DNA: som ärftligt material och egenskaper hos genetiskt material (DNA mot RNA) | Biologi

DNA: som ärftligt material och egenskaper hos genetiskt material (DNA mot RNA)!

Principer om arv som ges av Mendel och upptäckten av nuklein (nukleinsyror) av Meischer (1871) sammanföll nästan men för att hävda att DNA verkar som ett genetiskt material tog lång tid. Tidigare upptäckter gjorda av Mendel, Walter Sutton, TH Morgan och andra hade minskat sökandet efter genetiskt material till kromosomer.

Kromosomer består av nukleinsyror och proteiner och är kända som ärftliga fordon. I första hand visade sig att proteiner skulle vara ärftligt material, tills experiment utfördes för att bevisa att nukleinsyror verkar som genetiskt material.

DNA (deoxiribosnukleinsyra) har visat sig vara ett genetiskt material i alla levande varelser utom några växtvirus där RNA är det genetiska materialet eftersom DNA inte finns i sådana virus.

A. Bevis för DNA som ärftligt material:

Konceptet att DNA är det genetiska materialet har fått stöd av följande bevis:

1. Bakteriell omvandlings- eller transformationsprincip (Griffith-effekt):

1928 mötte Frederick Griffith, en brittisk medicinsk officer, ett fenomen som nu kallas för bakteriell omvandling. Hans observationer involverade bakterie Streptococcus pneumoniae (Fig 6.12) som är associerad med viss typ av lunginflammation. Under detta försök hade en levande organism (bakterier) förändrats till levande form.

Denna bakterie finns i två former:

(a) Slät (S):

Vems celler producerar en kapsel av polysackarider (slemhinnor), vilket gör att kolonierna på agar blir smidiga och ganska glänsande? Denna stam är virulent (patogen) och orsakar lunginflammation.

(b) Grov (R):

I detta fall saknar celler kapsel och producerar tråkiga grova kolonier (R).

Närvaron eller frånvaron av kapsel är känd att vara genetiskt bestämd.

Både S och R-stammar finns i flera typer och är kända som SI, S-II, S-III etc. respektive RI, R-II och R-III etc.

Mutationer från slät till grovt förekommer spontant med en frekvens av ca en cell i 10 7, men omvänden är mycket mindre frekvent.

Griffith utförde sitt experiment genom att injicera ovanstående bakterier i möss och hittade följande resultat:

(en) S-III (virulenta) bakterier injicerades i möss; mössen utvecklade lunginflammation och dog slutligen.

(B) R-II (icke-virulenta) bakterier injicerades i möss; Mössen fick ingen sjukdom eftersom R-II-stammen var icke-patogen.

(C) När Griffith injicerade värme dödade S-III-bakterier i möss, led de inte av lunginflammation och överlevde därmed.

(D) En blandning av R-II (icke-virulenta) och värmdödda S-III-bakterier injicerades i möss; mössen utvecklade lunginflammation och dog. Genom att postmortomera de döda mössen sågs det att deras hjärtablod hade både bakterier av R-II och S-III.

Sålunda konverterade en del genetisk faktor från döda S-III-celler levande R-II-celler till levande S-III-celler och den senare producerade sjukdomen. Kort sagt, levande R-II-celler förvandlades på något sätt. Så blev Griffith-effekten gradvis känd som transformation och visade sig vara det första steget i identifieringen av genetiskt material.

Biokemisk karakterisering av transformationsprincipen:

Eller

Identifiering av omvandling av genetiskt ämne:

År 1944, sexton år efter Griffiths experiment, rapporterade Oswald Avery, Colin MacLeod och Maclyn McCarty (1933-1944) framgångsrikt repetition av bakteriell transformation, men in vitro. De kunde identifiera det transformerande genetiska materialet. De testade fraktioner av värmdödade celler för transformationsförmåga. Deras resultat var som under.

Deras resultat var:

(i) DNA ensamt från S-bakterier orsakade R-bakterier att transformeras.

(ii) De fann att proteaser (proteindeltningsenzymer) och RNAse (RNA digererande enzymer) inte påverkade transformationen.

(iii) Digestion med DNAas inhiberade transformation.

Således slog de slutligen slutsatsen att DNA är det ärftliga materialet.

Blandning injiceras i friska möss

Resultat erhållet

1. RU-typ levande celler + Kapsel av värmdöd S-III-typ.

Möss utvecklade inte lunginflammation.

2. Levande celler av R-II + Cellvägg av värmdöd S-III-typ.

Som ovan.

3. Levande celler av R-II + Cytoplasma av värmdöd S-III-typ (utan DNA)

Som ovan.

4. Levande celler av R-II + DNA av värmdöd S-III-typ.

Möss utvecklade lunginflammation och dog.

5. Levande celler av R-II-typ + DNA av värmdöd S-III-typ + DNAas

Möss utvecklade inte lunginflammation.

Därför är det nu bortom något rimligt tvivel att DNA är det ärftliga materialet.

2. Bakteriofaginfektion:

Virusinfektionsmedel är DNA. Genom att använda radioaktiva spårämnen gav Alferd Hershey och Maratha Chase (1952) bevis för att DNA är det ärftliga materialet i vissa bakteriofager (bakterievirus).

Struktur av T 2 bakteriofag:

Detta bakterievirus innehåller ett yttre icke-genetiskt proteinskal och inre kärna av genetiskt material (DNA). T2-fagen är av tadpoleform differentierad till huvud och svansområde. Huvudet är en långsträckt, bipyramidal, sexsidig struktur bestående av flera proteiner.

Inom huvudet (fig 6.13) är en sluten, icke-slutlig DNA-molekyl. Huvudets dimensioner är sådana att den kan packa DNA-molekylen tätt inuti den. Svansen är en ihålig cylinder. Svansen bär 24 spiralformiga strimmor.

(ii) Vissa andra bakteriofager odlades i bakterier som hade 32P. Denna radioaktiva 32P var begränsad till DNA från fagpartiklar.

Sex svansfibrer uppträder från en sexkantig platta vid den distala änden av plattan. Stjärten är endast framställd av proteiner. Proteinhaltigt yttre skal innehåller svavel (S) men ingen fosfor (P), medan DNA innehåller fosfor men ingen svavel.

Hershey och Chase (1952) utförde sitt experiment på T 2- fag som attackerar bakterien Escherichia coli.

Fagpartiklarna framställdes genom användning av radioisotoper av 35 S och 32 P i följande steg:

(i) Få bakteriofager odlades i bakterier innehållande 35 S. Detta radioaktiva var 35S inkorporerat i cystein- och metioninaminosyrorna av proteiner och således bildade dessa aminosyror med 35 S proteinerna i fag.

(ii) Vissa andra bakteriofager odlades i bakterier med 32 P. Denna radioaktiva 32P var begränsad till DNA från fagpartiklar.

Dessa två radioaktiva fagpreparat (en med radioaktiva proteiner och en annan med radioaktivt DNA) fick infektera odlingen av E. coli. Proteinbeläggningarna separerades från bakteriecellväggarna genom skakning och centrifugering.

De tyngre infekterade bakteriecellerna under centrifugering pelleterades till botten (bild 6.14). Supernatanten hade de lättare fagpartiklarna och andra komponenter som misslyckades att infektera bakterier.

Det observerades att bakteriofager med radioaktivt DNA gav upphov till radioaktiva pellets med 32 P i DNA. I fagpartiklarna med radioaktivt protein (med 35 S) har bakteriepelletsna nästan nollradioaktiviteter som indikerar att proteiner har misslyckats att migrera till bakteriecell.

Så kan det säkert sägas att under infektion med bakteriofag T2 var det DNA som kom in i bakterierna. Det följdes av en förmörkelse under vilken fagd DNA replikerar många gånger inom bakteriecellen (fig 6.15).

Mot slutet av eklipstiden riktar fag DNA framställning av proteinöverdrag sammansättning av nybildade fagpartiklar. Lysozym (ett enzym) medför lysis av värdcell och frigör de nybildade bakteriofagen.

Ovanstående experiment tyder tydligt på att det är fag-DNA och inte protein som innehåller den genetiska informationen för framställning av nya bakteriofager. Men i vissa växtvirus (som TMV) fungerar RNA som ärftligt material (är DNA-frånvarande).

B. Egenskaper för genetiskt material (DNA mot RNA):

DNA är det genetiska materialet RNA har visat sig vara genetiskt material i TMV (Tobacco mosaicvirus), ф β bakteriofag etc. DNA är stort ärftligt material i de flesta av organismerna. RNA utför huvudsakligen funktionerna för budbärare och adapter. Detta beror främst på skillnader mellan kemisk struktur av DNA och RNA.

Erforderliga egenskaper hos genetiskt material:

1. Replikering:

Detta hänför sig till duplicering av dess genetiska material genom trogen replikation som visas av både DNA och RNA. Proteiner och andra molekyler som finns i levande varelse uppvisar inte denna egenskap.

2. Stabilitet:

Stabilitet hos genetiskt material bör finnas. Det bör inte ändra sin struktur lätt med förändrade livssteg, ålder av fysiologi hos levande varelser. Även i Griffiths experiment med "transformationsprincip" överlevde DNA i värmdödade bakterier. Båda DNA-strängarna som är komplementära kan separeras.

RNA är ansvarig och lätt nedbrytbar på grund av närvaron av 2'-OH-grupp närvarande i varje nukleotid. Eftersom RNA är katalytiskt har det blivit reaktivt. Eftersom DNA är stabilare än RNA, sägs det vara bättre genetiskt material. Tymins närvaro i stället för uracil är en annan orsak som leder till stabilitet av DNA.

3. Mutation:

Genetiskt material bör kunna genomgå mutation och en sådan förändring bör vara stabilt ärvt. Både nukleinsyror DNA och RNA har förmågan att mutera. RNA muterar i en snabbare takt jämfört med DNA. Virus med RNA-genom visar mutation och utveckling i snabbare takt och har därmed en kortare livslängd.

Tabell 6.6. Typer av nukleinsyror:

namn

Typ av molekyl

Plats

Fungera

DNA

Deoxiribonukleinsyra.

Makromolekyl i form av dubbelhelikix med tusentals underenheter.

Huvudsakligen i kärnor, även i mitokondrier och kloroplaster.

Agerar som butik för kodade instruktioner för syntes av alla proteiner som krävs av cellen.

mRNA

Messenger ribonukleinsyra.

Enkelsträngad polymer med hundratals underenheter.

I kärnor och cytoplasma speciellt ribosomer.

Framställd på DNA-mallen bär den kodade instruktioner för syntes av ett eller flera proteiner från kärna till ribosomer.

rRNA

Ribosomal ribonukleinsyra.

Molekylen är mycket nära bunden till proteinfraktion.

Endast i ribosomer.

Former del av ribosomstruktur. Hjälper till att lokalisera mRNA korrekt på ribosomytan.

tRNA

Överför ribonukleinsyra.

Ensträngad polymer med mindre än ett hundra underenheter.

I cytoplasman.

Många typer av tRNA verkar som aminosyrabärare. Ta specifik aminosyra från cytoplasma till mRNA-mall på ribosom.

4. Genetiskt uttryck:

RNA uttrycker lätt tecknen i form av proteiner. DNA kräver RNA för bildning av proteiner. DNA som är mer stabilt betraktas som bättre än RNA för lagring av genetisk information. För överföring av genetiska tecken ger RNA bättre resultat.