Tiến sĩ Barton đã nhận được Huân chương Khoa học Quốc gia sau khi biết rằng các tế bào sử dụng các chuỗi xoắn kép DNA giống như một sợi dây để truyền tín hiệu tầm xa.
Người chiến thắng huy chương khoa học quốc gia Jacqueline Barton qua LA Times
Nhưng nó cũng chỉ ra rằng khi bạn nhìn vào cấu trúc hóa học hoặc phân tử của DNA - cầu thang xoắn ốc mà chúng ta gọi là chuỗi xoắn kép - bạn tìm thấy các bước của cầu thang xoắn ốc xếp chồng lên nhau. Nó chỉ ra rằng chuỗi xoắn kép DNA trông rất giống các vật liệu trạng thái rắn khá dẫn điện.
Rất nhanh sau khi Watson và Crick lần đầu tiên mô tả cấu trúc của DNA, các nhà hóa học bắt đầu hỏi - cấu trúc này có đặc tính dẫn điện không? Đó là hơn 50 năm trước.
Khoảng 20 đến 30 năm trước, các nhà hóa học bắt đầu có thể tổng hợp một đoạn DNA nhỏ - để biết chính xác những gì mà mối liên hệ với những gì.
Chúng tôi gắn các đầu dò phân tử nhỏ vào hai bên của chuỗi xoắn kép DNA để hỏi liệu bạn có thể bắn một electron từ một phía của DNA sang phía bên kia của DNA hay không. Và đó là cách mà tất cả bắt đầu.
Rồi chuyện gì đã xảy ra?
Lúc đầu, chúng tôi nghĩ về DNA về các đặc tính hóa học của nó. Chúng tôi phát hiện ra rằng các electron và lỗ trống có thể di chuyển qua DNA. Chúng ta thường nghĩ về DNA như là thư viện của Thư viện vì DNA mã hóa RNA. RNA giống như lấy một bản sao Xerox của những gì trong thư viện. Sau đó, từ RNA bạn đi qua máy ribosome. Và bạn tạo ra protein. Các protein được tạo ra được mã hóa bởi chuỗi các cặp bazơ trong DNA.
Hạt nhân của tất cả các tế bào của chúng ta chứa đầy ba tỷ cặp thông tin cơ bản trong DNA. Nhưng một số tế bào của chúng ta phải trở thành một tế bào mũi. Những tế bào phải làm cho một số protein được thể hiện. Những tế bào khác của chúng ta phải làm cho các protein khác được thể hiện. Và tất cả thông tin đó có trong thư viện DNA.
DNA xoắn kép.
Điều gì xảy ra, hãy nói, khi một tế bào bị căng thẳng? Nó phải kích hoạt một phản ứng với sự căng thẳng đó. Chúng tôi đã phát hiện ra rằng thông tin thực sự phải được phối hợp trong thư viện DNA vì rất nhiều điều phải xảy ra. Rất nhiều protein phải được thực hiện.
Chúng tôi nghĩ rằng có thể có tín hiệu LỚN qua nhân của tế bào - trên bộ gen chứa DNA. Một số điều đó thực sự có thể xảy ra bằng cách sử dụng DNA làm dây.
Ý bạn là như thế nào? Làm thế nào DNA có thể giống như một sợi dây?
DNA của bạn đang bị hư hỏng mọi lúc, đặc biệt là nếu bạn không nói, hãy ăn bông cải xanh của bạn. Khi DNA bị hỏng, thiệt hại đó phải được sửa chữa hoặc nếu không thì thông tin trong thư viện DNA có thể được sử dụng nữa. Trong mỗi tế bào của chúng tôi, chúng tôi có máy móc sửa chữa tinh tế này. Các protein nhỏ liên tục rây qua DNA của bạn để tìm lỗi và sửa chúng.
Chúng tôi phát hiện ra rằng DNA có thể là một dây tốt. Nhưng nó chỉ là một sợi dây tốt nếu tất cả các cơ sở được xếp chồng lên nhau - những bước này trên cầu thang xoắn ốc - và nếu DNA không bị hỏng. Nếu có một chút sai sót trong DNA, thì nó không phải là một dây tốt nữa.
Nó giống như một đống đồng xu. Và đống đồng xu đó có thể dẫn điện. Nhưng nếu một trong những đồng xu hơi kỳ quặc một chút - nếu nó không được xếp chồng lên nhau tốt như vậy - thì bạn sẽ không thể có được độ dẫn điện tốt trong đó. Điều tương tự cũng đúng trong chuỗi xoắn kép DNA.
Hãy để Lùi quay lại suy nghĩ về việc DNA của chúng ta bị hư hỏng mọi lúc - làm thế nào những protein sửa chữa đó phải tìm ra những sai lầm đó trong ba tỷ cơ sở của DNA. Chúng tôi nghĩ rằng những gì xảy ra là thiên nhiên sử dụng DNA như một sợi dây. Nó giống như hai thợ sửa chữa điện thoại cố gắng tìm một lỗi trong đường dây. Nếu họ có thể nói chuyện với nhau, nếu những protein sửa chữa này có thể nói chuyện với nhau qua DNA, thì DNA vẫn ổn. Vì vậy, họ không phải sửa chữa khu vực đó. Và họ có thể đi nơi khác.
Nhưng nếu có một lỗi trong DNA, thì họ có thể nói chuyện với nhau rất tốt.
Từ khi bắt đầu hơn 20 năm trước trong việc tổng hợp các đoạn DNA nhỏ - và xem liệu chúng ta có thể bắn một electron lên hay xuống không - chúng ta đã đến lúc nói rằng thiên nhiên sử dụng DNA như một sợi dây để truyền tín hiệu tầm xa và cho tìm lỗi trong DNA.
Điều gì truyền cảm hứng cho bạn để trở thành một nhà hóa học?
Tôi thích ở trong phòng thí nghiệm. Khi tôi học cấp ba, tôi đã tham gia rất nhiều khóa học toán. Khi tôi đi học đại học, tôi nghĩ rằng tôi đã thử một khóa học hóa học. Phần phòng thí nghiệm của lớp học thực sự thú vị. Nó khiến tôi bị cuốn hút. Và nó đã cho tôi một cách để kết hợp quan điểm toán học của tôi với suy nghĩ về các vấn đề trong thế giới thực.
Lúc đầu, nó làm công việc thám tử - có một câu đố, một vấn đề cần giải quyết. Thực hiện một phản ứng trong phòng thí nghiệm và thấy mọi thứ thay đổi màu sắc và sau đó cô lập một sản phẩm và tìm ra nó là gì. Điều đó thật thú vị.
Khi tôi càng ngày càng thích nó, tôi bắt đầu tham gia vào nghiên cứu. Sau đó, có tất cả những điều thú vị để suy nghĩ. Bạn học hỏi những điều mà chưa ai từng biết trước đây.
Nghe cuộc phỏng vấn EarthSky kéo dài 90 giây và 8 phút với Jacqueline Barton về những hiểu biết của các nhà hóa học ngày nay về việc sửa chữa các khiếm khuyết DNA - liên quan đến cả các tình trạng thông thường như lão hóa - và các bệnh như Alzheimer, và ung thư (xem trên trang). Đối với điều này và các podcast phỏng vấn khoa học miễn phí khác, hãy truy cập trang đăng ký tại EarthSky.org. Podcast này là một phần của loạt chương trình Thanks To Chemistry, được sản xuất với sự hợp tác của Quỹ Di sản hóa học. EarthSky là một tiếng nói rõ ràng cho khoa học.
Thêm trong loạt bài cảm ơn Hóa học: