Dr. Barton erhielt eine National Medal of Science, nachdem er erfahren hatte, dass Zellen die Doppelstränge der DNA-Helix wie einen Draht für die Fernsignalübertragung verwenden.
Die Gewinnerin der National Medal of Science, Jacqueline Barton, via LA Times
Es stellt sich aber auch heraus, dass bei Betrachtung der chemischen oder molekularen Struktur der DNA - dieser Wendeltreppe, die wir als Doppelhelix bezeichnen - die Stufen der Wendeltreppe übereinander gestapelt sind. Es stellt sich heraus, dass die DNA-Doppelhelix Festkörpermaterialien sehr ähnlich sieht, die sehr leitfähig sind.
Sehr bald nachdem Watson und Crick die Struktur der DNA beschrieben hatten, fragten sich die Chemiker: Hat diese Struktur die Eigenschaft, leitend zu sein? Das war vor über 50 Jahren.
Vor etwa 20 bis 30 Jahren begannen Chemiker, ein kleines Stück DNA zu synthetisieren - um genau zu wissen, was mit was zusammenhängt.
Wir befestigten kleine molekulare Sonden an beiden Seiten der DNA-Doppelhelix und fragten, ob Sie ein Elektron von einer Seite der DNA auf die andere Seite der DNA schießen können. Und so fing alles an.
Was passierte dann?
Zunächst haben wir uns Gedanken über die chemischen Eigenschaften von DNA gemacht. Wir fanden heraus, dass sich Elektronen und „Löcher“ durch die DNA bewegen können. Wir denken normalerweise an DNA als "die Bibliothek", weil DNA die RNA kodiert. Die RNA entspricht in etwa einer Xerox-Kopie der Bibliothek. Von der RNA geht es dann durch die Ribosomenmaschine. Und du machst Proteine. Die Proteine, die hergestellt werden, werden durch die Sequenz von Basenpaaren in DNA codiert.
Die Kerne all unserer Zellen sind mit drei Milliarden Basenpaaren an Informationen in der DNA gefüllt. Aber einige unserer Zellen müssen zum Beispiel eine Nasenzelle werden. Diese Zellen müssen bestimmte Proteine exprimieren lassen. Andere unserer Zellen müssen andere Proteine exprimieren lassen. Und all diese Informationen befinden sich in der DNA-Bibliothek.
DNA-Doppelhelix.
Was passiert beispielsweise, wenn eine Zelle unter Stress steht? Es muss eine Reaktion auf diesen Stress aktivieren. Wir haben festgestellt, dass die Informationen tatsächlich über die DNA-Bibliothek hinweg koordiniert werden müssen, da eine Menge Dinge passieren müssen. Viele Proteine müssen hergestellt werden.
Wir dachten, es gibt möglicherweise Signale über den Zellkern - über das DNA-haltige Genom. Ein Teil davon könnte tatsächlich durch die Verwendung von DNA als Draht geschehen.
Was meinst du damit? Wie kann DNA wie ein Draht sein?
Ihre DNA wird ständig beschädigt, besonders wenn Sie beispielsweise Ihren Brokkoli nicht essen. Wenn die DNA beschädigt wird, muss dieser Schaden behoben werden, da sonst die Informationen in der DNA-Bibliothek nicht mehr verwendet werden können. In jeder unserer Zellen haben wir diese exquisite Reparaturmaschinerie. Kleine Proteine durchsuchen ständig Ihre DNA, um Fehler zu finden und zu beheben.
Wir haben herausgefunden, dass DNA ein guter Draht sein kann. Aber es ist nur dann ein guter Draht, wenn alle Sockel übereinander gestapelt sind - diese Stufen auf der Wendeltreppe - und wenn die DNA nicht beschädigt ist. Wenn die DNA einen kleinen Fehler enthält, ist es kein guter Draht mehr.
Es ist wie ein Stapel Kupferpfennige. Und dieser Stapel Kupferpfennige kann leitend sein. Aber wenn einer der Pennies ein bisschen schief ist - wenn er nicht so gut gestapelt ist -, kann er keine gute Leitfähigkeit aufweisen. Gleiches gilt für die DNA-Doppelhelix.
Denken wir immer wieder daran, dass unsere DNA beschädigt wird - wie diese Reparaturproteine diese Fehler in den drei Milliarden DNA-Basen finden müssen. Wir denken, was passiert, ist das Die Natur benutzt DNA wie einen Draht. Es ist eine Art von zwei Telefonfachleuten, die versuchen, einen Fehler in der Leitung zu finden. Wenn sie miteinander sprechen können, wenn diese Reparaturproteine über die DNA miteinander sprechen können, dann ist die DNA in Ordnung. Sie müssen diese Region also nicht reparieren. Und sie können woanders hingehen.
Wenn jedoch ein Fehler in der DNA vorliegt, können sie nicht so gut miteinander sprechen.
Seit wir vor über 20 Jahren damit begonnen haben, kleine DNA-Stücke zu synthetisieren - und zu prüfen, ob wir ein Elektron nach oben oder unten schießen können -, haben wir den Punkt erreicht, dass die Natur DNA wie einen Draht für Fernsignale verwendet und für fehler in der dna finden.
Was hat Sie dazu inspiriert, Chemiker zu werden?
Ich bin gern im Labor. Als ich in der High School war, habe ich viele Mathekurse besucht. Als ich aufs College ging, dachte ich, ich würde einen Chemiekurs machen. Der Laborteil der Klasse war wirklich aufregend. Es hat mich süchtig gemacht. Und es gab mir die Möglichkeit, meine mathematische Perspektive mit dem Nachdenken über reale Probleme zu verbinden.
Am Anfang ist es Detektivarbeit - ein Rätsel zu lösen, ein Problem. Reagieren Sie im Labor und sehen Sie, wie sich die Farben ändern. Isolieren Sie dann ein Produkt und finden Sie heraus, was es war. Das war aufregend.
Als ich mich mehr und mehr damit beschäftigte, begann ich mich mit Forschung zu beschäftigen. Dann gibt es viele interessante Dinge, über die man nachdenken muss. Sie lernen Dinge, die noch niemand zuvor wusste.
Hören Sie sich das 90-sekündige und 8-minütige EarthSky-Interview mit Jacqueline Barton zu den Erkenntnissen der heutigen Chemiker über die Reparatur von DNA-Defekten an - sowohl im Zusammenhang mit normalen Zuständen wie dem Altern als auch mit Krankheiten wie Alzheimer und Krebs (siehe oben auf der Seite). Für diesen und andere kostenlose Podcasts mit wissenschaftlichen Interviews besuchen Sie die Abonnementseite auf EarthSky.org. Dieser Podcast ist Teil der Thanks To Chemistry-Reihe, die in Zusammenarbeit mit der Chemical Heritage Foundation erstellt wurde. EarthSky ist eine klare Stimme für die Wissenschaft.
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