Tepat 65 tahun yang lalu, ilmuwan Inggris James Watson dan Francis Crick menerbitkan sebuah artikel tentang penguraian struktur DNA, yang meletakkan dasar bagi sains baru - biologi molekuler. Penemuan ini telah banyak berubah dalam kehidupan umat manusia. RIA Novosti berbicara tentang sifat-sifat molekul DNA dan mengapa itu sangat penting.
Pada paruh kedua abad ke-19, biologi adalah ilmu yang sangat muda. Para ilmuwan baru saja mulai mempelajari sel, dan konsep hereditas, meskipun telah dirumuskan oleh Gregor Mendel, belum mendapat pengakuan luas.
Pada musim semi tahun 1868, seorang dokter muda Swiss, Friedrich Miescher, datang ke Universitas Tübingen (Jerman) untuk melakukan pekerjaan ilmiah. Dia bermaksud untuk mencari tahu zat apa yang terdiri dari sel itu. Untuk percobaan, saya memilih leukosit, yang mudah didapat dari nanah.
Dengan memisahkan inti dari protoplasma, protein, dan lemak, Miescher menemukan senyawa dengan kandungan fosfor yang tinggi. Ia menyebut molekul ini nuklein (“nukleus” dalam bahasa latinnya adalah nukleus).
Senyawa ini menunjukkan sifat asam, oleh karena itu istilah "asam nukleat" diciptakan. Awalannya deoxyribo berarti molekul tersebut mengandung gugus H. dan gula. Kemudian ternyata itu sebenarnya garam, tapi namanya tidak diubah.
Pada awal abad ke-20, para ilmuwan telah mengetahui bahwa nuklein adalah polimer (yaitu, molekul fleksibel yang sangat panjang dengan unit berulang), unit tersebut terdiri dari empat basa nitrogen (adenin, timin, guanin, dan sitosin), dan nuklein terkandung dalam kromosom - struktur kompak yang muncul dalam membelah sel. Kemampuan mereka untuk menularkan sifat turun-temurun ditunjukkan oleh ahli genetika Amerika Thomas Morgan dalam percobaan pada lalat buah.
Struktur DNA.
Video promosi:
Model yang menjelaskan gen
Tetapi apa yang dilakukan asam deoksiribonukleat, atau singkatnya DNA, dalam inti sel, tidak dipahami untuk waktu yang lama. Itu dianggap memainkan semacam peran struktural dalam kromosom. Satuan keturunan - gen - dikaitkan dengan sifat protein. Terobosan ini dibuat oleh peneliti Amerika Oswald Avery, yang secara eksperimental membuktikan bahwa materi genetik ditularkan dari bakteri ke bakteri melalui DNA.
Jelaslah bahwa DNA perlu dipelajari. Tapi bagaimana caranya? Pada saat itu, hanya sinar-X yang tersedia bagi para ilmuwan. Untuk menyinari molekul biologis melalui mereka, mereka harus mengkristal, dan ini sulit. Penguraian struktur molekul protein dengan pola difraksi sinar-X dilakukan di Laboratorium Cavendish (Cambridge, UK). Peneliti muda James Watson dan Francis Crick yang bekerja di sana tidak memiliki data eksperimental sendiri tentang DNA, jadi mereka menggunakan radiograf rekan dari King's College Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.
Watson dan Crick mengusulkan model struktur DNA yang benar-benar sesuai dengan pola difraksi sinar-X: dua rantai paralel dipelintir menjadi heliks kanan. Setiap rantai dilipat oleh sekumpulan basa nitrogen, digantung di tulang punggung gula dan fosfatnya, dan dipegang oleh ikatan hidrogen yang direntangkan di antara basa. Selain itu, adenin hanya bergabung dengan timin, dan guanin - dengan sitosin. Aturan ini disebut prinsip saling melengkapi.
Model Watson dan Crick menjelaskan empat fungsi utama DNA: replikasi materi genetik, spesifisitasnya, penyimpanan informasi dalam molekul, dan kemampuannya untuk bermutasi.
Para ilmuwan mempublikasikan penemuan mereka di jurnal Nature pada 25 April 1953. Sepuluh tahun kemudian, dia dan Maurice Wilkins dianugerahi Hadiah Nobel di bidang Biologi (Rosalind Franklin meninggal pada tahun 1958 karena kanker pada usia 37).
“Sekarang, lebih dari setengah abad kemudian, kami dapat menyatakan bahwa penemuan struktur DNA memainkan peran yang sama dalam perkembangan biologi seperti penemuan inti atom dalam fisika. Penjelasan struktur atom menyebabkan lahirnya fisika kuantum baru, dan penemuan struktur DNA mengarah pada lahirnya biologi molekuler baru,”tulis Maxim Frank-Kamenetsky, ahli genetika terkemuka, peneliti DNA, penulis The Most Important Molecule.
Kode genetik
Sekarang tinggal mencari tahu bagaimana molekul ini bekerja. Diketahui bahwa DNA mengandung instruksi untuk sintesis protein seluler yang melakukan semua pekerjaan di dalam sel. Protein adalah polimer yang terdiri dari rangkaian berulang (urutan) asam amino. Apalagi hanya ada dua puluh asam amino. Spesies hewan berbeda satu sama lain dalam kumpulan protein dalam sel, yaitu dalam urutan asam amino yang berbeda. Genetika berpendapat bahwa urutan ini diberikan oleh gen, yang kemudian diyakini sebagai bahan penyusun kehidupan pertama. Tapi apa gen itu, tidak ada yang tahu persis.
Penulis teori Big Bang, fisikawan Georgy Gamov, seorang karyawan Universitas George Washington (AS), menjelaskannya. Berdasarkan model heliks DNA untai ganda oleh Watson dan Crick, dia menyarankan bahwa gen adalah sepotong DNA, yaitu urutan tautan tertentu - nukleotida. Karena setiap nukleotida adalah salah satu dari empat basa nitrogen, Anda hanya perlu mencari tahu bagaimana keempat elemen menyandikan dua puluh. Inilah ide di balik kode genetik.
Pada awal 1960-an, telah ditetapkan bahwa protein disintesis dari asam amino di ribosom, semacam "pabrik" di dalam sel. Untuk memulai sintesis protein, enzim mendekati DNA, mengenali situs tertentu di awal gen, mensintesis salinan gen dalam bentuk RNA kecil (disebut templat), kemudian protein ditanam dari asam amino di ribosom.
Mereka juga menemukan bahwa kode genetiknya terdiri dari tiga huruf. Ini berarti tiga nukleotida berhubungan dengan satu asam amino. Satuan kode itu disebut kodon. Di ribosom, informasi dari mRNA dibaca kodon demi kodon secara berurutan. Dan masing-masing berhubungan dengan beberapa asam amino. Seperti apa cipher itu?
Marshall Nirenberg dan Heinrich Mattei dari AS menjawab pertanyaan ini. Pada tahun 1961, mereka mempresentasikan hasil mereka untuk pertama kalinya pada kongres biokimia di Moskow. Pada tahun 1967, kode genetik telah sepenuhnya diterjemahkan. Itu ternyata universal untuk semua sel dari semua organisme, yang memiliki konsekuensi luas bagi sains.
Penemuan struktur DNA dan kode genetik telah sepenuhnya mengubah orientasi penelitian biologi. Fakta bahwa setiap individu memiliki urutan DNA yang unik telah mengubah ilmu forensik secara fundamental. Menguraikan genom manusia telah memberi para antropolog metode yang sama sekali baru untuk mempelajari evolusi spesies kita. Editor DNA yang baru-baru ini ditemukan CRISPR-Cas telah banyak mengembangkan rekayasa genetika. Rupanya, molekul ini menyimpan solusi untuk masalah manusia yang paling mendesak: kanker, penyakit genetik, penuaan.
Tatiana Pichugina
