DNA: Som arveligt materiale og egenskaber af genetisk materiale (DNA versus RNA) | Biologi

DNA: som arveligt materiale og egenskaber af genetisk materiale (DNA versus RNA)!

Principer for arv givet af Mendel og opdagelse af nuclein (nucleinsyrer) af Meischer (1871) faldt næsten sammen, men for at hævde, at DNA virker som et genetisk materiale, tog lang tid. Tidligere opdagelser foretaget af Mendel, Walter Sutton, TH Morgan og andre havde indsnævret søgen efter genetisk materiale til kromosomer.

Kromosomer består af nukleinsyrer og proteiner og er kendt som arvelige køretøjer. I første omgang viste det sig, at proteiner ville være arvelig materiale, indtil eksperimenter blev udført for at bevise, at nukleinsyrer virker som genetisk materiale.

DNA (deoxyribose nukleinsyre) har vist sig at være et genetisk materiale i alle levende væsener undtagen få plantevirus, hvor RNA er det genetiske materiale, fordi DNA ikke findes i sådanne virus.

A. Bevis for DNA som arveligt materiale:

Konceptet om at DNA er det genetiske materiale er blevet understøttet af følgende beviser:

1. Bakterielt transformations- eller transformationsprincip (Griffith-effekt):

I 1928 ramte en britisk lægeofficer Frederick Griffith et fænomen, der nu kaldes som bakteriel omdannelse. Hans observationer involverede bakterien Streptococcus pneumoniae (figur 6.12), som er forbundet med visse typer lungebetændelse. I løbet af dette forsøg var en levende organisme (bakterier) blevet ændret til levende form.

Denne bakterie findes i to former:

(a) Glat (S):

Hvis celler producerer en kapsel af polysaccharider (slimhinde), hvilket får kolonierne på agar til at være glatte og ret skinnende? Denne stamme er virulent (patogen) og forårsager lungebetændelse.

(b) Groft (R):

I dette tilfælde mangler celler kapsel og producerer kedelige ru (R) kolonier.

Tilstedeværelse eller fravær af kapsel er kendt for at være genetisk bestemt.

Både S og R-stammer findes i flere typer og er kendt som henholdsvis SI, S-II, S-III osv. Og RI, R-II og R-III osv.

Mutationer fra glat til groft forekommer spontant med en frekvens på ca. en celle i 10 ⁷ omvendt er det meget mindre hyppigt.

Griffith udførte sit eksperiment ved at injicere ovennævnte bakterier i mus og fandt følgende resultater:

(en) S-III (virulente) bakterier blev injiceret i mus; musene udviklede lungebetændelse og til sidst døde.

(B) R-II (ikke-virulente) bakterier blev injiceret i mus; musene havde ingen sygdom, fordi R-II-stammen var ikke-patogen.

(C) Da Griffith injicerede varme dræbte S-III-bakterier til mus, led de ikke af lungebetændelse og overlevede dermed.

(D) En blanding af R-II (ikke-virulente) og varmdræbte S-III-bakterier blev injiceret i mus; musene udviklede lungebetændelse og døde. Ved at postmortomere de døde mus blev det bemærket, at deres hjerteblod havde både bakterier fra R-II og S-III.

Således konverterede nogle genetiske faktorer fra døde S-III-celler de levende R-II-celler til levende S-III-celler, og sidstnævnte producerede sygdommen. Kort sagt blev levende R-II-celler omdannet på en eller anden måde. Så blev Griffith-effekten gradvist kendt som transformation og viste sig at være det første skridt i identifikationen af ​​genetisk materiale.

Biokemisk karakterisering af transformationsprincippet:

Eller

Identifikation af transformation af genetisk stof:

I 1944, seksten år efter Griffiths eksperiment, rapporterede Oswald Avery, Colin MacLeod og Maclyn McCarty (1933-1944) succesfuld gentagelse af bakteriel transformation, men in vitro. De var i stand til at identificere det transformerende genetiske materiale. De afprøvede fraktioner af varme dræbte celler til transformerende evne. Deres resultater var som under.

Deres resultater var:

(i) DNA alene fra S-bakterier forårsagede R-bakterier at blive transformeret.

(ii) De fandt ud af, at proteaser (proteinfordelende enzymer) og RNAse (RNA-fordøjelsesenzymer) ikke påvirker transformationen.

(iii) Digestion med DNAase inhiberede transformation.

Således konkluderede de endelig, at DNA er det arvelige materiale.

Derfor er det nu uden nogen rimelig tvivl, at DNA er det arvelige materiale.

2. Bakteriofaginfektion:

Virusinfektionsmiddel er DNA. Ved at anvende radioaktive sporstoffer gav Alferd Hershey og Maratha Chase (1952) bevis for, at DNA er det arvelige materiale i visse bakteriofager (bakterievirus).

Struktur af T ₂ bakteriofag:

Denne bakterievirus indeholder et ydre ikke-genetisk proteinskall og indre kerne af genetisk materiale (DNA). T2 phages er af tadpole form differentieret til hoved og hale regionen. Hoved er en langstrakt, bipyramidal, sekssidet struktur sammensat af flere proteiner.

Inden for hovedet (figur 6.13) er et lukket, ikke-enderende DNA-molekyle. Hovedets dimensioner er sådan, at det er i stand til at pakke DNA-molekylet tæt ind i det. Halen er en hul cylinder. Halen bærer 24 spiralformede striber.

Seks halefibre fremkommer fra en sekskantet plade ved den distale ende af pladen. Hale er kun dannet af proteiner. Proteinholdige ydre skal indeholder svovl (S), men ikke fosfor (P), mens DNA indeholder fosfor, men ikke svovl.

Hershey og Chase (1952) udførte deres forsøg på T ₂ fag, der angriber bakterien Escherichia coli.

Fagpartiklerne blev fremstillet ved anvendelse af radioisotoper på ³⁵ S og ³² P i de følgende trin:

(i) Få bakteriofager blev dyrket i bakterier indeholdende ³⁵ S. Denne radioaktive blev 35S inkorporeret i cystein- og methioninaminosyrerne af proteiner, og således dannede disse aminosyrer med ³⁵ S proteinerne af fag.

(ii) Visse andre bakteriofager blev dyrket i bakterier med ³² P. Denne radioaktive 32P var begrænset til DNA fra fagpartikler.

Disse to radioaktive fagpræparater (et med radioaktive proteiner og et andet med radioaktivt DNA) fik lov til at inficere dyrkningen af ​​E. coli. Proteincoatene blev skilt fra bakteriecellevægge ved omrystning og centrifugering.

De tyngre inficerede bakterieceller under centrifugering pelleterede til bunden (figur 6.14). Supernatanten havde de lettere fagpartikler og andre komponenter, der ikke inficerede bakterier.

Det blev observeret, at bakteriofager med radioaktivt DNA gav anledning til radioaktive pellets med ³² P i DNA. I fagpartiklerne med radioaktivt protein (med ³⁵ S) har bakteriepellets imidlertid næsten ingen radioaktivitet, hvilket indikerer, at proteiner ikke har migreret til bakteriecelle.

Så det kan sikkert konkluderes, at det under infektion med bakteriofag T2 var DNA, der kom ind i bakterierne. Det blev efterfulgt af en formørkelsesperiode, i hvilken fagd DNA replikerer adskillige gange i bakteriecellen (figur 6.15).

Mod slutningen af ​​formørkelsesperioden leder fag DNA til produktion af proteincoats samling af nydannede fagpartikler. Lysozym (et enzym) medfører lysis af værtscellen og frigiver de nyligt dannede bakteriofager.

Ovennævnte forsøg tyder tydeligt på, at det er fag-DNA og ikke protein, der indeholder de genetiske oplysninger til fremstilling af nye bakteriofager. Men i nogle plantevirus (som TMV) virker RNA som arveligt materiale (er DNA fraværende).

B. Egenskaber af genetisk materiale (DNA versus RNA):

DNA er det genetiske materiale RNA har vist sig at være genetisk materiale i TMV (Tobacco mosaic virus), ф β bakteriofag osv. DNA er stort arveligt materiale i de fleste af organismerne. RNA udfører primært funktionerne i messenger og adapter. Dette skyldes hovedsagelig forskelle mellem kemisk struktur af DNA og RNA.

Nødvendige egenskaber ved genetisk materiale:

1. Replikation:

Dette refererer til duplikering af dets genetiske materiale ved trolig replikation, hvilket er vist af både DNA og RNA. Proteiner og andre molekyler til stede i levende væsen udviser ikke denne egenskab.

2. Stabilitet:

Stabilitet af genetisk materiale bør eksistere. Det bør ikke ændre sin struktur let med ændrede stadier af livet, alder af fysiologi for levende væsener. Selv i Griffiths eksperiment med "transformationsprincip" overlevede DNA i varmdøde bakterier. Både DNA-strengene, som er komplementære, kan adskilles.

RNA er ansvarlig og let nedbrydeligt på grund af tilstedeværelsen af ​​2'-OH-gruppe, der er til stede i hvert nukleotid. Da RNA er katalytisk, er det blevet reaktivt. Fordi DNA er mere stabilt end RNA, siges det at være bedre genetisk materiale. Tilstedeværelsen af ​​thymin i stedet for uracil er en anden grund, der fører til stabilitet af DNA.

3. Mutation:

Genetisk materiale skal kunne undergå mutation, og en sådan ændring skal være stabilt arvet. Både nucleinsyrer DNA og RNA har evnen til at mutere. RNA muterer hurtigere i sammenligning med DNA. Virus med RNA-genom viser mutation og evolution i hurtigere hastighed og har således et kortere levetid.

Tabel 6.6. Typer af nukleinsyrer:

4. Genetisk ekspression:

RNA udtrykker let tegnene i form af proteiner. DNA kræver RNA til dannelse af proteiner. DNA er mere stabilt betragtes som bedre end RNA til opbevaring af genetisk information. For transmission af genetiske tegn giver RNA imidlertid bedre resultater.