چه کسی ساختار DNA را کشف کرد. اختراعات و اکتشافات

انسان با نفوذ هر چه بیشتر در اسرار هستی سعی کرد به یکی از اصلی ترین سؤالات حکیمان باستانی پاسخ دهد: زندگی چیست، خود انسان چیست؟ رمز و راز تولد موجودات زنده دانشمندان را کمتر از ساختار ستارگان علاقه مند کرد. اکتشافات در زمینه زیست شناسی که در قرن بیستم انجام شد، بشریت را به مرزهای جدیدی رساند و چشم اندازهای واقعاً خارق العاده ای را ترسیم کرد. زیست شناسی مولکولی هنوز یکی از امیدوارکننده ترین علوم زمان ماست.

داروین با توسعه نظریه تکامل موجودات زنده، نتوانست به این سؤال پاسخ دهد که چگونه تغییرات در ساختار و عملکرد موجودات زنده که در فرآیند این تکامل به وجود آمده است در فرزندان ثابت می شود. اما زمانی که کتاب او به تازگی چاپ شده بود، گرگور مندل قبلاً آزمایشات خود را در جمهوری چک تنظیم کرده بود. نتیجه گیری های او پایه و اساس توسعه علم وراثت - ژنتیک را ایجاد کرد که قرار بود مهمترین اسرار جهان را توضیح دهد. با استفاده از مدل نخود، مندل اولین کسی بود که وجود «عوامل ارثی» ویژه (که بعداً «ژن» نامیده شد) را تأیید کرد، که از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شد، در حالی که دارای ویژگی‌های خاصی بود. با این حال، برای مدت طولانی، مکانیسم انتقال خود برای دانشمندان ناشناخته بود.

در همان زمان، آگوست وایزمن جانورشناس در آلمان کار کرد، که صحت این عقیده را بیان و اثبات کرد که انتقال خواص والدین به فرزندان بستگی به انتقال مستقیم برخی از مواد مادی توسط والدین دارد، که به گفته ویزمن، موجود در کروموزوم ها - اندامک های سلول. مهمترین تحقیق برای توسعه ژنتیک متعاقبا توسط توماس مورگان آمریکایی انجام شد. او و همکارانش پس از انجام آزمایش‌های فراوان بر روی مگس‌های میوه، به نتایجی در مورد پایه‌های مادی وراثت، محلی‌سازی خطی ژن‌ها در کروموزوم‌ها، الگوهای تغییرپذیری جهش‌های آنها، مکانیسم سیتوژنتیکی انتقال ارثی آنها و غیره رسیدند. امکان نهایی کردن اصول اولیه وجود دارد نظریه کروموزوموراثت

در سال 1869، بیوشیمی‌دان میشِر، ماده‌ای را که تاکنون ناشناخته بود، از هسته‌های سلول جدا کرد. اسید ضعیف... بعدها، شیمیدان لوین دریافت که ترکیب این اسید شامل کربوهیدرات دئوکسی ریبوز است، به همین دلیل نام آن را اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) گذاشتند. در سال 1920، همان لوین چهار پایگاه نیتروژنی را در DNA شناسایی کرد: آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمیدین (T). بنابراین، در حال حاضر در دهه 20 قرن XX. دانشمندان می دانستند که DNA از چه چیزی ساخته شده است. این اطلاعات بطور اساسی در سال 1950 توسط بیوشیمیدان Chargaf تکمیل شد و کشف کرد که در یک مولکول DNA مقدار A برابر با مقدار T و مقدار G برابر با مقدار C است.

با این حال، با توجه به نقش DNA در ذخیره سازی و انتقال اطلاعات ارثی، سپس برای مدت طولانی فقط حدس هایی در مورد این وجود داشت. در سال 1944، میکروبیولوژیست‌هایی مانند Avery، McCarthy و McLeod برای اولین بار با استفاده از DNA خواص خاصی را از یک میکروب به میکروب دیگر منتقل کردند.

و در 28 فوریه 1953، دو دانشمند جوان از دانشگاه کمبریج، جیمز واتسون و فرانسیس کریک، کشف ساختار مولکول DNA را اعلام کردند. آنها دریافتند که این مولکول یک مارپیچ است که از دو زنجیره تشکیل شده است. هر زنجیره که دارای پایه فسفات قندی است، حاوی بازهای نیتروژنی است. پیوندهای هیدروژنی بین A و T از یک سو و G و C از سوی دیگر، پایداری ساختار دو مارپیچ را تعیین می کند. واتسون و کریک تشخیص دادند که توالی بازهای نیتروژنی در ساختار DNA دو رشته ای یک "کد" است. اطلاعات ژنتیکی، که هنگام کپی (دوبرابر کردن) یک مولکول منتقل می شود. هنگامی که دو رشته DNA از هم جدا می شوند، نوکلئوتیدهای جدیدی را می توان به آنها متصل کرد و یک نوکلئوتید جدید در نزدیکی هر یک از رشته های قدیمی دقیقاً مطابق با آن تشکیل می شود (از آنجا که تنها ترکیب ممکن از نوکلئوتیدهای A - T، G - C است).

مقاله ای توسط واتسون و کریک با عنوان "ساختار مولکولی اسیدهای نوکلئیک" در 25 آوریل 1953 در مجله Nature منتشر شد. در همین شماره مقاله ای توسط دانشمندان لندنی R. Franklin و M. Wilkins منتشر شد که نتایج مطالعه اشعه ایکس یک مولکول DNA را تشریح کرد که نشان داد این مولکول در واقع یک مارپیچ دوگانه است.

کشف واتسون و کریک تقریباً در سراسر جهان شناخته شد (فقط اتحاد جماهیر شوروی دیر شد ، جایی که ژنتیک به لطف تلاش های آکادمیک لیسنکو از بین رفت). قبلاً در سال 1961، زیست شناسان آمریکایی نیرنبرگ و اوچوآ ثابت کردند که مناطق جداگانه DNA رمزگذاری می کنند، یعنی ساختار ساختارهای پروتئینی کاملاً خاص را تعیین می کنند ("سه نوکلئوتید مجاور یک اسید آمینه خاص را کد می کنند"). این دانشمندان کدون های مربوط به هر یک از 20 اسید آمینه را شناسایی کردند.

به طور طبیعی، کشف واتسون و کریک تنها مبنایی برای تحقیقات بیشتر فراهم کرد، اما بدون این اساس، ژنتیک احتمالاً نمی توانست بیشتر توسعه یابد. در سال 1962، هر دو دانشمند جایزه نوبل را دریافت کردند.

در نیمه اول دهه 1970، مولکول های DNA هیبریدی ("DNA-DNA") برای اولین بار به دست آمد که قادر به نفوذ به سلول های منشاء مختلف و تحریک سنتز پروتئین های غیر معمول برای این سلول ها هستند. این تولد یک رشته جدید بود، مهندسی ژنتیک، که بلافاصله به دلیل استفاده بالقوه برای ایجاد سلاح های بیولوژیکی تحت کنترل دولت قرار گرفت. در سال 1977، اولین نسخه از روش "ماشین" برای تعیین توالی های نوکلئوتیدی در یک مولکول DNA ایجاد شد که به شدت تعداد مناطق ژنومی آشکار ("خوانده شده") و ژن های کامل را افزایش داد. در سال 1982، اولین عامل درمانی نسل جدید دریافت شد - انسولین دستکاری شده ژنتیکی. این سلول ها توسط سلول های باکتریایی تولید می شوند که در آنها DNA وارد می شود که ساختار پروتئین انسولین را رمزگذاری می کند. در سال 1983، روشی برای افزایش تعداد مولکول‌های DNA با استفاده از آنزیم پلیمراز، و در سال 1985، روشی برای "اثرانگشت" مولکولی منفرد (یعنی نوعی "اثرانگشت") از هر نمونه DNA اصلی توسعه یافت. این امر امکان مقایسه نمونه های مختلف DNA را با یکدیگر برای تعیین هویت یا برعکس، عدم تشابه آنها ممکن ساخت. این روش‌ها بلافاصله در پزشکی قانونی برای شناسایی بیولوژیک «آثار جرم» و همچنین برای اثبات پدری آغاز شد. فناوری جدید مهندسی ژنتیک برای تولید برخی محصولات غذایی در حال گسترش است. در سال 2000، ژنوم انسان تقریباً به طور کامل رمزگشایی شد. علم به امکان تعیین پیشاپیش فنوتیپ، توانایی، آسیب شناسی فردی که در آستانه تولد است، نزدیک شده است. و نه تنها برای تعریف، بلکه برای اصلاح، جایگزینی "ژن های بیمار" با ژن های "سالم".

از تاریخچه کشف ساختار DNA

در سال 1910 مشخص شد که ژن ها روی کروموزوم ها قرار دارند. اما مشخص نبود که آیا ژن ها از پروتئین ساخته شده اند یا اسید نوکلئیک.

در سال 1928، F. Griffith شروع به مطالعه نقش اسید نوکلئیک در زندگی سلولی در آزمایشات روی پنوموکوک کرد.

دو نوع پنوموکوک وجود دارد. در یکی، یک جفت سلول باکتری توسط یک کپسول احاطه شده است. سلول های نوع دوم بدون کپسول هستند. کپسول از میکروب ها در برابر فاگوسیتوز محافظت می کند. اگر چنین موش هایی را معرفی کنید، آنها می میرند. پنوموکوک بدون کپسول موش ها را مبتلا نمی کند و باعث ذات الریه نمی شود.

تجربه. موش ها با مخلوطی از سلول های پنوموکوک های زنده بدون کپسول و پنوموکوک های مرده با کپسول آلوده شدند.

انتظار می رفت موش ها سالم بمانند. اما آنها بر اثر ذات الریه مردند. باکتری های زنده جدا شده از موش ها دارای کپسول بودند. این پدیده تبدیل سلولی است.

تجربه. میکروبیولوژیست ها پیشنهاد کرده اند که برخی از مواد از پنوموکوک های مرده می تواند سلول های زنده را مجبور به تشکیل کپسول کند. آنها این را در آزمایشات نشان دادند.

پنوموکوک ها با کپسول کشته شدند، آنها را کوبیدند و از این سلول های تخریب شده محلولی تهیه کردند - این یک عصاره است. عصاره ای از سلول های مرده با کپسول به محیط کشت اضافه شد، سپس پنوموکوک های زنده بدون کپسول به این محیط اضافه شد.

نتیجه: برخی از سلول های بدون کپسول به سلول های دارای کپسول تبدیل شدند. فرزندان آنها نیز این کپسول ها را در اختیار داشتند و هنگامی که به موش ها تجویز می شدند، باعث ذات الریه می شدند.

معلوم شد که سلول های بدون کپسول دچار تغییر شدند - آنها شروع به داشتن کپسول کردند و باعث ذات الریه شدند. مهم است که فرزندان آنها نیز کپسول تشکیل داده و باعث ذات الریه شده اند.

نتیجه گیری: 1) علائم پنوموکوک تغییر کرده است، 2) این احتمال بیشتر به دلیل این است که بخشی از عصاره یا بخشی از پنوموکوک شده است.

آزمایشات F. Griffith توسط دانشمندان آمریکایی - میکروبیولوژیست ادامه یافت

از جانب. ایوری (1877-1955) و همکارانش.

آنها این سوال را مطرح کردند که چه ماده ای باعث تبدیل یک سویه پنوموکوک به سویه دیگر می شود؟ برای انجام این کار، آنها آزمایشات F. Griffith را با استفاده از عصاره آنها به جای میکروب ها تکرار کردند.

در آزمایشات با پنوموکوک، عصاره فعالیت تبدیلی خود را در طی تخریب پروتئین ها و RNA موجود در آن حفظ کرد، اما در طی تخریب DNA آن را از دست داد.

نتیجه گیری: DNA ماده تبدیل کننده است. از اینجا، ژن ها از DNA ساخته می شوند.

دگرگونی شامل انتقال ژن ها از پنوموکوک های مرده به موجودات زنده و وارد شدن آنها به کروموزوم میزبان است. در پنوموکوک های بدون کپسول

نقش DNA در سلول با حیات ویروس های حاوی DNA تکمیل شده است. آنها سلول های باکتریایی را آلوده می کنند تا چرخه تولید مثل را در آنها انجام دهند.

در همان زمان، توانایی DNA ویروس برای سنتز نسخه ها و پروتئین های آن کشف شد.

از همه چیز برمی‌آید که DNA زندگی سلول‌های حاوی آن را کنترل می‌کند و قادر است کپی‌هایی از مولکول‌های خود را سنتز کند. به این فرآیند «خود دو برابر شدن» یا تولید مثل می گویند. DNA تنها مولکولی در طبیعت است که می توان آن را کپی کرد.

سهم Acad. N.K. کولتسووا

در سال 1927 دانشمند ما - آکادمی. N.K. کولتسف (1872-1940) نوشت که "یک مولکول فوق العاده طولانی در یک کروموزوم قرار می گیرد و در امتداد آن گروه های جداگانه ای از اتم ها - ژن ها وجود دارد".

او همچنین برای اولین بار گفت: «در طول تقسیم سلولی، چنین مولکول‌هایی از قطعات مجزا دوباره ایجاد نمی‌شوند، بلکه ابتدا نسخه‌های دقیقی روی خود می‌سازند و سپس مولکول اصلی و کپی همراه با کروموزوم‌های دختر به شکل جدید پراکنده می‌شوند. سلول ها." این اصل ماتریس تکثیر ژن ها و سپس کروموزوم ها قبل از تقسیم سلولی به دو است.

اینکه چگونه تکثیر DNA قبل از تقسیم سلولی رخ می دهد، برای چندین دهه برای زیست شناسان یک معماست. دانشمندان حدس زدند که برای درک این موضوع باید موارد زیر را بدانید: 1) ساختار DNA و 2) روش های آرایش نوکلئوتیدها در یک مولکول.

در سال 1950 مشخص شد که DNA مولکولی است که از هزاران مولکول تشکیل شده است که در یک خط چهار تایی به یکدیگر متصل هستند. انواع مختلف- نوکلئوتیدها.

E. Chargaff (1950) نشان داد که در هر DNA مقدار آدنین برابر با مقدار تیمین (A = T) و مقدار گوانین برابر با مقدار سیتوزین (G = C) است. این نشان داد که آنها در مولکول DNA جفت هستند: AT. G-C.

R. Fraklin (1920-1958) در آزمایشگاه M. Wilkins با روش کریستالوگرافی اشعه ایکس "تصویر معروف اکنون از تصویر ساختار DNA" را دریافت کرد.

با این حال، از این دانش مشخص نشد: این مولکول چگونه کار می کند یا چگونه به نظر می رسد؟ هیچ کس نمی دانست چگونه واحدهای شیمیایی - A، T، G، C - مرتب شده اند تا اطلاعاتی در مورد طرح ساختار و تولید مثل موجودات زنده داشته باشند.

مدل مولکول DNA

D. Watson و F. Crick شروع به ایجاد مدلی از یک مولکول DNA، مانند L. Pauling - برای مطالعه ساختار فضایی یک پروتئین کردند. این به درک جزئیات ساختار و عملکردهای احتمالی DNA کمک می کند.

پس از انجام محاسبات، آنها 18 ماه را صرف ساختن یک مدل و ایجاد یک مدل DNA کردند. اما آنها مطمئن نبودند که آیا این مدل درست است یا خیر.

رهبر R. Franklin - M. Wilkins به D. Watson اجازه داد تا با تصویر اشعه ایکس مولکول DNA آشنا شود، بدون اینکه چیزی به R. Franklin بگوید. وقتی D. Watson تصویر دریافت شده توسط R. Franklin را دید، فهمید: "او و F. Creek اشتباه نکردند." در این تصویر به وضوح دیدند نشانه هامارپیچ و مستقیماً به آزمایشگاه رفت تا "همه چیز را در یک مدل حجمی" بررسی کند.

به دلیل کمبود صفحات، D. Watson چهار نوع طرح نوکلئوتیدی را از مقوا جدا کرد: آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C) و شروع به چیدن آنها روی میز کرد.

او بلافاصله متوجه شد که آدنین با تیمین و گوانین با سیتوزین به صورت قفل کلید ترکیب می‌شوند و جفت‌هایی را تشکیل می‌دهند. اینگونه است که دو زنجیره مولکول DNA در کنار هم قرار می گیرند.

توالی این جفت ها در یک مولکول می تواند بی نهایت متفاوت باشد. این به عنوان رمز یا کدی عمل می کند که اطلاعات با آن رمزگذاری می شوند، که نوع پروتئین سنتز شده توسط یک سلول مشخص را تعیین می کند (شکل 1).

برنج. یکی

پایه ها متصل هستند پیوند های هیدروژنی.

مولکول DNA دو وظیفه دارد: 1) انتقال اطلاعات به فرزندان، به عنوان مثال. سلول های دختر و 2) اطلاعات را در داخل سلول پیاده سازی می کنند.

از ساختار مارپیچ دوگانه، بلافاصله یک پیامد مستقیم را می بینید - همانند سازی، یعنی. تولید مثل DNA روش: واگرایی دو زنجیره مکمل و ساخت یک زنجیره مکمل جدید برای هر یک از آنها. بنابراین از یک مولکول DNA دو مولکول تشکیل می شود که برای تقسیم سلولی به دو مورد نیاز است. خطاهای تکرار، یعنی جهش دلیل تبدیل یک سلول طبیعی به یک سلول معیوب است (شکل 2 و 3).

بنابراین، اصل ماتریس همانندسازی DNA قبل از تقسیم ثابت شد.

سلول ها، پیش بینی شده توسط دانشمند بزرگ، آکادمی. N.K. کولتسف. دو قسمت از مولکول از یکدیگر جدا شده است، برای هر یک از آنها یک نیمه جدید از مولکول سنتز می شود. ترتیب پایه ها در نقش ماتریس یا قالبی برای گسترش مولکول ها است.

DNA - مخزن اطلاعات ژنتیکی

اطلاعات مربوط به سنتز هر نوع پروتئین در DNA به شکل توالی خطی خاصی از بازها ذخیره می شود.

در سال 1961 F. Crick ثابت کرد که هر گروه از سه پایه یک کدون تشکیل می دهد. یک کدون یک اسید آمینه از 20 اسید آمینه اصلی را رمزگذاری می کند.

برای انتقال اطلاعات در مورد ساختار پروتئین از هسته سلول، mRNA وجود دارد. این یک کپی از قطعه ای از رشته DNA الگوی کدگذاری است. به جای تیمین حاوی اوراسیل است.

یک پروتئین، پیوند نهایی در اجرای اطلاعات ژنتیکی، از mRNA در ریبوزوم با کمک RNA انتقالی سنتز خواهد شد. از آنجایی که DNA به عنوان مخزن اطلاعات ژنتیکی عمل می کند، مولکول حیات نامیده می شود.

قبل از اینکه D. Watson و F. Crick شروع به کار بر روی ساختار DNA کنند، چیزهای زیادی از قبل شناخته شده بود.

R. Franklin در سال 1951 برای اولین بار اولین اشعه ایکس منحصر به فرد یک مولکول DNA را دریافت کرد، جایی که می توان مشاهده کرد که این مولکول دارای شکل یک مارپیچ دوتایی است که بسیار شبیه به یک پلکان مارپیچ است. عکس های او نقش تعیین کننده ای در کشف D. Watson و F. Crick داشتند. به عنوان نشانه ای از این، R. Franklin "پیشگام" زیست شناسی مولکولی نامیده می شود.

D. Watson، F. Crick و M. Wilkins در سال 1962 برای کشف ساختار DNA و عملکردهای آن برنده جایزه نوبل شدند. آر. فرانکلین درگذشت. او در سال 1958 بر اثر سرطان درگذشت.

انقلاب در دنیای علم

کشف ساختار فضایی DNA مبنایی برای تعدادی از اکتشافات جدید شد.

در دهه 60. قرن XX مکانیسم تکثیر DNA تایید شد، آنزیمی به نام DNA پلیمراز کشف شد که این فرآیند را کاتالیز می کند.

کد ژنتیکی باز است، یعنی. کدی که توسط آن پروتئین ها در سلول سنتز می شوند.

در دهه 70. قرن XX دو روش دیگر ایجاد شد: توالی یابی و تولید DNA نوترکیب.

تهیه DNA نوترکیب یا روش شبیه سازی مولکولی. ماهیت این روش این است که یک قطعه حاوی یک ژن خاص به یک مولکول DNA وارد می شود.

به عنوان مثال، آنها آن را وارد یک باکتری می کنند و محصول خود را - پروتئینی که یک فرد به آن نیاز دارد - سنتز می کند.

در دهه 80. قرن XX پلیمراز توسعه یافته است واکنش زنجیره ای(PCR). این فناوری برای "تکثیر" سریع قطعه DNA مورد نظر ضروری است.

با کمک PCR، تشخیص زودهنگام عفونت های باکتریایی و ویروسی و همچنین اولین سلول های سرطانی در بدن بیمار توسط ژن های نشانگر آنها امکان پذیر است.

به عنوان مثال، قطعاتی از ژن های نشانگر سلول سرطانی را می توان در پلاسمای خون بیمار یافت. اگر قطعه به مقدار کم یا فقط باشد، با استفاده از PCR گسترش می یابد و سپس به راحتی شناسایی می شود.

کشف ساختار DNA این امکان را برای دانشمندان فراهم کرد تا ژنوم انسان و بسیاری از موجودات دیگر را رمزگشایی کنند. این کشف امکان تبدیل به ژن درمانی برای هر بیماری از جمله سرطان را فراهم کرد.

سلول سرطانی توسط سیستم ایمنی بدن بیمار به خوبی تشخیص داده نمی شود، زیرا از سلول طبیعی ارگانیسم میزبان ناشی می شود.

بنابراین، برای از بین بردن سلول های سرطانی با استفاده از ژن درمانی، ابتدا باید سلول های سرطانی را با سیستم ایمنی «بیگانه» کرد.

خیلی راه ها برای انجام دادن این وجود دارد. می توان سلول های سرطانی را از مواد بیوپسی سرطان جدا کرد، یک ژن "خارجی" را به آنها وارد کرد و سپس این سلول های سرطانی را به بدن بیمار بازگرداند. در این صورت، سیستم ایمنی توسط پروتئین این ژن، سلول های سرطانی را «خارجی» تشخیص داده و آنها را از بین می برد.

در آزمایشات روی حیوانات، این روش تأثیرگذاری بر DNA سلول های سرطانی نتایج مثبت دلگرم کننده ای به همراه داشت. اما برای درمان بیماران سرطانی، روش مشابهی هنوز در مرحله آزمایشات بالینی است.

(E.D.Sverdlov، 2003).

به سوی عصر "تکنولوژی زندگی"

و کاملاً غیر معمول - آغاز دوره جدیدی از "فناوری های زنده". دانشمندان تعدادی از کشورها اعلام می کنند که تقریباً آماده ایجاد "حیات مصنوعی" هستند. زیست زایی

تا زمانی که تعریف واحدی از زنده وجود نداشته باشد، با سه ویژگی مشخص می شود. 1) وجود یک ظرف، به عنوان مثال. غشاء حاوی محتویات سلول؛

2) متابولیسم - توانایی تبدیل پایه مواد مغذیبه مکانیسم های کاری سلول؛ 3) وجود ژن - ساختارهای شیمیایی لازم برای ساخت سلول که می تواند به فرزندان منتقل شود و همراه با تغییرات محیط تغییر کند.

هر یک از این سه عنصر قبلاً در آزمایشگاه‌ها تکثیر شده‌اند، دانشمندان آماده هستند تا تلاش کنند تا همه اینها را "در یک واحد کاری" ترکیب کنند، یعنی. قفس.

اگر موفقیت آمیز باشد، «دنیای ماشین‌های زنده فوق‌العاده کوچک خواهد بود: سلول‌های ویژه بدن انسان را بهبود می‌بخشند و با آلاینده‌ها مبارزه می‌کنند. محیطمواد ".

دانشمندان وظیفه فوری علم را ایجاد یک "سلول مصنوعی" می دانند که قادر به بازتولید خود و تولید منحصر به فرد باشد. مواد شیمیاییاز جمله داروهایی که هنوز سنتز نشده اند.

«جانداران مصنوعی» تحت کنترل کامل انسان خواهند بود، مثلاً با عناصری که در طبیعت به صورت خالص یافت نمی شوند، به او «تغذیه» می کنند.

سنتز ویروس ها و آغاز سنتز سلولی

1. پروفسور E. Wimmer و گروهش از نیویورک در سال 2002، برای اولین بار از زمان تولد "زندگی" روی زمین، ویروس فلج اطفال را از مواد بی جان ایجاد کردند.

دانشمندان استدلال می کنند: آیا ویروس ها موجودات زنده هستند یا اشیاء بی جان؟

ذهن استنلی، برنده جایزه نوبل، معتقد است که "ویروس در سلول مانند یک موجود زنده رفتار می کند و در خارج از سلول مانند یک سنگ مرده است."

جی نادسون، میکروبیولوژیست ما می گوید: ویروس یا ماده ای است با خواص یک موجود یا موجودی با خواص یک ماده.

آکادمی V.A. انگلهارت، دانشمند ما، نوشت: «بسیاری از ویروس ها فقط از پروتئین و اسید نوکلئیک تشکیل شده اند. آنها را می توان به عنوان ترکیبات شیمیایی - نوکلئوپروتئین ها طبقه بندی کرد.

ژنوم ویروس فلج اطفال به طور کامل رمزگشایی شده است. بر این اساس، دانشمندان توالی دقیق نوکلئوتیدهای مربوط به یک نمونه طبیعی را جمع آوری کرده اند.

این ماده ژنتیکی در محلول سیتوپلاسمی مانند قرار داده شد. در آن، با توجه به اطلاعات موجود در DNA، پروتئین های لازم سنتز شد.

پروفسور E. Wimmer گزارش می دهد که به محض قرار دادن تمام اجزای ژنتیکی در لوله آزمایش، ویروس بلافاصله "خودآرایی" می شود. به عبارت دیگر،

زندگی، یا حداقل ظاهرش، نیمی از نوبت شروع شد.»

ویروس ایجاد شده دقیقاً شبیه نمونه طبیعی خود بود. برای اثبات فعالیت این ویروس، دانشمندان موش ها را با آن آلوده کردند. حیوانات با علائم کلاسیک فلج اطفال مردند.

برای جمع آوری ژنوم ویروس فلج اطفال پروفسور. E. Wimmer سه سال طول کشید.

در همان آزمایشگاه، جی کریگ ونتر ویروس را در 14 روز سنتز کرد.

2. سنتز ویروس مصنوعی فی-X174. این یک باکتریوفاژ است که در طبیعت وجود دارد و برای انسان و حیوانات بی خطر است.

K. Venter و گروهش چندین بخش از DNA را گرفتند و آنها را به هم متصل کردند و ژنوم کاملی از ویروس را ایجاد کردند که حاوی یازده ژن است. این مخلوط در یک لوله آزمایش قرار داده شد، جایی که به طور مستقل در یک زنجیره ژنتیکی یکسان با ژنوم phi-X174 مونتاژ شد. پس از آن، ژنوم مونتاژ شده در یک سلول زنده کاشته شد که شروع به ساختن کپی از ویروس کرد.

3. دانشمندان آمریکایی شکلی از زندگی ناشناخته در طبیعت ایجاد خواهند کرد. دانشمندان آزمایشگاه Rockville قصد خود را برای ایجاد با کمک مهندسی ژنتیک اعلام کردند فرم جدیدزندگی - 11/21/2002.

هدف این پروژه بررسی مکانیسم های اساسی منشاء و توسعه حیات ارگانیک است. مشارکت کنندگان اصلی ژنتیک K. Venter و برنده جایزه نوبلاچ اسمیت.

هدف از این آزمایش ایجاد یک سلول است که پایه ای برای تشکیل یک موجود زنده با حداقل مجموعه ای از ژن ها برای حمایت از زندگی است.

اگر آزمایش موفقیت آمیز باشد، سلول رشد یافته رشد کرده و تقسیم می شود، بنابراین یک ساختار سلولی کامل ایجاد می شود که در طبیعت وجود ندارد. این یک ارگانیسم "مینیمالیستی" خواهد بود.

در اواخر دهه 1990 قرن XX. K. Venter - در آن زمان رئیس موسسه تحقیقات ژنومی در راکویل (ایالات متحده آمریکا) - فهرستی از ژن های لازم برای وجود را منتشر کرد. ارگانیسم تک سلولی، - مایکوپلاسما. بر اساس محاسبات وی، این ساکن دستگاه تناسلی انسان می تواند با 300 ژن از 517 ژن خود که در این میکروب یک کروموزوم را تشکیل می دهد، زندگی خود را ادامه دهد.

این پروژه به مدت 3 سال بر اساس همین باکتری است. دانشمندان قصد دارند تمام مواد ژنتیکی را از سلول آن استخراج کنند، سپس یک زنجیره ژن مصنوعی را از "قطعات" آن جمع آوری کنند. کروموزوم این فقط شامل آن دسته از ژن‌های باکتریایی می‌شود که برای حمایت از حیات یک ارگانیسم جدید «کاملاً ضروری» هستند. در مرحله نهایی، زنجیره ژنی مونتاژ شده در سلولی عاری از مواد ژنتیکی گنجانده می شود.

سپس "جالب ترین چیز این است که اتفاق بیفتد، آزمایش برای چه چیزی در نظر گرفته شده است" - احیای باکتری. مشاهدات بیشتر از چنین ارگانیسم نیمه طبیعی به دنبال خواهد بود: چگونه زندگی می کند و تولید مثل می کند.

"ما به این موضوع علاقه مندیم که آیا می توان به تعریف مولکولی از زندگی دست یافت و هدف اصلی ما درک اساسی اجزای ابتدایی ترین سلول زنده است."

برای جلوگیری از ایجاد یک عامل بیماری زا، K. Venter و H. Smith "مایکوپلاسما" جدید را از ژن‌هایی که مسئول اتصال آن به سلول‌های بدن انسان هستند، و سپس ژن‌هایی که به آن اجازه می‌دهند در شرایط نامطلوب زنده بماند، محروم می‌کنند. نتیجه "موجودی نسبتاً شکننده است که کاملاً به سازندگانش وابسته است."

وظیفه تحقیق نیز یادگیری چگونگی ایجاد مصنوعی ژن های مختلف است. K. Venter می گوید: «این واقعاً علم پایه است. - زوج

با وجود این واقعیت که ما تمام ژن های ژنوم انسان را پیدا کرده ایم، هنوز نتوانسته ایم راز ساده ترین سلول را درک کنیم. این همان کاری است که اکنون می خواهیم انجام دهیم."

K. Venter و H. Smith و گروه های آنها گزینه دیگری برای ایجاد یک سلول زنده دارند: به طور مصنوعی در آزمایشگاه این ژن های اساسی را سنتز کنند، آنها را در یک زنجیره جمع کنند، و سپس آنها را به همان باکتری معرفی کنند، که تمام ژنتیکی آن از آنجاست. مطالب اولیه حذف خواهد شد

ونتر چه چیزی را در وظیفه خود قرار داده است - ارائه "تعریف مولکولی از زندگی"؟

هر سلولی مانند بدن به عنوان یک کل از مولکول ها ساخته شده است. ساختار و ترکیب آنها و همچنین برهمکنش آنها در ژن ها نهفته است. در طول تکامل، هر مولکول متناسب با عملکرد خود در سلول طراحی شده است. یک سلول تجمع بی نظم مولکول ها نیست، بلکه "ترتیب آنها" است، یعنی سازمان، زیرا توسط ژن ها از طریق محصولات - پروتئین ها ساخته می شود. آن را از بین ببرید، سپس اگرچه این مولکول‌های سلول به شکل مخلوط باقی می‌مانند، اما قبلاً مرده است، زیرا از بین رفته است. سازمان مولکولیسلول ها. و در روند تکامل "زنده" ایجاد شد.

از این رو: K. Venter با حداقل ژن تلاش می کند تا چنین سازمانی از مولکول های بی جان را به دست آورد که به "زنده" تبدیل می شوند. این زیست زایی خواهد بود.

مسکو، 25 آوریل - ریانووستی، تاتیانا پیچوگینا.دقیقاً 65 سال پیش، دانشمندان بریتانیایی جیمز واتسون و فرانسیس کریک مقاله ای را در مورد رمزگشایی ساختار DNA منتشر کردند و پایه های یک علم جدید - زیست شناسی مولکولی را گذاشتند. این کشف تغییرات زیادی در زندگی بشر ایجاد کرده است. ریا نووستی در مورد خواص مولکول DNA و چرایی اهمیت آن صحبت می کند.

در نیمه دوم قرن نوزدهم، زیست شناسی علمی بسیار جوان بود. دانشمندان تازه شروع به مطالعه سلول کرده بودند و مفهوم وراثت، اگرچه قبلاً توسط گرگور مندل فرموله شده بود، مقبولیت گسترده ای پیدا نکرد.

در بهار سال 1868، یک پزشک جوان سوئیسی به نام فردریش میشر برای تحصیل به دانشگاه توبینگن (آلمان) آمد. کار علمی... او قصد داشت دریابد که سلول از چه موادی ساخته شده است. برای آزمایش، لکوسیت ها را انتخاب کردم که به راحتی از چرک به دست می آیند.

میشر با جدا کردن هسته از پروتوپلاسم، پروتئین و چربی، ترکیبی با محتوای فسفر بالا کشف کرد. او این مولکول را نوکلئین نامید («هسته» در لاتین هسته است).

این ترکیب دارای خواص اسیدی بود، بنابراین اصطلاح " اسید نوکلئیک". پیشوند آن" deoxyribo "به این معنی است که مولکول حاوی گروه های H و قند است. سپس معلوم شد که در واقع یک نمک است، اما نام آن تغییر نکرده است.

در آغاز قرن بیستم، دانشمندان قبلاً می دانستند که نوکلئین یک پلیمر است (یعنی یک مولکول انعطاف پذیر بسیار طولانی از واحدهای تکرار شونده)، واحدها از چهار پایه نیتروژنی (آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین) و نوکلئین تشکیل شده اند. در کروموزوم ها وجود دارد - ساختارهای فشرده ای که در سلول های در حال تقسیم ایجاد می شوند. توانایی آنها در انتقال صفات ارثی توسط توماس مورگان، ژنتیک شناس آمریکایی، در آزمایشات روی مگس میوه نشان داده شد.

مدل توضیح دهنده ژن ها

اما آنچه اسید دئوکسی ریبونوکلئیک یا به اختصار DNA در هسته سلول انجام می دهد، برای مدت طولانی مشخص نبود. تصور می شد که نوعی نقش ساختاری در کروموزوم ها ایفا می کند. واحدهای وراثت - ژن ها - به ماهیت پروتئین نسبت داده شدند. این پیشرفت توسط محقق آمریکایی اسوالد اوری انجام شد که به طور تجربی ثابت کرد که مواد ژنتیکی از طریق DNA از باکتری به باکتری منتقل می شود.

مشخص شد که DNA نیاز به مطالعه دارد. اما چگونه؟ در آن زمان فقط اشعه ایکس در دسترس دانشمندان بود. برای درخشش مولکول های بیولوژیکی از طریق آنها، آنها باید متبلور می شدند و این دشوار است. رمزگشایی ساختار مولکول های پروتئین با الگوهای پراش اشعه ایکس در آزمایشگاه کاوندیش (کمبریج، بریتانیای کبیر) انجام شد. محققین جوان جیمز واتسون و فرانسیس کریک که در آنجا کار می کردند، داده های تجربی خود را در مورد DNA نداشتند، بنابراین آنها از عکس های رادیوگرافی همکاران از کالج کینگ موریس ویلکینز و روزالیند فرانکلین استفاده کردند.

واتسون و کریک مدلی از ساختار DNA ارائه کردند که دقیقاً با الگوهای پراش پرتو ایکس مطابقت دارد: دو رشته موازی در یک مارپیچ سمت راست پیچ خورده اند. هر زنجیره توسط مجموعه‌ای دلخواه از پایه‌های نیتروژنی تا می‌شود که بر روی ستون فقرات قندها و فسفات‌های آن‌ها قرار گرفته و توسط پیوندهای هیدروژنی که بین پایه‌ها کشیده شده است، به هم متصل می‌شوند. علاوه بر این، آدنین فقط با تیمین و گوانین با سیتوزین ترکیب می شود. این قاعده را اصل مکملیت می نامند.

مدل واتسون و کریک چهار عملکرد اصلی DNA را توضیح دادند: همانندسازی ماده ژنتیکی، ویژگی آن، ذخیره اطلاعات در یک مولکول و توانایی آن برای جهش.

دانشمندان کشف خود را در 25 آوریل 1953 در مجله Nature منتشر کردند. ده سال بعد، او و موریس ویلکینز جایزه نوبل زیست شناسی را دریافت کردند (رزالیند فرانکلین در سال 1958 بر اثر سرطان در سن 37 سالگی درگذشت).

اکنون، بیش از نیم قرن بعد، می توانیم بگوییم که کشف ساختار DNA همان نقشی را در توسعه زیست شناسی ایفا کرد که کشف هسته اتم در فیزیک. روشن شدن ساختار اتم منجر به تولد یک فیزیک کوانتومی جدید و کشف ساختار DNA منجر به تولد یک زیست شناسی مولکولی جدید شد. مهم ترین مولکول ".

کد ژنتیکی

اکنون تنها چیزی که باقی مانده بود این بود که بفهمیم این مولکول چگونه کار می کند. مشخص بود که DNA حاوی دستورالعمل هایی برای سنتز پروتئین های سلولی است که تمام کارها را در سلول انجام می دهند. پروتئین ها پلیمرهایی هستند که از مجموعه های تکرار شونده (توالی) اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. علاوه بر این، تنها بیست اسید آمینه وجود دارد. گونه های جانوری با مجموعه ای از پروتئین ها در سلول ها، یعنی توالی های مختلف اسیدهای آمینه با یکدیگر تفاوت دارند. ژنتیک استدلال می‌کرد که این توالی‌ها توسط ژن‌ها داده می‌شوند، که سپس اعتقاد بر این بود که اولین بلوک‌های سازنده حیات هستند. اما هیچ کس دقیقاً نمی دانست که ژن ها چیست.

وضوح توسط نویسنده نظریه معرفی شد مهبانگفیزیکدان گئورگی گاموف، کارمند دانشگاه جورج واشنگتن (ایالات متحده آمریکا). بر اساس مدل مارپیچ DNA دو رشته ای توسط واتسون و کریک، او پیشنهاد کرد که یک ژن قطعه ای از DNA است، یعنی یک توالی مشخص از پیوندها - نوکلئوتیدها. از آنجایی که هر نوکلئوتید یکی از چهار پایه نیتروژنی است، فقط باید بفهمید که چگونه این چهار عنصر بیست عنصر را رمزگذاری می کنند. این ایده پشت کد ژنتیکی بود.

در اوایل دهه 1960، مشخص شد که پروتئین ها از اسیدهای آمینه در ریبوزوم ها - نوعی "کارخانه" در داخل سلول، سنتز می شوند. برای شروع سنتز پروتئین، یک آنزیم به DNA نزدیک می شود، یک مکان خاص را در ابتدای ژن تشخیص می دهد، یک کپی از ژن را به شکل یک RNA کوچک سنتز می کند (به آن الگو می گویند)، سپس پروتئینی از آمینو رشد می کند. اسیدهای موجود در ریبوزوم

آنها همچنین دریافتند که کد ژنتیکی سه حرفی است. این بدان معنی است که سه نوکلئوتید با یک اسید آمینه مطابقت دارد. واحد کد کدون نامیده می شد. در ریبوزوم، اطلاعات mRNA به ترتیب کدون به کدون خوانده می شود. و هر یک از آنها با چندین اسید آمینه مطابقت دارد. رمز چگونه به نظر می رسد؟

این سوال توسط مارشال نیرنبرگ و هاینریش ماتی از ایالات متحده پاسخ داده شد. در سال 1961، آنها برای اولین بار نتایج خود را در یک کنگره بیوشیمی در مسکو ارائه کردند. تا سال 1967، کد ژنتیکی کاملاً رمزگشایی شده بود. معلوم شد که این برای همه سلول های همه موجودات جهانی است، که پیامدهای گسترده ای برای علم داشت.

کشف ساختار DNA و کد ژنتیکی به طور کامل تغییر جهت داد تحقیقات بیولوژیکی... این واقعیت که هر فرد دارای یک توالی DNA منحصر به فرد است، اساساً علم پزشکی قانونی را تغییر داده است. رمزگشایی ژنوم انسان به انسان شناسان روش کاملا جدیدی برای مطالعه تکامل گونه ما داده است. ویرایشگر DNA CRISPR-Cas که اخیراً اختراع شده است، مهندسی ژنتیک را بسیار به جلو برده است. ظاهراً این مولکول راه حلی برای مشکلات مبرم بشریت ذخیره می کند: سرطان، بیماری های ژنتیکی، سالخورده.

V. Ivanov، دکترای علوم فیزیک و ریاضی

شصت سال پیش، یک کار شگفت انگیز انجام شد کشف علمی... در 25 آوریل 1953، مقاله ای در مورد نحوه عملکرد مرموزترین مولکول، مولکول اسید دئوکسی ریبونوکلئیک منتشر شد. به اختصار DNA نامیده می شود. این مولکول در تمام سلول های زنده همه موجودات زنده یافت می شود. دانشمندان بیش از صد سال پیش آن را کشف کردند. اما پس از آن هیچ کس نمی دانست این مولکول چگونه چیده شده است و چه نقشی در زندگی موجودات زنده دارد.
فیزیکدان انگلیسی فرانسیس کریک و زیست شناس آمریکایی جیمز واتسون سرانجام موفق شدند این راز را کشف کنند. کشف آنها بسیار مهم بود. و نه تنها برای زیست شناسان، که در نهایت نحوه عملکرد مولکول را که تمام خواص یک موجود زنده را کنترل می کند، یاد گرفته اند. یکی از بزرگترین اکتشافات بشر به گونه ای انجام شد که کاملاً غیرممکن است بگوییم این کشف متعلق به کدام علم است - شیمی، فیزیک و زیست شناسی تا این حد در آن ادغام شده اند. این آمیختگی علوم بارزترین ویژگی کشف کریک و واتسون است.

یک مولکول که می توانید به طور متفاوت به آن نگاه کنید

دانشمندان مدتهاست که به راز خاصیت اصلی همه موجودات زنده - تولید مثل علاقه مند بوده اند. چرا بچه ها - چه در مورد مردم صحبت کنیم، چه خرس ها، چه ویروس ها - مانند پدر و مادر و پدربزرگ و مادربزرگ خود هستند؟ برای کشف این راز، زیست شناسان موجودات مختلفی را مورد مطالعه قرار دادند.
و دانشمندان دریافته اند که ذرات خاص یک سلول زنده - کروموزوم ها - مسئول شباهت کودکان و والدین هستند. آنها شبیه چوب های کوچک هستند. بخش های کوچکی از کروموزوم میله ای را ژن می نامیدند. ژن های زیادی وجود دارد و هر کدام مسئول نشانه هایی از ارگانیسم آینده است. اگر در مورد یک شخص صحبت کنیم، یک ژن رنگ چشم را تعیین می کند، دیگری شکل بینی را تعیین می کند ... اما دانشمندان نمی دانستند که این ژن از چه چیزی تشکیل شده و چگونه کار می کند. درست است، قبلاً شناخته شده بود: کروموزوم ها حاوی DNA هستند و DNA با ژن ها ارتباط دارد.
دانشمندان مختلف می خواستند راز این ژن را حل کنند: هر کدام از نقطه نظر علم خود به این راز نگاه کردند. اما برای اینکه بفهمیم یک ژن، ذره کوچکی از DNA، چگونه کار می‌کند، لازم بود بدانیم که خود مولکول چگونه مرتب شده است و از چه چیزی تشکیل شده است.
شیمیدانانی که تحقیق می کنند ترکیب شیمیاییمواد، ترکیب شیمیایی مولکول DNA را مطالعه کردند. فیزیکدانان شروع به اسکن DNA با اشعه ایکس کردند، روشی که معمولاً کریستال ها را اسکن می کنند تا بفهمند این کریستال ها چگونه کار می کنند. و آنها متوجه شدند که DNA مانند یک مارپیچ است.
طبیعتاً زیست شناسان بیشترین علاقه را به معمای ژن داشتند. و واتسون تصمیم گرفت با مشکل این ژن مقابله کند. او برای اینکه از بیوشیمی دانان پیشرفته بیاموزد و در مورد ماهیت ژن بیشتر بداند، از آمریکا به اروپا سفر کرد.
در آن زمان، واتسون و کریک هنوز یکدیگر را نمی شناختند. واتسون که مدتی در اروپا کار کرده بود، هیچ پیشرفت قابل توجهی در توضیح ماهیت این ژن نداشت.
اما روی یکی از کنفرانس های علمیاو آموخت که فیزیکدانان ساختار مولکول DNA را با استفاده از روش های فیزیکی خود مطالعه می کنند. واتسون با آموختن این موضوع متوجه شد که فیزیکدانان به او کمک خواهند کرد تا راز این ژن را کشف کند و به انگلستان رفت و در آنجا در یک آزمایشگاه فیزیک که در آن مولکول‌های بیولوژیکی مورد مطالعه قرار می‌گرفت، مشغول به کار شد. اینجا بود که واتسون و کریک با هم آشنا شدند.

چگونه فیزیکدان کریک به زیست شناسی علاقه مند بود

کریک هیچ علاقه ای به زیست شناسی نداشت. تا اینکه به کتاب شرودینگر فیزیکدان معروف "زندگی از دیدگاه فیزیک چیست؟" برخورد کرد.
در این کتاب، نویسنده پیشنهاد کرد که کروموزوم مانند یک کریستال است. شرودینگر متوجه شد که "تولید مجدد" ژن ها شبیه رشد یک کریستال است و به دانشمندان پیشنهاد کرد که ژن را به عنوان یک کریستال در نظر بگیرند. کریک و سایر فیزیکدانان به این پیشنهاد علاقه مند بودند. از همین رو.
یک کریستال یک جسم فیزیکی بسیار ساده در ساختار است: در آن همان گروه از اتم ها همیشه تکرار می شود. و دستگاه این ژن بسیار پیچیده در نظر گرفته شد، زیرا تعداد زیادی از آنها وجود دارد و همه آنها متفاوت هستند. اگر ژن ها از ماده DNA تشکیل شده باشد و مولکول DNA به همان شکل یک کریستال ساخته شده باشد، معلوم می شود: هم پیچیده و هم ساده است. چطور؟ واتسون و کریک فهمیدند که فیزیکدانان و زیست شناسان اطلاعات کمی در مورد مولکول DNA دارند. درست است، شیمیدانان چیزی در مورد DNA می دانستند.

چگونه واتسون به شیمیدان ها و شیمیدان ها کمک کرد تا فریاد بزنند

شیمیدانان می دانستند که چهار ترکیب شیمیایی در مولکول DNA وجود دارد: آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین. آنها با حروف اول مشخص شدند - A، T، G، C. و آدنین به اندازه تیمین و گوانین - به اندازه سیتوزین وجود داشت. چرا؟ شیمیدان ها نتوانستند این را بفهمند.
آنها حدس زدند: ربطی به ساختار مولکول داشت. اما آنها نمی دانستند چگونه. زیست شناس واتسون به شیمیدان ها کمک کرد.
واتسون به این واقعیت عادت دارد که در طبیعت زنده چیزهای زیادی به صورت جفت یافت می شود: یک جفت چشم، یک جفت دست، یک جفت پا، مثلاً دو جنس وجود دارد: نر و ماده... به نظر می رسید که او که یک مولکول DNA نیز می تواند از دو زنجیره تشکیل شده باشد. اما اگر DNA مانند یک مارپیچ است، همانطور که فیزیکدانان با کمک اشعه ایکس دریافته اند، پس چگونه در این مارپیچ این دو زنجیره به یکدیگر متصل می شوند؟ واتسون پیشنهاد کرد که با کمک A، G، C و T که مانند دست ها به سمت یکدیگر دراز می شوند. برش خطوط کلی اینها ترکیبات شیمیاییواتسون آنها را برای مدت طولانی به این طرف و آن طرف استفاده کرد، تا اینکه ناگهان دید: آدنین کاملاً با تیمین و گوانین با سیتوزین ترکیب می شود.
واتسون در این مورد به کریک گفت. او به سرعت متوجه شد که مارپیچ دوگانه در واقعیت چگونه باید باشد - در فضا، نه در نقاشی.
هر دو دانشمند شروع به ساخت یک مدل DNA کردند.
"ساختن" چگونه است؟ که چگونه. از مجموعه ساختمانی مولکولی که شبیه به مجموعه ساخت اسباب بازی کودکان است. در سازنده مولکولی، جزئیات توپ-اتم هستند که با دکمه هایی به ترتیبی که اتم ها در ماده قرار دارند به یکدیگر بسته می شوند.
طراح مولکولی توسط دانشمند دیگری - شیمیدان پاولینگ - اختراع شد. او مدل‌هایی از مولکول‌های پروتئین ساخت و متوجه شد که این مولکول‌ها باید دارای مناطقی باشند که شبیه به مارپیچ هستند. خیلی زود این توسط فیزیکدانان آزمایشگاهی که کریک در آن کار می کرد تأیید شد. یک مشکل بیولوژیکی مهم از نظر تئوری حل شد.
کریک روش پاولینگ را به قدری دوست داشت که به واتسون پیشنهاد ساخت مدل DNA با استفاده از سازنده مولکولی را داد. به این ترتیب مدل DNA دابل هلیکس معروف ساخته شد که در تصویر مشاهده می کنید.
و آنچه قابل توجه است: با توجه به این واقعیت که A در یک زنجیره می تواند فقط با T در زنجیره دیگر "به هم بچسبد" و G - فقط با C، قانون "شیمیایی" به طور خودکار انجام می شود که طبق آن مقدار A برابر است. به مقدار T، و مقدار G مقدار C است. اما مهمترین چیز این است که با نگاهی به مارپیچ دوگانه DNA، بلافاصله مشخص می شود که چگونه معمای تولید مثل ژن را حل کنیم. کافی است یک پیگ دم از DNA را "باز کنید" و هر زنجیره می تواند یک زنجیره جدید را روی خود تکمیل کند تا A با T به هم بچسبد و G - با C: یک ژن وجود داشت - دو ژن وجود دارد. با توجه به این واقعیت که اندازه های جفت AT و G-C یکسان است، مولکول DNA در ساختار واقعا شبیه یک کریستال است، همانطور که فیزیکدانان فرض می کردند.
و در عین حال، این "کریستال" می تواند حاوی انواع ترکیبات A، T، C، G باشد و بنابراین همه ژن ها متفاوت هستند.
حل مشکل ژن توسط واتسون و کریک به این واقعیت منجر شد که به معنای واقعی کلمه در 2-3 سال یک رشته کاملاً جدید از علوم طبیعی شکل گرفت که به نام زیست شناسی مولکولی... اغلب به آن بیولوژی فیزیکی و شیمیایی می گویند.

چگونه "فیزیکدانان" و "غزل" به بحث و گفتگو دست کشیدند

نمونه های دیگری از نفوذ متقابل علوم مختلف در یکدیگر را نیز می توان ذکر کرد. به عنوان مثال، ریاضیات به طور گسترده در نجوم، فیزیک و حتی در ... زبان شناسی، علم ساختار زبان استفاده می شود.
روش های ریاضیبه عنوان مثال، اجازه شناسایی نویسنده واقعی نسخه های خطی ناشناخته را بدهید. شعری ناشناخته در آرشیو پیدا کردیم و نویسنده آن کیست؟ دانشمندان معتقدند که این اثر توسط شاعری معروف نوشته شده است. اما چگونه می توان این فرض را تأیید کرد؟ ریاضیدانان محاسبه می کنند که چند بار یک کلمه خاص در این اثر وجود دارد، یا مثلاً، کلمات با چه ترتیبی در متن ظاهر می شوند. در اثر معروف نویسنده ادعایی نیز همین محاسبات انجام شده است. نتایج مقایسه می شوند. اگر مطابقت داشته باشند، نسخه خطی اصلی پیدا شده است. اینگونه است که ریاضیدانان به ما، خوانندگان، آثار نویسندگان و شاعران مشهور دزدیده شده توسط زمان باز می گردند.
یا مثلاً فیزیک و موسیقی ... علم دقیق چه وجه اشتراکی با هنر می تواند داشته باشد؟ معلوم می شود چیزی مشترک وجود دارد.
در سازهای زهی - ویولن، ویولن سل - خود نوازنده صدای مورد نظر را انتخاب می کند. نوازنده ویولن دوست ندارد که مثلاً نت "C" چگونه به نظر می رسد ، به نظر می رسد که باید کمی بالاتر یا برعکس کمی پایین تر به نظر برسد - او خودش صدای دقیق سیم را انتخاب می کند. پیانیست نمی تواند این کار را انجام دهد. در صفحه کلید، هر کلید یک یادداشت خاص است. چند بار فشار دهید، صدا یکسان خواهد بود. این بدان معناست که برای اجرای دقیق یک قطعه موسیقی، پیانو باید بسیار دقیق کوک شود. فیزیکدانان فرکانس ارتعاش صدا را محاسبه کرده اند که سازهای کیبورد موسیقی را می توان با دقت بیشتری کوک کرد. همانطور که می بینید، بدون فیزیکدانان و ریاضیدانان کار برای موسیقیدانان و زبان شناسان دشوار خواهد بود.
به انسان مدرنداشتن دانش بسیار متنوع ضروری است. این امر به ویژه برای دانشمند امروزی بسیار مهم است. در زمان ما، بسیاری از علوم ترکیبی ظاهر شده است: شیمی فیزیکو فیزیک شیمیایی، حتی، همانطور که اکنون می دانید، زیست شناسی فیزیکی و شیمیایی. همه اینها چه ربطی به شما دارد؟ مستقیم ترین.
در مدرسه حتی فکرش را هم نمی کردم که بیولوژی بخوانم. او به علوم دقیق تری علاقه داشت. اما الان مشغول زیست شناسی هستم.
جدا شدن اشتباه است آیتم های مدرسهبه آنهایی که مورد نیاز هستند و آنهایی که مورد نیاز نیستند. چه کسی می داند چه چیزی ممکن است بعدا به کار شما بیاید؟

در سال 1952، بیوفیزیکدان انگلیسی روزالیند فرانکلین کشف کرد که اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) از نظر ساختاری شبیه یک پلکان مارپیچ است. با این حال، شکوه این کشف، که پایه و اساس گذاشته شد تحقیقات مدرنژن‌ها متعاقباً توسط موریس اول ویلکینز و همچنین فرانسیس کریک و جیمز واتسون اختصاص یافتند.

دستگاه وراثت من روزالیند فرانکلین از این فرض که DNA با طول عظیم یک مولکول پلیمری از نوکلئوتیدها است - باید از بلوک های تکرار شونده باشد. برای آزمایش این فرضیه، محقق انگلیسی نمی توانست به سادگی به میکروسکوپ متوسل شود. چنین پدیده های زیر میکروسکوپی را فقط می توان با پراش اشعه ایکس ثبت کرد. بنابراین، محقق مولکول های DNA را در معرض اشعه ایکس قرار داد و در نتیجه کار طولانی مدت، متوجه شد که ساختار آنها یک مارپیچ دوگانه است. بنابراین برای اولین بار می توان ساختار جزء اصلی زندگی انسان را تصور کرد.

باز شدن در سایه

فرانکلین بلافاصله نتایج تحقیقات خود را منتشر نکرد. او می خواست ابتدا تأیید مشاهدات خود را از همکاران دریافت کند. در سال 1953، موریس ویلکینز، رهبر فرانکلین، بدون اطلاع او، نتایج ارائه شده به او را به همکارش کریک و بیوشیمیدان واتسون داد. در آن زمان، این دانشمندان از قبل ترکیب شیمیایی DNA را می دانستند: قند، دئوکسی ریبوز، فسفات و بازهای حاوی نیتروژن آدنین، سیتوزین، گوانین و تیمین، و فورا اهمیت داده های فرانکلین را درک کردند.

جایزه نوبل پس از مرگ اعطا نمی شود

کریک و واتسون با ایجاد برخی تغییرات و اضافات در اثر، آن را تحت عنوان منتشر کردند اسامی مناسب... مقاله معروف «ساختار مولکولی کیست‌های نوکلئیک اسید: ساختار دی‌اکسی ریبونوکلئیک اسید» که در سال 1954 در مجله «نیچر» منتشر شد، شور و شوق طوفانی جهان علم را برانگیخت. واتسون و کریک یک مدل منطقی آسیب ناپذیر ایجاد کردند که مبنایی برای تحقیقات بیشتر شد. در همین حال روزالیند فرانکلین در سال 1958 بر اثر سرطان در سن 37 سالگی درگذشت. جایزه نوبل پزشکی برای کشف ساختار DNA در سال 1962 به کریک، واتسون و ویلکینز اعطا شد.

• 1865: گرگور یوهان مدل قوانین وراثت اصول ژنتیکی را وضع کرد.
• 1970: همیلتون او. اسمیت و دانیل ناتان پایه های مهندسی ژنتیک را بنا نهادند.
• 1973: برای اولین بار در ایالات متحده یک باکتری اصلاح شده ژنتیکی ایجاد شد.
• 1976: بیوفیزیکدان هندی قرآن، هار گوبیند، ژن را برای اولین بار سنتز کرد.