Tepat 65 tahun yang lalu, saintis Britain James Watson dan Francis Crick menerbitkan artikel mengenai menguraikan struktur DNA, meletakkan asas bagi sains baru - biologi molekul. Penemuan ini telah banyak berubah dalam kehidupan manusia. RIA Novosti membincangkan sifat molekul DNA dan mengapa ia sangat penting.
Pada separuh kedua abad ke-19, biologi adalah sains yang sangat muda. Para saintis baru mulai mempelajari sel itu, dan konsep keturunan, walaupun mereka sudah dirumuskan oleh Gregor Mendel, tidak mendapat pengakuan luas.
Pada musim bunga tahun 1868, seorang doktor muda Switzerland, Friedrich Miescher, datang ke Universiti Tübingen (Jerman) untuk melakukan kerja ilmiah. Dia bertujuan untuk mengetahui bahan apa yang terdiri daripada sel. Untuk eksperimen, saya memilih leukosit, yang senang diperoleh dari nanah.
Dengan memisahkan inti dari protoplasma, protein, dan lemak, Miescher menemui sebatian dengan kandungan fosforus yang tinggi. Dia menyebut molekul nuklein ini ("nukleus" dalam bahasa Latin adalah nukleus).
Sebatian ini menunjukkan sifat berasid, oleh itu istilah "asid nukleik" dicipta. Awalannya deoxyribo bermaksud molekul mengandungi kumpulan H dan gula. Kemudian ternyata bahawa itu sebenarnya garam, tetapi namanya tidak berubah.
Pada awal abad ke-20, saintis sudah mengetahui bahawa nuklein adalah polimer (iaitu molekul fleksibel yang sangat panjang dari unit berulang), unit terdiri daripada empat asas nitrogen (adenin, timin, guanin dan sitosin), dan nuklein terkandung dalam kromosom - struktur padat yang timbul dalam membahagi sel. Keupayaan mereka untuk menyebarkan sifat keturunan ditunjukkan oleh ahli genetik Amerika Thomas Morgan dalam eksperimen pada lalat buah.
Struktur DNA.
Video promosi:
Model yang menerangkan gen
Tetapi apa yang dilakukan oleh asid deoksiribonukleik, atau DNA, dalam inti sel, tidak difahami untuk masa yang lama. Ia dianggap memainkan peranan struktur dalam kromosom. Unit keturunan - gen - dikaitkan dengan sifat protein. Penemuan ini dibuat oleh penyelidik Amerika Oswald Avery, yang secara eksperimen membuktikan bahawa bahan genetik disebarkan dari bakteria ke bakteria melalui DNA.
Menjadi jelas bahawa DNA perlu dikaji. Tetapi bagaimana? Pada masa itu, hanya sinar-X yang tersedia untuk para saintis. Untuk menyinari molekul biologi melalui mereka, mereka harus mengkristal, dan ini sukar. Menafsirkan struktur molekul protein dengan corak difraksi sinar-X dilakukan di Makmal Cavendish (Cambridge, UK). Penyelidik muda James Watson dan Francis Crick yang bekerja di sana tidak mempunyai data eksperimen mereka sendiri mengenai DNA, jadi mereka menggunakan radiograf rakan sekerja dari King's College Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.
Watson dan Crick mencadangkan model struktur DNA yang sama persis dengan corak difraksi sinar-X: dua helai selari dipintal menjadi heliks kanan. Setiap rantai dilipat oleh sekumpulan asas nitrogen sewenang-wenangnya, diikat pada tulang belakang gula dan fosfatnya, dan dipegang oleh ikatan hidrogen yang diregangkan di antara pangkalan tersebut. Lebih-lebih lagi, adenin hanya menggabungkan dengan timin, dan guanin - dengan sitosin. Peraturan ini disebut prinsip saling melengkapi.
Model Watson dan Crick menjelaskan empat fungsi utama DNA: replikasi bahan genetik, kekhususannya, penyimpanan maklumat dalam molekul, dan kemampuannya untuk bermutasi.
Para saintis menerbitkan penemuan mereka dalam jurnal Nature pada 25 April 1953. Sepuluh tahun kemudian, dia dan Maurice Wilkins dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Biologi (Rosalind Franklin meninggal pada tahun 1958 akibat barah pada usia 37 tahun).
Sekarang, lebih dari setengah abad kemudian, kita dapat menyatakan bahawa penemuan struktur DNA memainkan peranan yang sama dalam pengembangan biologi dengan penemuan inti atom dalam fizik. Penjelasan struktur atom membawa kepada kelahiran fizik kuantum yang baru, dan penemuan struktur DNA menyebabkan lahirnya biologi molekul baru,”tulis Maxim Frank-Kamenetsky, ahli genetik yang luar biasa, penyelidik DNA, pengarang buku The Most Important Molecule.
Kod genetik
Sekarang masih ada untuk mengetahui bagaimana molekul ini berfungsi. Telah diketahui bahawa DNA mengandungi arahan untuk sintesis protein sel yang melakukan semua kerja di dalam sel. Protein adalah polimer yang terdiri daripada set berulang (urutan) asid amino. Selain itu, hanya terdapat dua puluh asid amino. Spesies haiwan berbeza antara satu sama lain dalam kumpulan protein dalam sel, iaitu dalam urutan asid amino yang berbeza. Genetik berpendapat bahawa urutan ini diberikan oleh gen, yang kemudian dipercayai sebagai blok kehidupan pertama. Tetapi gen apa itu, tidak ada yang tahu dengan tepat.
Pengarang teori Big Bang, ahli fizik Georgy Gamov, seorang pekerja di Universiti George Washington (AS), menjelaskannya. Berdasarkan model heliks DNA dua helai oleh Watson dan Crick, dia mencadangkan bahawa gen adalah sekeping DNA, iaitu urutan pautan tertentu - nukleotida. Oleh kerana setiap nukleotida adalah salah satu daripada empat asas nitrogen, anda hanya perlu mengetahui bagaimana keempat-empat unsur tersebut mengekod dua puluh. Inilah idea di sebalik kod genetik.
Pada awal 1960-an, didapati bahawa protein disintesis dari asid amino di ribosom - sejenis "kilang" di dalam sel. Untuk memulakan sintesis protein, enzim mendekati DNA, mengenali laman web tertentu di awal gen, mensintesis salinan gen dalam bentuk RNA kecil (ia disebut templat), kemudian protein ditanam dari asid amino di ribosom.
Mereka juga mengetahui bahawa kod genetik adalah tiga huruf. Ini bermaksud bahawa tiga nukleotida sepadan dengan satu asid amino. Unit kod itu disebut kodon. Dalam ribosom, maklumat dari mRNA dibaca kodon oleh kodon, secara berurutan. Dan masing-masing sesuai dengan beberapa asid amino. Seperti apa cipher itu?
Marshall Nirenberg dan Heinrich Mattei dari USA menjawab soalan ini. Pada tahun 1961, mereka membentangkan hasil mereka untuk pertama kalinya di kongres biokimia di Moscow. Menjelang tahun 1967, kod genetik telah dikodkan sepenuhnya. Ternyata itu universal untuk semua sel dari semua organisma, yang mempunyai akibat yang luas bagi sains.
Penemuan struktur DNA dan kod genetik telah menyelaraskan sepenuhnya penyelidikan biologi. Fakta bahawa setiap individu mempunyai urutan DNA yang unik telah mengubah sains forensik. Menafsirkan genom manusia telah memberi antropologi kaedah yang sama sekali baru untuk mengkaji evolusi spesies kita. Editor DNA CRISPR-Cas yang baru diciptakan telah banyak membawa kemajuan kejuruteraan genetik. Nampaknya, molekul ini menyimpan jalan keluar untuk masalah yang paling mendesak bagi manusia: barah, penyakit genetik, penuaan.
Tatiana Pichugina
