Prije točno 65 godina, britanski znanstvenici James Watson i Francis Crick objavili su članak o dešifriranju strukture DNK, postavljajući temelje za novu znanost - molekularnu biologiju. To je otkriće mnogo promijenilo u životu čovječanstva. RIA Novosti govori o svojstvima molekule DNK i zašto je ona tako važna.
U drugoj polovici 19. stoljeća biologija je bila vrlo mlada znanost. Znanstvenici su tek počeli proučavati stanicu, a pojam nasljednosti, iako ih je već formulirao Gregor Mendel, nije dobio veliko priznanje.
U proljeće 1868. mladi švicarski liječnik Friedrich Miescher došao je na Sveučilište u Tübingen (Njemačka) raditi znanstvene radove. Namjeravao je otkriti od kojih tvari se stanica sastoji. Za eksperimente sam odabrao leukocite, koje je lako dobiti iz gnoja.
Odvajanjem jezgre od protoplazme, proteina i masti, Miescher je otkrio spoj s visokim sadržajem fosfora. Nazvao je ovaj molekularni nuklein ("jezgro" na latinskom je jezgro).
Taj spoj je pokazao kisela svojstva, stoga je skovan izraz "nukleinska kiselina". Njegov prefiks deoksiribo znači da molekula sadrži H skupine i šećere. Tada se pokazalo da je to zapravo sol, ali ime nije promijenjeno.
Na početku 20. stoljeća, znanstvenici su već znali da je nuklein polimer (to je vrlo duga fleksibilna molekula ponavljajućih jedinica), jedinice su sastavljene od četiri dušične baze (adenin, timin, gvanin i citozin), a nuklein je sadržan u kromosomima - kompaktnim strukturama koje nastaju dijeljenjem stanica. Njihovu sposobnost prenošenja nasljednih osobina pokazao je američki genetičar Thomas Morgan u eksperimentima na voćnim mušicama.
Struktura DNK.
Promotivni video:
Model koji je objasnio gene
Ali što deoksiribonukleinska kiselina ili ukratko DNK radi u staničnoj jezgri dugo nije bilo razumljivo. Smatralo se da igra nekakvu strukturnu ulogu u kromosomima. Jedinicama nasljednosti - genima - pripisana je priroda proteina. Proboj je učinio američki istraživač Oswald Avery, koji je eksperimentalno dokazao da se genetski materijal prenosi iz bakterija u bakterije putem DNK.
Postalo je jasno da DNK treba proučiti. Ali kako? U to vrijeme znanstvenicima su bile dostupne samo rendgenske zrake. Da bi se kroz njih proširile biološke molekule, morale su se kristalizirati, a to je teško. Dešifriranje strukture proteinskih molekula pomoću uzorka difrakcije rendgenskih zraka provedeno je u laboratoriju Cavendish (Cambridge, Velika Britanija). Mladi istraživači James Watson i Francis Crick koji su tamo radili nisu imali vlastite eksperimentalne podatke o DNK, pa su koristili radiograme kolega s King's Collegea Mauricea Wilkinsa i Rosalind Franklin.
Watson i Crick predložili su model strukture DNK koji se točno podudara s uzorcima difrakcije X-zraka: dvije paralelne žice upletene su u desnu helix. Svaki je lanac presavijen proizvoljnim nizom dušičnih baza, nanizanih na kralježnici njihovih šećera i fosfata, a držanim vodikovim vezama razvučenim između baza. Štoviše, adenin se kombinira samo s timinom, a gvanin - s citozinom. Ovo se pravilo naziva načelom komplementarnosti.
Model Watson i Crick objasnio je četiri glavne funkcije DNA: replikaciju genetskog materijala, njegovu specifičnost, skladištenje informacija u molekuli i njegovu sposobnost mutiranja.
Znanstvenici su svoje otkriće objavili u časopisu Nature 25. travnja 1953. Deset godina kasnije, on i Maurice Wilkins dobili su Nobelovu nagradu za biologiju (Rosalind Franklin umrla je 1958. od raka u dobi od 37 godina).
„Sada, više od pola stoljeća kasnije, možemo ustvrditi da je otkriće strukture DNK igralo istu ulogu u razvoju biologije kao i otkriće atomskog jezgra u fizici. Razjašnjenje strukture atoma dovelo je do rađanja nove, kvantne fizike, a otkriće strukture DNK dovelo je do rađanja nove, molekularne biologije , piše Maxim Frank-Kamenetsky, izvanredni genetičar, istraživač DNK, autor knjige Najvažnija molekula.
Genetski kod
Sada je ostalo da saznamo kako ova molekula djeluje. Bilo je poznato da DNK sadrži upute za sintezu staničnih proteina koji obavljaju sav posao u stanici. Proteini su polimeri sačinjeni od ponavljajućih setova (nizova) aminokiselina. Štoviše, postoji samo dvadeset aminokiselina. Životinjske se vrste međusobno razlikuju u setu proteina u stanicama, to jest u različitim nizovima aminokiselina. Genetici su tvrdili da te sekvence daju geni, za koje se tada vjerovalo da su prvi građevni blokovi života. Ali što su geni, nitko nije točno znao.
Autor teorije Velikog praska, fizičar Georgy Gamov, zaposlenik Sveučilišta George Washington (SAD), to je jasno stavio do znanja. Na temelju modela dvo-lančane DNA spirali Watson-a i Cricka, sugerirao je da je gen djelić DNK-a, odnosno određeni slijed veza - nukleotidi. Budući da je svaki nukleotid jedna od četiri dušične baze, samo trebate shvatiti kako četiri elementa kodiraju dvadeset. To je bila ideja koja stoji iza genetskog koda.
Početkom 1960-ih utvrđeno je da se proteini sintetiziraju iz aminokiselina u ribosomima, svojevrsnim "tvornicama" unutar stanice. Da bi započeo sintezu proteina, enzim se približava DNK, prepoznaje određeno mjesto na početku gena, sintetizira kopiju gena u obliku male RNK (naziva se predložak), zatim se iz ribosoma uzgaja protein iz aminokiselina.
Otkrili su i da je genetski kod troznamenkasti. To znači da tri nukleotida odgovaraju jednoj aminokiselini. Jedinica koda nazvana je kodon. U ribosomu informacije iz mRNA čitaju kodon kodonom, redom. A svakoj od njih odgovara nekoliko aminokiselina. Kako izgleda šifra?
Marshall Nirenberg i Heinrich Mattei iz SAD-a odgovorili su na ovo pitanje. Oni su 1961. godine prvi put predstavili svoje rezultate na biokemijskom kongresu u Moskvi. Do 1967. genetski je kod potpuno dekodiran. Pokazalo se da je univerzalno za sve stanice svih organizama, što je imalo dalekosežne posljedice za znanost.
Otkriće strukture DNK i genetskog koda u potpunosti je preorijentiralo biološka istraživanja. Činjenica da svaki pojedinac ima jedinstven slijed DNK u osnovi je promijenila forenzičku znanost. Dešifriranje ljudskog genoma antropolozima je dalo potpuno novu metodu proučavanja evolucije naše vrste. Nedavno izumljeni DNK urednik CRISPR-Cas uvelike je napredovao u genetičkom inženjeringu. Očigledno, ova molekula sprema rješenje za najvažnije probleme čovječanstva: rak, genetske bolesti, starenje.
Tatjana Pichugina