синтез РНК-праймера. В этом процессе участвует большое число белков и ферментов. Инициирующие белки должны выполнить, по крайней мере, три основные функции: 1) облегчить раскручивание молекул ДНК и ее локальную денатурацию в области начала репликации; 2) обеспечить связь белков и ферментов, участвующих в репликации, с точками начала репликации; 3) обеспечить координацию клеточного цикла и процессов репликации.
Для инициации репликации у эука-риот, в отличие от прокариот, связывания инициирующих белков с точками начала репликации недостаточно.
Достижение компетентности в данном случае -сложный многоэтапный процесс.
Инициация репликации происходит в строго определенных участках. Выделены и определены последовательности нуклеотидов в точках начала репликации у кишечной палочки Е. coii, многих фагов и плазмид, у дрожжей, млекопитающих и некоторых вирусов эукариот.
У Е. coli этот сайт представляет собой участок ДНК размером 245 нуклеотидов, состоящий из серии 9- и 13- нуклеотидных повторов. Область oriC у бактерий очень консервативна, хотя есть виды, у которых она не обнаружена. Процесс инициации начинается с присоединения к хромосоме белка DnaA.
Это приводит к разделению цепей и способствует работе основного расплетающего белка — геликазы (DnaB). В решении топологических проблем, связанных с разделением цепей двойной спирали, участвует и фермент гираза. С образовавшейся одноцепочечной ДНК связываются белки SSB (от англ.
single strand binding), которые стабилизируют вилку репликации. Фермент праймаза синтезирует РНК-праймеры на лидирующей и отстающей цепях,
Размер и структура элементов, обеспечивающих начало репликации у эукариот и прокариот, различны.
Общим для всех сайтов начала репликации является их обогащенность АТ-парами. По-видимому, это необходимо для обеспечения локальной денатурации, поскольку АТ-пары образуют только две водородные связи.
События, происходящие при инициации репликации у эукариот и связи ее с клеточным циклом, лучше всего изучены у дрожжей. Рассмотрим инициацию репликации и клеточный цикл у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. На стадии G1, когда активность циклин-зависимой киназы Cdkl низка, формируется пре-репликационный комплекс, в состав которого входят шесть белков комплекса ORC (ORC1-6) и белки Cdc6 и Mem.
Высоко консервативные белки, составляющие комплекс ORC специфически связываются с точками начала репликации и служат основой для присоединения других инициирующих белков Cdc6 и Mem.
После инициации репликации пререпликационный комплекс превращается в пост-репликационный, он состоит только из белков ORC, связанных с хроматином.
Этот комплекс сохраняется до конца митоза, когда активность Cdk l падает. Образование нового пре-репликационного комплекса становится возможным только в следующей стадии GI. Таким образом, в течение одного клеточного цикла происходит лишь один цикл репликации. Белки ORC остаются связанными с точкой начала репликации, другие компоненты пре-репликационного комплекса или покидают его, или становятся частью вилки репликации.
Например, белки Mcm2p-Mcm7p, по-видимому, функционируют как репликативная геликаза. У всех изученных эука-риот схема событий и белки, участвующие в инициации, сходны. Однако есть и некоторые отличия. Так, у некоторых организмов (другой вид дрожжей, дрозофила, ксенопус)для присоединения Мсm2р-Мсm7р к хроматину необходим дополнительный белок Cdt 1.
У дрожжей белки ORC остаются связанными с хроматином на всех стадиях клеточного цикла, а у позвоночных во время митоза они отделяются от хроматина и вновь соединяются с ним только в стадии G1.
До сих пор не ясно, как репликационная машина (ДНК-полимераза-праймаза и репликационный белок А) связывается с точкой начала репликации, как части инициирующего комплекса (Mcm2p-Mcm7p и Cdc45p) преобразуются в компоненты вилки репликации. Гены, кодирующие основные белки, участвующие в инициации репликации ДНК у человека, приведены в таблице.
Разделение двойной спирали происходите помощью ДНК-геликазы и реплика-ционного белка RPA (от англ. — replication protein А). Репликационный белок А, состоящий из трех полипептидов, связывается с одноцепочечный ДНК, таким образом он выполняет ту же функцию, что и SSB-белки у кишечной палочки. Затем а-ДНК-полимераза-праймаза синтезирует короткие (длиной примерно 30 п.н.) РНК-праймеры на лидирующей и отстающей цепях.
После этого происходит замена альфа-полимеразного комплекса на комплекс 5-ДНК- полимеразы — основного фермента репликации ДНК у эукариот.
Правила решения и критерии оценивания задач по молекулярной биологии
Для решения задач данного типа необходимы знания о строении и свойствах ДНК и РНК, принципе комплементарности, коде ДНК и его свойствах, механизме биосинтеза белка, этапах диссимиляции глюкозы, роли АТФ в клеточном метаболизме.
Основные биологические понятия:
ген – участок ДНК, в матричной цепи которого зашифрована информация о первичной структуре одной полипептидной цепи; матрица для синтеза всех видов РНК;
генетический код – система записи информации о порядке аминокислот в белковой молекуле в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК;
триплет (кодон) – три последовательно соединенных нуклеотида ДНК или РНК, несущих информацию об определенной аминокислоте;
антикодон – кодовый триплет т-РНК, комплементарный кодону и-РНК и определяющий аминокислоту, которую переносит данная т-РНК;
комплементарность – свойство азотистых оснований избирательно соединяться друг с другом (А-Т (У), Ц-Г);
репликация – процесс удвоения ДНК в соответствии с принципом комплементарности;
трансляция – процесс синтеза белковой молекулы на рибосоме в соответствии с последовательностью кодонов и-РНК;
правило Чаргаффа – правило соответствия количества пуриновых (А+Г) нуклеотидов в молекуле ДНК количеству пиримидиновых (Т+Ц) нуклеотидов.
Следствие: в любой двуцепочной структуре нуклеиновых кислот количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых (уридиловых), а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитидиловых, т. е. А = Т(У); Г = Ц;
экзон – фрагмент гена эукариот, несущий информацию о структуре белковой молекулы;
интрон – фрагмент гена эукариот, не несущий информации о структуре белковой молекулы;
зрелая и-РНК (матричная) – и-РНК эукариот, образовавшаяся в результате рестрикции и сплайсинга и состоящая только из экзонов;
диссимиляция глюкозы – процесс ферментативного расщепления и окисления глюкозы;
фосфорилирование – процесс образования АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты;
гликолиз – процесс ферментативного расщепления глюкозы без участия кислорода до c образованием 2 молекул АТФ;
аэробный гликолиз – процесс ферментативного расщепления и окисления органических веществ (в том числе, глюкозы) до конечных продуктов с участием кислорода как акцептора электронов в ходе окислительного фосфорилирования;
дыхание – процесс окисления сложных органических веществ до более простых с целью аккумуляции энергии в АТФ.
Для решения задач этого типа необходимо знание принципа комплементарности, строения и свойств ДНК и РНК, правило Чаргаффа.
Задача 1.
Достроить вторую цепочку молекулы ДНК, имеющую следующую последовательность нуклеотидов в одной цепи: АТТЦГАЦГГЦТАТАГ. Определить ее длину, если один нуклеотид имеет длину 0,34 нм по длине цепи ДНК.
Вторая цепочка ДНК строится по принципу комплементарности (А-Т, Г-Ц):
1-ая цепь ДНК – А Т Т Ц Г А Ц Г Г Ц Т А Т А Г
2-ая цепь ДНК – Т А А Г Ц Т Г Ц Ц Г А Т А Т Ц
L ДНК = L НУКЛ × n НУКЛ .
в одной цепи ДНК = 0,34нм × 15 = 5,1 нм
Ответ: вторая цепь ДНК имеет состав нуклеотидов
ТААГЦТГЦЦГАТАТЦ, длина ДНК составляет 5,1 нм.
При оформлении задач такого типа краткую запись того, что в задаче дано можно не записывать. При написании нуклеотидов в комплементарных цепях следует аккуратно комплементарные нуклеотиды размещать друг напротив друга.
Задача 2. В молекуле ДНК тимидиловых нуклеотидов 30, что составляет 15% от общего количества нуклеотидов.
Определите количество других видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.
1. По правилу Чаргаффа количество Т в ДНК = А; следовательно А будет 15%.
2. В сумме А+Т = 30%, что составляет 60 нуклеотидов.
3.Находим общее количество нуклеотидов в молекуле ДНК: х=3000/20=150
4. Г + Ц = 100%-30%=70%, значит Г=35%,Ц=35%
Г+Ц=90, значит Г=45, Ц=45.
Ответ: А=30(15%), Т=30(15%), Г=45(35%), Ц=45(35%).
При решении задач такого типа строгих регламентирующих правил оформления нет.
Однако учитывайте, что в записи решения задачи по молекулярной биологии должен прослеживаться ход рассуждений и должна быть записана четкая последовательность действий.
Задача 3. Химический анализ показал, что 28% от общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на адениловые, 6% — на гуаниловые, 40% — на урациловые нуклеотиды.
1. Подсчитываем процентное содержание цитидиловых нуклеотидов в молекуле и-РНК: Ц = 100% -28% — 6% — 40% = 26%.
Решение задач по правилу Чаргаффа
Зная, что и-РНК синтезируется с кодирующей цепи гена по принципу комплементарности (причем Т заменяется на У), подсчитываем процентный состав
нуклеотидов в одной цепочке гена:
Ц и-РНК = Г гена = 26%,
Г и-РНК = Ц гена = 6%,
А и-РНК = Т гена = 28%,
У и-РНК = А гена = 40%.
Ответ: нуклеотидный состав одной из цепей гена следующий: гуаниловых нуклеотидов – 26%, цитидиловых- 6%, тимидиловых — 28%, адениловых — 40%.
Задача 4. Химический анализ показал, что в составе и-РНК 20% адениловых нуклеотидов, 16% урациловых, 30% цитидиловых.
Определите качественный состав нуклеотидов в ДНК, с которой была считана информация на и-РНК.
1.Определяем в процентах содержание гуаниловых нуклеотидов в и-РНК:
Г (и-РНК)= 100%-(А+У+Ц)= 100%-(20%+16%+30%)= 34%
2.Определяем качественный состав цепи РНК и ДНК, с которой проходила транскрипция:
| и-РНК | А(20%) | У(16%) | Ц(30%) | Г(34%) |
| ДНК(1 цепь) | Т(20%) | А(16%) | Г(30%) | Ц(34%) |
| ДНК(2 цепь) | А(20%) | Т(16%) | Ц(30%) | Г(34%) |
Ответ: А,Т=18%; Ц,Г =32%.
Раздел 2.
Для решения этих задач необходимо знание свойств кода ДНК, умение пользоваться таблицей генетического кода.
Задача 5. В белке содержится 51 аминокислота.
Сколько нуклеотидов будет в цепи гена, кодирующей этот белок, и сколько — в соответствующем фрагменте молекулы ДНК?
1)Поскольку генетический код триплетен, т. е. одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, то количество нуклеотидов в кодирующей цепи гена будет 51
2) а в двухцепочечной ДНК количество нуклеотидов будет вдвое больше, т.
Ответ: в кодирующей цепи гена будет содержаться 153 нуклеотида, во фрагменте ДНК-306.
Обратите внимание, что транскрипция проходит только на одной цепи ДНК!
Задача 6. В кодирующей цепи гена содержится 600 нуклеотидов.
Сколько аминокислот содержится в молекуле белка, информация о которой закодирована в этом гене,
если в конце гена имеются два стоп — кодона?
1. Поскольку в конце гена имеются два стоп -кодона, то 6 нуклеотидов (2×3) не несут информации о структуре белка.
Значит, информация о данном белке закодирована в цепочке из 594 (600 – 6) нуклеотидов.
2. Основываясь на триплетности кода, подсчитаем количество аминокислот: 594 : 3 = 198.
Ответ: в молекуле белка содержится 198 аминокислот.
Молекулы нуклеиновых кислот всех типов живых организмов — это длинные неразветвленные полимеры мононуклеотидов.
Роль мостика между нуклеотидами выполняет 3′,5′-фосфодиэфирная связь, соединяющая 5′-фосфат одного нуклеотида и 3′-гидроксильный остаток рибозы (или дезоксирибозы) следующего.
В связи с этим полинуклеотидная цепь оказывается полярной. На одном ее конце остается свободной 5′-фосфатная группа, на другом 3′-ОН-группа.
ДНК, подобно белкам, имеет первичную, вторичную и третичную структуры.
Первичная структура ДНК
Данная структура определяет закодированную в ней информацию, представляя собой последовательность чередования дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи.
Молекула ДНК состоит из двух спиралей, имеющих одну и ту же ось, и противоположные направления. Сахарофосфатный остов располагается по периферии двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри. Остов содержит ковалентные фосфодиэфирные связи, а обе спирали между основаниями соединены водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.
Эти связи впервые были открыты и изучены Э.Чаргаффом в 1945 г. и получили название принципа комплементарности, а особенности образования водородных свзей между основаниями называются правилами Чаргаффа:
- пуриновое основание всегда связывается с пиримидиновым: аденин — с тимином (А®Т), гуанин – с цитозином (Г®Ц);
- молярное соотношение аденина к тимину и гуанина к цитозину равно 1 (А=Т, или А/Т=1 и Г=Ц, или Г/Ц=1);
- сумма остатков А и Г равно сумме остатков Т и Ц, т.е. А+Г=Т+Ц;
- в ДНК, выделенных из разных источников, отношение (Г+Ц)/(А+Т), называемое коэффициентом специфичности, неодинаково.
Правила Чаргаффа основаны на том, что аденин образует две связи с тимином, а гуанин образует три связи с цитозином:
На основании правил Чаргаффа можно представить двуспиральную структуру ДНК, которая приведена на рисунке.
А-форма В-форма
A-аденин, G-гуанин, C-цитозин, T-тимин
Схематическое изображение двуспиральной молекулы ДНК
Вторичная структура ДНК
В соответствии с моделью, предложенной в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком, вторичная структура ДНК представляет собой двухцепочечную правозакрученную спираль из комплементарных друг другу антипараллельных полинуклеотидных цепей.
Для вторичной структуры ДНК решающим являются две особенности строения азотистых оснований нуклеотидов.
Первая заключается в наличии групп, способных образовывать водородные связи. Вторая особенность заключается в том, что пары комплементарных оснований А—Т и Г—Ц оказываются одинаковыми не только по размеру, но и по форме.
Благодаря способности нуклеотидов к спариванию, образуется жесткая, хорошо стабилизированная двухцепочечная структура. Основные элементы и параметрические характеристики такой структуры наглядно изображены на рисунке.
На основе тщательного анализа рентгенограмм выделенных ДНК установлено, что двойная спираль ДНК может существовать в виде нескольких форм (А, В, С, Z и др.).
Указанные формы ДНК различаются диаметром и шагом спирали, числом пар оснований в витке, углом наклона плоскости оснований по отношению к оси молекулы.
Третичная структура ДНК. У всех живых организмов двухспиральные молекулы ДНК плотно упакованы с образованием сложных трехмерных структур.
Двухцепочечные ДНК прокариот, имеющие кольцевую ковалентно-замкнутую форму, образуют левые (—) суперспирали.
Третичная структура ДНК
Третичная структура ДНК эукариотических клеток также образуется путем суперспирализации, но не свободной ДНК, а ее комплексов с белками хромосом (белки-гистоны классов Н1, Н2, Н3, Н4 и Н5).
В пространственной организации хромосом можно выделить несколько уровней.
Первый уровень – нуклеосомный. В результате нуклеосомной организации хроматина двойная спираль ДНК диаметром 2 нм приобретает диаметр 10—11 нм и укорачивается примерно в 7 раз.
Вторым уровнем пространственной организации хромосом является образование из нуклеосомной нити хроматиновой фибриллы диаметром 20— 30 нм (уменьшение линейных размеров ДНК еще в 6—7 раз).
Третичный уровень организации хромосом обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли.
В образовании петель принимают участие негистоновые белки. Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 20 000 до 80 000 пар нуклеотидов. В результате такой упаковки линейные размеры ДНК уменьшаются примерно в 200 раз. Петлеобразная доменная организация ДНК, называемая интерфазной хромонемой, может подвергаться дальнейшей компактизации, степень которой меняется в зависимости от фазы клеточного цикла.
Сегодня вряд ли кого-либо удивишь такими понятиями, как наследственность, геном, ДНК, нуклеотиды. Все знают о двойной спирали ДНК и что именно она ответственна за формирование всех признаков организма. Но не все знают о принципах ее устройства и подчиненности основным правилам Чаргаффа.
Обиженный биолог
Не многие открытия удостаиваются звания выдающихся в ХХ веке. Но открытия Эрвина Чаргаффа (1905-2002), выходца с Буковины (г. Черновцы, Украина), несомненно, относятся именно к таким. Хотя он и не получил Нобелевскую премию, до конца своих дней он считал что Джеймс Уотсон и Френсис Крик украли его идею о двухцепочечной спиральной структуре ДНК и его Нобелевку.
Академические основы
Напомним основные фундаментальные понятия, необходимые для понимания последующего текста.
Геном - совокупность всего наследственного материала данного организма.
Мономеры образуют полимеры - структурные единицы, которые соединяются в высокомолекулярные органические молекулы.
Нуклеотиды – аденин, гуанин, тимин и цитозин – мономеры молекулы ДНК, органические молекулы, образованные фосфорной кислотой, углеводом с 5 атомами углерода (дезоксирибозы или рибозы) и пуринового (аденин и гуанин) или пиримидинового (цитозин и тимин) основания.
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, основа наследственности организмов, представляет собой двойную спираль, образованную из нуклеотидов с углеводной составляющей – дезоксирибозой. РНК – рибонуклеиновая кислота, отличается от ДНК присутствием в составе нуклеотидов углевода рибозы и заменой тимина на урацил.
Как все началось
Группа ученых Колумбийского университета в Нью-Йорке во главе с Э. Чаргаффом в 1950-1952 годах занималась хроматографией ДНК. Что в ее состав входит четыре нуклеотида, уже было известно, но о ее спиральной структуре еще никто не знал. Многократные исследования показали. Что в молекуле ДНК количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых. А точнее, количество тимина всегда равно количеству аденина, а количество гуанина соответствует количеству цитозина. Эта равность азотистых оснований – правило Чаргаффа для дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот.
Значение в биологии
Именно это правило стало той опорой, на которую ориентировались Уотсон и Крик при выведении структуры молекулы ДНК. Их двухцепочечная спирально закрученная модель из шариков, проволоки и фигурок объяснила это равенство. Другими словами, правила Чаргаффа заключаются в том, что тимин соединяется с аденином, а гуанин - с цитозином. Именно это соотношение нуклеотидов идеально укладывалось в пространственную модель ДНК, предложенную Уотсоном и Криком. Открытие структуры молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты подтолкнуло науку к открытиям более широкого уровня: принципов изменчивости и наследственности, биологического синтеза ДНК, объяснения эволюции и ее механизмов на молекулярном уровне.
Правила Чаргаффа в чистом виде
Современная наука формулирует данные фундаментальные положения следующим тремя постулатами:
- Количество аденина соответствует количеству тимина, а цитозина – гуанину: А = Т и Г = Ц.
- Количество пуринов всегда равно количеству пиримидинов: А + Г = Т + Ц.
- Количество нуклеотидов, которые содержат в положении 4 пиримидинового и 6 пуринового оснований, равно количеству нуклеотидов, что содержат в этих же положениях оксогруппы: А + Г = Ц + Т.
В 1990-х годах с открытием технологий секвенирования (определение последовательности нуклеотидов в длинных участках) ДНК правила Чаргаффа получили свое подтверждение.
Головная боль учеников
В старших классах школы и в университетах изучение молекулярной биологии обязательно предполагает решение задач на правило Чаргаффа. Только называют эти задачи построением второй цепочки ДНК на основании принципа комплементарности (пространственной взаимодополняемости пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов). К примеру, в условии дается последовательность нуклеотидов в одной цепи – ААГЦТАТ. От учащегося или студента требуется восстановить вторую цепочку на основании матричной цепочки ДНК и первого правила Чаргаффа. Ответ будет такой: ГГАТЦГЦ.
Другой тип задач предлагает рассчитать вес молекулы ДНК, зная последовательность нуклеотидов в одной цепочке и удельный вес нуклеотидов. Первое правило Чаргаффа в биологии считается основополагающим для понимания основ молекулярной биохимии и генетики.
Для науки не все так однозначно
Э. Чаргафф продолжал заниматься изучением состава ДНК, и через 16 лет после открытия первого закона он разделил молекулу на две отдельные нити и обнаружил, что количество оснований не равно точно, а лишь приблизительно. Это и есть второе правило Чаргаффа: в отдельной нити дезоксирибонуклеиновой кислоты количество аденина приблизительно равно количеству тимина, а гуанина - цитозину.
Нарушения равенства оказались прямо пропорциональны длине анализируемого участка. Точность сохраняется на длине в 70-100 тысяч пар нуклеотидов, но на длинах в сотни пар и меньше оснований оно уже не сохраняется. Почему у одних организмов процент гуанина-цитозина выше процента аденина-тимина или наоборот, наука пока не объяснила. Ведь в обычных геномах организмов равное распределение нуклеотидов, скорее, исключение, чем правило.
ДНК не открывает свои тайны
С развитием техник секвенирования геномов обнаружилось, что в одиночной цепочке ДНК содержится приблизительно одинаковое количество комплементарных одиночных нуклеотидов, пар нуклеотидов (динуклеотидов), тринуклеотидов и так далее - до олигонуклеотидов (участков в 10-20 нуклеотидов). Этому правилу подчиняются геномы всех известных живых организмов, за совсем не большим исключением.
Так, двое бразильских ученых – биолог Майкл Ямагиши и математик Роберто Херай – использовали теорию множеств, чтоб проанализировать необходимые для последовательности нуклеотидов, чтобы они приводили к выполнению правила Чаргаффа. Они вывели четыре уравнения множеств и протестировали 32 генома известных видов. И оказалось что фрактально-подобные закономерности верны для большинства видов, включая кишечную палочку, растений и человека. А вот вирус иммунодефицита человека и паразитическая бактерия, вызывающая быстрое увядание оливковых деревьев, совершенно не подчиняются закономерностям правила Чаргаффа. Почему? Ответ пока не найден.
Биохимики, биологи-эволюционисты, цитологи и генетики и сегодня бьются над загадками ДНК и механизмами наследования. Несмотря на достижения современной науки, человечество далеко от разгадки мироздания. Мы преодолели гравитацию, освоили космическое пространство, научились изменять геномы и определять патологию плода на ранних стадиях развития зародыша. Но мы все так же далеки от понимания всех механизмов природы, которые она создавала миллиарды лет на планете Земля.
Пра́вила Ча́ргаффа — система эмпирически выявленных правил, описывающих количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК. Были сформулированы в результате работы группы биохимика Эрвина Чаргаффа в 1949—1951 гг.
- Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
- Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
- Количество оснований с 6 аминогруппами равно количеству оснований с 6 кетогруппами: А+Ц=Г+Т.
Вместе с тем, соотношение (A+Т):(Г+Ц) может быть различным у ДНК разных видов. У одних преобладают пары АТ, в других — ГЦ.
Правила Чаргаффа, наряду с данными рентгеноструктурного анализа, сыграли решающую роль в расшифровке структуры ДНК Дж. Уотсоном и Фрэнсисом Криком.
Читайте также: