DNA: 2 Bevis för att stödja DNA som ett genetiskt material

De olika indirekta och direkta bevisen till stöd för DNA som är genetiskt material är följande:

Indirekta bevis:

1. Varje cell innehåller kärna som styr dess morfologi, fysiologi och ärftlighet.

Image Courtesy: writersforensicsblog.files.wordpress.com/2013/01/dna-pipettes-up-close.jpg

2. Som framgår av Friedrich Miescher (1869) och efterföljande arbetare, har kärnan deoxiribosnukleinsyra. DNA inträffar därför i alla celler.

3. DNA kan replikera. DNA-kopior liknar det ursprungliga DNA.

4. DNA replikerar före celldelning och fördelas jämnt i dottercellerna.

5. DNA kan styra cellstruktur och cellfunktioner genom transkription och translation.

6. Delar av DNA kan undertryckas eller deprimeras enligt metabola krav.

7. DNA kan visa oändliga variationer på grund av förändringar i dess nukleotidtyp, sekvens och längd.

8. DNA har ett system för reparation.

9. Differentiell aktivering av DNA-segment eller gener resulterar i celldifferentiering, vävnadsbildning, organbildning och produktion av olika komponenter i en multicellulär kropp.

10. Den har en inbyggd klocka för utveckling.

11. Mängden DNA är normalt densamma i alla celler i en organism. Det ändras dock en gång under cellcykeln och livscykeln. DNA-nivån fördubblas under interfasen (S-fas) när kromosomerna replikerar för att bilda sina kolkopior. Den minskar till hälften av meios när kromosomtalet också sänks till hälften.

12. Våglängder av högeffektstrålar (t.ex. ultraviolett) som absorberas av DNA är också de våglängder som ger upphov till maximalt antal mutationer eller plötsliga men permanenta ärftliga variationer.

13. En förändring av kemisk eller linjär struktur av DNA genom omplacering, tillsats eller deletion av nukleotider ger upphov till mutationer som överförs till dotterceller och manifesteras genom förändrad metabolism av cellerna.

Direkta bevis:

(a) Transformation (Griffiths experiment):

Det är förändringen i en organisms genetiska konstitution genom att plocka upp gener närvarande i resterna av sina döda släktingar. Transformationen studerades först av en brittisk doktor, SE Griffith 1928. Han studerade patogenitet av olika stammar av bakterie Streptococcus lunginflammation, även känd som Pocococcus eller Pneumococcus lunginflammation. Bakterien har två stammar - virulenta och icke-virulenta.

Den virulenta stammen orsakar lunginflammation. Dess bakterier är kända som S-typ, eftersom de när de odlas på lämpligt medium bildar mjuka kolonier. Dessa diplokocker är täckta av en mucilagehylsa (polysackarid) runt dem. Manteln är inte bara orsaken till toxigenicitet utan skyddar också bakterierna från fagocyter från värden. Den icke-virulenta typen av bakterier producerar inte sjukdomen. De bildar oregelbundna eller grova kolonier. Dessa diplokocker saknar mucilage mantel.

De icke-virulenta bakterierna kallas därför grov eller R-typ. Griffith testade virulensen av de två stammarna av Pneumococcus genom att injicera bakterierna av levande R II-typ och levande S IH-typ separat i möss. Han fann att bakterier av R-typ inte producerade någon sjukdom medan bakterier av S-typ orsakade lunginflammation och därefter död i mössen (tabell 6.1).

Däremot drogs värme (vid 82 ° C-90 ° C) S-typ bakterier gav inga symptom på sjukdomen. Slutligen injicerade Griffith en kombination av levande R-typ och värmdödade S-typ bakterier i möss. Ingen av dessa bakterier är skadliga när de är ensamma. När de injicerades med blandningen av de två överlevde några möss medan andra utvecklade lunginflammationssjukdomen och dog (figur 6.1).

Autopsi av de döda mössen visade att de hade både typerna av bakterier (virulent S-typ och icke-virulent R-typ) i levande tillstånd, trots att mössen hade injicerats med döda virulenta och levande icke-virulenta bakterier.

Förekomsten av levande S-typ virulenta bakterier är endast möjlig genom deras bildning från icke-virulenta bakterier av R-typ som plockar upp virulensegenskapen från döda bakterier. Fenomenet kallas Griffith effekt eller transformation. Griffith föreslog att "transformationsprincipen" är en kemisk substans som släpps ut av värmdödade bakterier. Det förändrade R-bakterierna i S-bakterier. Det var en permanent genetisk förändring, eftersom de nya S-typbakterierna endast bildade S-typ avkomma.

Griffiths arbete kunde emellertid inte bevisa (a) huruvida möss var väsentliga för transformation genom att ge någon viktig kemikalie, (b) virulensens karaktär kan tillhöra någon komponent av polysackarid av s-typ av mucilage, protein eller DNA .

Snart fann man att möss inte krävdes för transformation eftersom odlingsmediet innehållande döda S-typ-bakterier kunde inducera karaktären av virulens i de icke-virulenta bakterierna.

Tabell 6.1. Sammanfattning av Griffiths experiment

Biokemisk karakterisering av transformationsprincipen:

År 1944 renade Avery, MacLeod och McCarty biokemikalier från de värmdödda bakterierna S-typ i tre komponenter-DNA, kolhydrater och protein. DNA-fraktionen uppdelades ytterligare i två delar: en med deoxiribonukleas eller DNas och den andra utan den. De fyra komponenterna tillsattes sedan till separata odlingsrör innehållande R-typ-bakterier (fig.6.2). Odlingsrören fick förbli ostörda under en tid. De analyserades sedan för bakteriepopulationen.

Endast DNA av S-typ kan ändra R-typ av bakterier till S-typ. Därför är karaktären eller genen av virulens lokaliserad i DNA. Genen av andra karaktärer skulle på samma sätt ligga i denna kemikalie. Således visade de att kemikalien som är ärvd är DNA och den utgör den kemiska eller molekylära grunden för ärftlighet. Detta experiment bekräftade också att DNA kan extraheras från en cell och passeras till en annan cell. Emellertid var alla biologer inte övertygade med Avery et als experimentella tillvägagångssätt.

(b) Multiplikation av bakterierofag (transduktion):

Bakteriofager är bakteriella virus. T ₂ är en bakteriofag som infekterar Escherichia coli, bakterien närvarande som commensal i människans tarm. Escherichia coli kan också odlas över odlingsmedium. AD Hershey och Martha Chase (1952) växte två kulturer av Escherichia coli. En kultur tillfördes radioaktiv svavel, ³⁵ S. Den andra kulturen tillhandahölls med radioaktiv fosfor, ³² P.

Radioaktiv svavel införlivas i svavelhaltiga aminosyror (cystein och metionin) och blir därför en del av bakteriella proteiner. Radioaktiv fosfor införlivas i nukleotider som bildar nukleinsyror, mestadels DNA. Därför blev bakterier från båda kulturerna märkta (= heta).

Hershey och Chase introducerade sedan bakteriofag T2 i både bakteriekulturerna. Viruset gick in i bakterierna där det multiplicerade. Virusavkommet testades i båda fallen. Det märktes, en typ med radioaktivt protein och annan typ med radioaktivt DNA (fig 6.3). Varje typ av bakteriofager introducerades nu i separata kulturer med normala eller omärkta bakterier.

Efter en tid skakades båda kulturerna försiktigt i en bländare vid 10000 varv per minut för att avlägsna de tomma fagkapslarna (eller spöken) som klibbar till ytan av bakterier. Kulturen centrifugerades därefter.

De tyngre (infekterade) bakterierna slog sig ned i form av pellets. Supernatanten innehåller lättare virala skikt som inte kommer in i bakteriecellerna. Både pelleten och supernatanten analyserades. Man fann att fag med märkt protein inte gjorde bakterierna märkta. I stället begränsades radioaktiviteten till supernatanten, vilken befanns innehålla endast tomma fagkapsider eller spöken.

I den andra kulturen där bakteriofag märkt med radioaktivt DNA infördes fann man att skakning inte producerade någon radioaktivitet i supernatanten med tomma kapsidskikt. I stället märktes bakterierna som bevisar att endast DNA från fagen gick in i bakterierna.

Avkomman av de två typerna av bakteriofager testades igen för radioaktivitet. Radioaktivitet var frånvarande i virusen härledda från föräldrar som hade märkt protein. Virusen som härrör från föräldrar som har märkt DNA hade radioaktivitet. Detta visar att den genetiska kemikalien är DNA och inte proteinet.