DNR: kaip paveldima medžiaga ir genetinės medžiagos savybės (DNR ir RNR) | Biologija

DNR: kaip paveldima medžiaga ir genetinės medžiagos savybės (DNR ir RNR)!

Mendelio paveldėjimo principai ir Meischerio (1871) nukleino (nukleino rūgščių) atradimas beveik sutapo, bet teigė, kad DNR veikia kaip genetinė medžiaga, užtruko ilgai. Ankstesni Mendel, Walter Sutton, TH Morgan ir kitų atradimai sumažino genetinės medžiagos paiešką chromosomoms.

Chromosomos sudaro nukleino rūgštys ir baltymai ir yra žinomos kaip paveldimos transporto priemonės. Pirmiausia pasirodė, kad baltymai yra paveldima medžiaga, kol bus atlikti eksperimentai, įrodantys, kad nukleino rūgštys veikia kaip genetinė medžiaga.

Nustatyta, kad DNR (dezoksiribozės nukleino rūgštis) yra genetinė medžiaga visose gyvose būtybėse, išskyrus keletą augalų virusų, kuriuose RNR yra genetinė medžiaga, nes DNR nėra tokių virusų.

A. DNR kaip paveldimos medžiagos įrodymai:

Sąvoka, kad DNR yra genetinė medžiaga, buvo pagrįsta šiais įrodymais:

1. Bakterijų transformacija arba transformavimo principas (Griffith Effect):

1928 m. Britų medicinos pareigūnas Frederis Griffithas susidūrė su reiškiniu, kuris dabar vadinamas bakterijų transformacija. Jo stebėjime dalyvavo Streptococcus pneumoniae bakterija (6.12 pav.), Susijusi su tam tikra pneumonija. Šio eksperimento metu gyvas organizmas (bakterijos) pasikeitė į gyvenimo formą.

Ši bakterija yra dviejų formų:

a) Sklandus (S):

Kieno ląstelės gamina polisacharidų kapsulę (gleivinę), todėl kolonijos agarui yra lygios ir gana blizgios? Ši padermė yra virulentinė (patogeninė) ir sukelia pneumoniją.

b) Rough (R):

Tokiu atveju ląstelės neturi kapsulės ir susidaro nuobodu neapdorotų kolonijų.

Yra žinoma, kad kapsulės buvimas ar nebuvimas yra genetiškai nustatytas.

Tiek S, tiek R štamai randami keliose rūšyse ir yra žinomi kaip SI, S-II, S-III ir tt, RI, R-II ir R-III ir tt.

Mutacijos nuo sklandžios iki neapdorotų atsiranda spontaniškai, maždaug 10 ląstelių dažniu 10 ^7, tačiau atvirkštinė yra daug rečiau.

Griffithas atliko savo eksperimentą, švirkšdamas minėtas bakterijas į peles ir nustatydamas šiuos rezultatus:

(a) S-III (virulentinės) bakterijos buvo švirkštos į peles; pelėms išsivystė pneumonija ir pagaliau mirė.

(b) R-II (ne virulentiškos) bakterijos buvo švirkštos į peles; pelės nepatyrė ligos, nes R-II padermė buvo ne patogeniška.

(c) Kai Griffith švirkštė šilumą, žuvo S-III bakterijas į peles, jie nesulaukė pneumonijos ir taip išgyveno.

(d) Su pelėmis buvo švirkščiamas R-II (ne virulentinis) ir šilumos būdu nužudytų S-III bakterijų mišinys; pelėms išsivystė pneumonija ir mirė. Pasibaigus negyvoms pelėms, pastebėta, kad jų širdies kraujyje buvo tiek R-II, tiek S-III bakterijų padermių.

Taigi, kai kurie negyvi S-III ląstelių genetiniai veiksniai gyvas R-II ląsteles paverčia gyvomis S-III ląstelėmis, o pastaroji sukėlė ligą. Trumpai tariant, gyvos R-II ląstelės buvo kažkaip transformuotos. Taigi Griffito efektas palaipsniui tapo žinomu kaip transformacija ir pasirodė pirmasis žingsnis nustatant genetinę medžiagą.

Transformuojančio principo biocheminis apibūdinimas:

Or

Transformuojančios genetinės medžiagos identifikavimas:

1944 m., Šešiolika metų po Griffitho eksperimento, Oswald Avery, Colin MacLeod ir Maclyn McCarty (1933-1944) sėkmingai kartojo bakterijų transformaciją, bet in vitro. Jie sugebėjo nustatyti transformuojančią genetinę medžiagą. Jie išbandė šilumos metu nužudytų ląstelių frakcijas, kad galėtų transformuotis. Jų rezultatai buvo tokie patys kaip.

Jų rezultatai buvo:

(i) Vien tik DNR DNR sukėlė R bakterijų transformaciją.

(ii) Jie nustatė, kad proteazės (baltymų virškinimo fermentai) ir RNAzė (RNR virškinimo fermentai) nepaveikė transformacijos.

(iii) Virškinimas su DNRaze slopino transformaciją.

Taigi jie pagaliau padarė išvadą, kad DNR yra paveldima medžiaga.

Todėl dabar nėra jokių pagrįstų abejonių, kad DNR yra paveldima medžiaga.

2. Bakteriofaginė infekcija:

Virusinė infekcinė medžiaga yra DNR. Naudojant radioaktyvius atsekamuosius, Alferd Hershey ir Maratha Chase (1952) įrodė, kad DNR yra paveldima medžiaga tam tikrose bakteriofagose (bakteriniai virusai).

T2 bakteriofago struktūra:

Šis bakterinis virusas turi išorinį ne genetinį baltymų apvalkalą ir genetinę medžiagą (DNR). T2 fagai skiriasi į galvos ir uodegos regioną. Galva yra pailga, bipiramidinė, šešių pusių struktūra, sudaryta iš kelių baltymų.

Ant galvos (6.13 pav.) Yra uždara, nesibaigianti DNR molekulė. Galvos matmenys yra tokie, kad galėtų gerai supakuoti DNR molekulę. Uodega yra tuščiaviduris cilindras. Uodega turi 24 spiralines stringas.

Iš šešiakampės plokštelės, esančios distaliniame plokštės gale, pasirodo šeši uodegos pluoštai. Uodega susideda tik iš baltymų. Baltyminis išorinis apvalkalas yra sieros (S), tačiau jo nėra fosforo (P), o DNR sudėtyje yra fosforo, bet nėra sieros.

Hershey ir Chase (1952) atliko eksperimentą su T2 fagu, kuris atakuoja bakteriją Escherichia coli.

Fagų dalelės buvo paruoštos naudojant 35S ir ³² P radijo izotopus šiais etapais:

(i) Nedaug bakteriofagų buvo auginami bakterijose, turinčiose ³⁵ S. Šią radioaktyviąją medžiagą įeina į baltymų cisteino ir metionino amino rūgštis, todėl šios aminorūgštys su ³⁵ S sudarė fago baltymus.

(ii) Kai kurie kiti bakteriofagai buvo auginami bakterijose, turinčiose ³² p. Ši radioaktyvi ³² P buvo apribota faginių dalelių DNR.

Šiems dviem radioaktyviųjų fagų preparatams (po vieną su radioaktyviais proteinais ir kita su radioaktyvia DNR) buvo leista užkrėsti E. coli kultūrą. Baltymų sluoksniai buvo atskirti nuo bakterijų ląstelių sienelių kratant ir centrifuguojant.

Sunkesnės užsikrėtusios bakterinės ląstelės centrifuguojant pelletuotos į apačią (6.14 pav.). Viršutiniame sluoksnyje buvo lengvesnių fagų dalelių ir kitų komponentų, kurie nepavyko užkrėsti bakterijų.

Pastebėta, kad bakteriofagai su radioaktyvia DNR sukėlė radioaktyvias granules su ³² P DNR. Tačiau faginių dalelių, turinčių radioaktyvų baltymą ( ³⁵ S), bakterijų granulės turi beveik nulinį radioaktyvumą, rodantį, kad baltymai nepavyko migruoti į bakterijų ląsteles.

Taigi, galima saugiai daryti išvadą, kad bakteriofago T2 infekcijos metu į bakterijas pateko DNR. Po to pasireiškė užtemimo laikotarpis, per kurį faginės DNR daug kartų kartojasi bakterijų ląstelėje (6.15 pav.).

Užtemimo laikotarpio pabaigoje faginės DNR nukreipia naujai suformuotų fagų dalelių surinkimo baltymų sluoksnių gamybą. Lizocimas (fermentas) sukelia ląstelę ląstelėje ir atpalaiduoja naujai suformuotas bakteriofagus.

Pirmiau pateiktas eksperimentas aiškiai rodo, kad yra faginės DNR, o ne baltymas, kuriame yra genetinė informacija naujų bakteriofagų gamybai. Tačiau kai kuriuose augalų virusuose (pvz., TMV) RNR yra paveldima medžiaga (nesant DNR).

B. Genetinės medžiagos savybės (DNR ir RNR):

DNR yra genetinė medžiaga RNR yra genetinė medžiaga TMV (tabako mozaikos virusas), β β bakteriofagas ir tt DNR yra pagrindinė paveldima medžiaga daugelyje organizmų. RNR daugiausia atlieka pasiuntinio ir adapterio funkcijas. Taip yra daugiausia dėl DNR ir RNR cheminės struktūros skirtumų.

Reikalingos genetinės medžiagos savybės:

1. Replikacija:

Tai reiškia savo genetinės medžiagos dubliavimą ištikimu replikavimu, kurį rodo ir DNR, ir RNR. Baltymai ir kitos gyvose molekulėse esančios molekulės neturi šios savybės.

2. Stabilumas:

Genetinės medžiagos stabilumas turėtų egzistuoti. Ji neturėtų keisti jos struktūros lengvai pakeitus gyvenimo etapus, gyvų būtybių fiziologijos amžių. Netgi Griffitho „transformuojančio principo“ eksperimente, DNR išliko karštyje nužudytose bakterijose. Abi DNR kryptis, kurios yra viena kitą papildančios, galima atskirti.

RNR yra atsakinga ir lengvai skaidoma dėl 2'-OH grupės, esančios kiekviename nukleotide, buvimo. Kadangi RNR yra katalizinė, ji tapo reaktyvia. Kadangi DNR yra stabilesnė nei RNR, tai yra geresnė genetinė medžiaga. Tinino buvimas vietoj uracilo yra dar viena priežastis, dėl kurios atsiranda DNR stabilumas.

3. Mutacija:

Genetinė medžiaga turėtų sugebėti atlikti mutaciją ir toks pakeitimas turėtų būti paveldėtas. Ir nukleorūgščių DNR, ir RNR gali mutuoti. RNR mutuoja greičiau, palyginti su DNR. Virusas, turintis RNR genomą, rodo mutaciją ir evoliuciją greičiau ir taip turi trumpesnį gyvenimo trukmę.

6.6 lentelė. Nukleino rūgščių tipai:

4. Genetinė raiška:

RNR lengvai išreiškia baltymus turinčius simbolius. DNR reikalauja RNR baltymų susidarymui. Stabilesnė DNR yra laikoma geresne nei RNR, kad būtų galima saugoti genetinę informaciją. Tačiau, perduodant genetinius simbolius, RNR duoda geresnių rezultatų.