Aujourd'hui, presque personne ne sera surpris par des concepts tels que l'hérédité, le génome, l'ADN, les nucléotides. Tout le monde connaît la double hélice de l'ADN et que c'est elle qui est responsable de la formation de tous les signes d'un organisme. Mais tout le monde ne connaît pas les principes de sa structure et sa subordination aux règles de base de Chargaff.
Biologiste offensé
Peu de découvertes se voient décerner le titre d'exceptionnelles au XXe siècle. Mais les découvertes d'Erwin Chargaff (1905-2002), originaire de Bucovine (Tchernivtsi, Ukraine), en font incontestablement partie. Bien qu'il n'ait pas reçu de prix Nobel, il a cru jusqu'à la fin de ses jours que James Watson et Francis Crick lui avaient volé son idée de la structure hélicoïdale double brin de l'ADN et son prix Nobel.
Des universités de Pologne, d'Allemagne, des États-Unis et de France sont fières d'avoir ce biochimiste exceptionnel qui y enseigne. En plus des règles fondamentales de Chargaff pour l'ADN, il est connu pour une autre - la règle d'or. C'est comme ça que les biologistes l'appellent. Et la règle d'or d'E. Chargaff ressemble à ceci: « L'une des propriétés les plus insidieuses et néfastes des modèles scientifiquesest leur tendance à prendre le pas sur la réalité et parfois à la supplanter ». En termes simples, cela signifie - ne dites pas à la nature quoi faire, et elle ne vous dira pas où vous devez aller avec toutes vos réclamations. Pour de nombreux jeunes scientifiques, cette règle d'Erwin Chargaff est devenue une sorte de devise de la recherche scientifique.
Fondations académiques
Rappelez les concepts fondamentaux de base nécessaires à la compréhension du texte suivant.
Génome - la totalité de tout le matériel héréditaire d'un organisme donné.
Les monomères forment des polymères - des unités structurelles qui se combinent pour former des molécules organiques de haut poids moléculaire.
Nucléotides - adénine, guanine, thymine et cytosine - monomères de la molécule d'ADN, molécules organiques formées par l'acide phosphorique, un glucide à 5 atomes de carbone (désoxyribose ou ribose) et purine (adénine et guanine) ou pyrimidine (cytosine et thymine) moulus.
ADN - l'acide désoxyribonucléique, base de l'hérédité des organismes, est une double hélice formée de nucléotides avec un composant glucidique - le désoxyribose. ARN - acide ribonucléique, diffère de l'ADN par la présence de glucide ribose dans les nucléotides et le remplacement de la thymine par l'uracile.
Comment tout a commencé
Un groupe de scientifiques de l'Université de Columbia à New York, dirigé par E. Chargaff en 1950-1952, était engagé dans la chromatographie d'ADN. On savait déjà qu'il se composait de quatre nucléotides, mais personne ne connaissait encore sa structure hélicoïdale.connaissait. Plusieurs études ont montré. Que dans une molécule d'ADN le nombre de bases puriques est égal au nombre de bases pyrimidiques. Plus précisément, la quantité de thymine est toujours égale à la quantité d'adénine, et la quantité de guanine correspond à la quantité de cytosine. Cette égalité des bases azotées est la règle de Chargaff pour les acides désoxyribonucléiques et ribonucléiques.
Signification en biologie
C'est cette règle qui est devenue la base sur laquelle Watson et Crick ont été guidés lors de la dérivation de la structure de la molécule d'ADN. Leur modèle de boules, de fils et de figurines torsadés en hélice à double brin expliquait cette égalité. En d'autres termes, les règles de Chargaff sont que la thymine se combine avec l'adénine et la guanine se combine avec la cytosine. C'est ce rapport de nucléotides qui s'intègre idéalement dans le modèle spatial de l'ADN proposé par Watson et Crick. La découverte de la structure de la molécule d'acide désoxyribonucléique a incité la science à découvrir un niveau plus large: les principes de la variabilité et de l'hérédité, la synthèse biologique de l'ADN, l'explication de l'évolution et de ses mécanismes au niveau moléculaire.
Les règles de Chargaff dans leur forme la plus pure
La science moderne formule ces dispositions fondamentales avec les trois postulats suivants:
- La quantité d'adénine correspond à la quantité de thymine, et de cytosine à la guanine: A=T et G=C.
- La quantité de purines est toujours égale au nombre de pyrimidines: A + G=T + C.
- Le nombre de nucléotides qui contiennent de la pyrimidine en position 4 et 6bases puriques, est égal au nombre de nucléotides contenant des groupes oxo aux mêmes positions: A + G \u003d C + T.
Dans les années 1990, avec la découverte des technologies de séquençage (détermination de la séquence des nucléotides dans de longues sections), les règles de l'ADN de Chargaff ont été confirmées.
Maux de tête chez les enfants
Au lycée et à l'université, l'étude de la biologie moléculaire passe nécessairement par la résolution de problèmes sur la règle de Chargaff. Ils n'appellent ces tâches que la construction d'une deuxième chaîne d'ADN basée sur le principe de complémentarité (complémentarité spatiale des nucléotides puriques et pyrimidiques). Par exemple, la condition donne la séquence de nucléotides dans une chaîne - AAGCTAT. L'élève ou l'étudiant doit reconstruire le deuxième brin sur la base du brin de la matrice d'ADN et de la première règle de Chargaff. La réponse sera: GGATCGTS.
Un autre type de tâche consiste à calculer le poids d'une molécule d'ADN, en connaissant la séquence de nucléotides dans une chaîne et la gravité spécifique des nucléotides. La première règle de biologie de Chargaff est considérée comme fondamentale pour comprendre les bases de la biochimie moléculaire et de la génétique.
Pour la science, tout n'est pas si simple
E. Chargaff a continué à étudier la composition de l'ADN, et 16 ans après la découverte de la première loi, il a divisé la molécule en deux brins distincts et a découvert que le nombre de bases n'est pas exactement égal, mais seulement approximativement. C'est la deuxième règle de Chargaff: dans unbrins d'acide désoxyribonucléique, la quantité d'adénine est approximativement égale à la quantité de thymine et de guanine - à la cytosine.
Les violations d'égalité se sont avérées être directement proportionnelles à la longueur de la section analysée. La précision est maintenue à une longueur de 70 à 100 000 paires de bases, mais à des longueurs de centaines de paires de bases et moins, elle n'est plus préservée. Pourquoi dans certains organismes le pourcentage de guanine-cytosine est plus élevé que le pourcentage d'adénine-thymine, ou vice versa, la science n'a pas encore expliqué. En effet, dans les génomes ordinaires des organismes, une répartition égale des nucléotides est plutôt une exception qu'une règle.
L'ADN ne révèle pas ses secrets
Avec le développement des techniques de séquençage du génome, il a été constaté qu'un seul brin d'ADN contient approximativement le même nombre de nucléotides simples complémentaires, de paires de bases (dinucléotides), de trinucléotides, etc. - jusqu'aux oligonucléotides (sections de 10-20 nucléotides). Les génomes de tous les organismes vivants connus obéissent à cette règle, à de très rares exceptions près.
Ainsi, deux scientifiques brésiliens - le biologiste Michael Yamagishi et le mathématicien Roberto Herai - ont utilisé la théorie des ensembles pour analyser les séquences de nucléotides nécessaires pour aboutir à la règle de Chargaff. Ils ont dérivé quatre équations d'ensemble et testé 32 génomes d'espèces connues. Et il s'est avéré que les modèles de type fractal sont vrais pour la plupart des espèces, y compris E. coli, les plantes et les humains. Mais le virus de l'immunodéficience humaine et une bactérie parasite qui provoque un flétrissement rapideoliviers, n'obéissent pas du tout aux lois de la règle de Chargaff. Pourquoi? Pas encore de réponse.
Biochimistes, biologistes de l'évolution, cytologistes et généticiens sont toujours aux prises avec les mystères de l'ADN et les mécanismes de l'hérédité. Malgré les réalisations de la science moderne, l'humanité est loin de démêler l'univers. Nous avons surmonté la gravité, maîtrisé l'espace extra-atmosphérique, appris à modifier les génomes et à déterminer la pathologie du fœtus aux premiers stades du développement de l'embryon. Mais nous sommes encore loin de comprendre tous les mécanismes de la nature qu'elle crée depuis des milliards d'années sur la planète Terre.
