En 1665, el científico británico Robert Hooke (1635 ~ 1703) descubrió las células utilizando un microscopio. Después de una exploración continua por parte de los científicos, en la década de 1830, la comunidad científica ya tenía conocimiento de que los seres vivos están compuestos de células. Ahora no sólo sabemos que las células son las unidades básicas de los organismos vivos, sino que también comprendemos su forma, tamaño e incluso su estructura interna. Estas células son generalmente muy pequeñas y difíciles de observar a simple vista, con un diámetro de 10 a 100 μm. En el cuerpo de una persona hay decenas de miles de millones de células. Las células también son muy grandes y un huevo de pez es solo una célula.
El mero conocimiento de la existencia de las células está lejos de responder por qué las especies tienen características propias y pueden transmitirse de generación en generación. El descubrimiento de fósiles paleontológicos nos dice que muchas especies se han extinguido a lo largo de la historia de la tierra y constantemente se producen nuevas especies, por lo que las especies actuales son muy diferentes a las de la antigüedad.
En 1858, Darwin (1809 ~ 1882) y Wallace (1823 ~ 1913) propusieron la teoría de la evolución biológica, que se consideraba eliminada por los cambios ambientales. El erudito chino Yan Fu tradujo esta teoría como "selección natural, supervivencia del más fuerte". La teoría de la evolución explica racionalmente la evolución de las especies. Sin embargo, ¿por qué algunas especies pueden adaptarse a los mismos cambios ambientales y otras no? Algunos han evolucionado, mientras que otros siguen igual. Por ejemplo, los humanos y los simios tienen el mismo ancestro, pero cuando los humanos crecen, ¿son simios o simios? Muchas especies ya están extintas. Esto sugiere que también están en juego factores intrínsecos a la propia especie. En 1865, el biólogo austriaco Gregor J. Mendel (1822 ~ 1884) propuso la teoría genética, creyendo que existen genes que controlan la herencia en los organismos. Pero, ¿qué es y dónde existe en los seres vivos? Ninguno se resolvió, sólo quedó una idea. Posteriormente se descubrió que este material genético era ácido desoxirribonucleico (ADN) presente en el núcleo de la célula, que hoy en día también se conoce como ADN.
A principios del siglo XX, se reconoció que el ADN está ubicuo en las células de animales y plantas. Levin (1869 ~ 1940), bioquímico de la ex Unión Soviética, descubrió en la década de 1920 que el ADN es una macromolécula compuesta de desoxirribosa, fosfato y bases, y su unidad secundaria es el nucleótido. En una molécula de nucleótido, la desoxirribosa está en el centro, los fosfatos en los extremos y las bases en los lados. Múltiples moléculas de nucleótidos se conectan alternativamente a través de desoxirribosa y fosfato para formar una cadena de polinucleótidos, y dos cadenas de polinucleótidos se conectan a través de pares de bases laterales para formar una molécula de ADN de doble hélice (Figura 5-1). Esta forma estructural de ADN es como una "escalera de cuerda" en espiral, y las bases emparejadas son como los "peldaños" de la escalera. En la molécula de ADN, las bases solo contienen adenina (a), timina (t), guanina (g) y citosina (c). Tienen una relación de emparejamiento estricta, es decir, la adenina solo puede emparejarse con la timina. con citosina. Por lo tanto, sólo hay cuatro combinaciones de at, TA, GC y CG en las moléculas de ADN. Están conectados a moléculas de azúcar (S) y fosfato (P) en una cadena helicoidal (Figura 5-1). Los genes o códigos genéticos con los que sueña la gente están escondidos en este sistema combinado.
Figura 5-5-1 La estructura molecular y la estructura cromosómica del ADN (según Huang Yuquan et al., 1989)
Tres bases adyacentes en una "escalera de cuerda" del ADN pueden forma 1 codón, este es el gen. Controlan la formación de 20 aminoácidos en las proteínas naturales, que son la base material de la vida.
Si AT, TA, GC y CG equivalen a cuatro letras en el lenguaje del ADN, entonces se puede decir que estos 20 aminoácidos equivalen a 20 palabras. Aunque no hay muchas letras y palabras, la "escalera de cuerda" del ADN es muy larga. Todavía puede haber infinitas oraciones y se pueden escribir tantas instrucciones como sea posible para formar varios seres vivos.
Desafortunadamente, la gente no sabía qué hacer en ese momento y el descubrimiento de Levine no atrajo suficiente atención. Sin embargo, su genetista contemporáneo Morgan (Thomas Hunt Morgan, 1866 ~ 1945) causó sensación al descubrir que los cromosomas en el núcleo pueden controlar la herencia y ganó el Premio Nobel en 1933. De hecho, los cromosomas son estructuras cilíndricas formadas por ADN enrollado en hélice (Figura 5-1), que comprime la longitud del ADN casi diez mil veces y, por lo tanto, contiene información genética particularmente rica. El ADN de un cromosoma humano puede tener hasta 300 millones de pares de bases, y los genes compuestos por ellos pueden llegar a 654,38 millones. Los descubrimientos de Mendel fueron verificados con precisión.
En la década de 1950, el uso de tecnologías avanzadas como microscopios electrónicos y difractómetros de rayos X permitió a los recién llegados acelerar el proceso de exploración de los misterios de la vida. En 1952, el genetista estadounidense Hoercher (1908 ~) y su colega Martha Chase descubrieron el significado de cuatro combinaciones de bases y confirmaron que el gen tan buscado estaba en el ADN. Posteriormente también se descubrió otro tipo de ácido ribonucleico, el ARN, que es importante para las actividades vitales. La diferencia clave entre el ARN y el ADN es que la ribosa reemplaza a la desoxirribosa y el uracilo reemplaza a la timina (T). En términos de estructura, las moléculas de ARN son estructuras monocatenarias. El ARN incluye tres tipos: ácido ribonucleico mensajero (ARNm), ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) y ácido ribonucleico de transferencia (ARNt), que desempeñan sus propias funciones únicas en las actividades de la vida.
En los materiales biológicos, excepto en algunos tipos de virus, el ARN es el material genético y más del 99% es ADN como gen genético. En última instancia, las diferencias en las formas de vida y actividades se deben a su diferente ADN. ¿Por qué la Tierra se convierte en un mundo colorido, donde las personas de una misma familia son similares pero no exactamente iguales? Todo esto se debe a que hay un ADN que lo diseña y lo dirige. El ADN nunca sale del núcleo, pero el ARN puede entrar y salir del núcleo, por lo que depende del ARN para transmitir sus instrucciones y controlar la formación de proteínas. La información genética almacenada en el ADN fluye primero hacia las moléculas de ARN, un proceso llamado transcripción. El segundo paso es controlar la síntesis de proteínas a partir del ARNm-NA que transporta la información genética. Este proceso se llama traducción (Figura 5-2). La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas donde reside el ARNr. Los aminoácidos de las proteínas se sintetizan a partir de ARNt. De esta manera podemos ver que una célula es como una fábrica, los genes en el ADN son los principales diseñadores y comandantes, el ARNm copia y trae los dibujos, los ribosomas del ARNr son los talleres y el ARNt es la herramienta para transportar materias primas. . Bajo el mando unificado del ADN, esta fábrica sintetiza proteínas según los dibujos, permitiendo que la vida continúe y se desarrolle.
Figura 5-2 El proceso de transmisión de información genética en el ADN y la síntesis de proteínas
El descubrimiento del ADN y la comprensión de sus funciones fueron avances en la biología molecular en el siglo XX, pero Esto es sólo una esquina de la cortina. En la década de 1970 se descubrió además que en la larga escalera de cuerda del ADN, las partes con significado genético, los llamados genes, eran sólo unos pocos fragmentos. Más del 95% del ADN humano está "inactivo". ¿Pero es realmente inútil? De hecho, esto sólo demuestra que existe un vasto espacio en el ADN que aún no conocemos. Todavía queda un largo camino por recorrer para explorar los misterios de la vida.