DNA: là vật liệu di truyền và tính chất của vật liệu di truyền (DNA so với RNA) | Sinh học

DNA: là vật liệu di truyền và tính chất của vật liệu di truyền (DNA so với RNA)!

Nguyên tắc di truyền do Mendel đưa ra và phát hiện ra nuclein (axit nucleic) của Meischer (1871) gần như trùng khớp nhưng vì cho rằng DNA hoạt động như một vật liệu di truyền mất nhiều thời gian. Những khám phá trước đó được thực hiện bởi Mendel, Walter Sutton, TH Morgan và những người khác đã thu hẹp việc tìm kiếm vật liệu di truyền thành nhiễm sắc thể.

Nhiễm sắc thể được tạo thành từ axit nucleic và protein và được gọi là phương tiện di truyền. Trong trường hợp đầu tiên, có vẻ như protein sẽ là vật liệu di truyền, cho đến khi các thí nghiệm được thực hiện để chứng minh rằng axit nucleic hoạt động như vật liệu di truyền.

DNA (axit nucleic deoxyribose) đã được tìm thấy là một vật liệu di truyền trong tất cả các sinh vật ngoại trừ một số virus thực vật trong đó RNA là vật liệu di truyền vì DNA không được tìm thấy trong các virus như vậy.

A. Bằng chứng cho DNA là vật liệu di truyền:

Khái niệm rằng DNA là vật liệu di truyền đã được hỗ trợ bởi các bằng chứng sau:

1. Nguyên tắc biến đổi hoặc biến đổi vi khuẩn (Hiệu ứng Griffith):

Năm 1928, Frederick Griffith, một sĩ quan y tế người Anh đã gặp phải một hiện tượng, bây giờ được gọi là biến đổi vi khuẩn. Những quan sát của ông liên quan đến vi khuẩn Streptococcus pneumoniae (Hình 6.12) có liên quan đến một số loại viêm phổi. Trong quá trình thí nghiệm này, một sinh vật sống (vi khuẩn) đã thay đổi thành dạng sống.

Vi khuẩn này được tìm thấy ở hai dạng:

(a) Mịn (S):

Các tế bào của ai sản xuất một viên nang polysacarit (chất nhầy), làm cho các khuẩn lạc trên môi trường thạch mịn và khá sáng bóng? Chủng này có độc lực (gây bệnh) và gây viêm phổi.

(b) Rough (R):

Trong trường hợp này, các tế bào thiếu viên nang và tạo ra các khuẩn lạc (R) xỉn màu.

Sự hiện diện hay vắng mặt của viên nang được biết là được xác định về mặt di truyền.

Cả hai chủng S và R được tìm thấy trong một số loại và được gọi là SI, S-II, S-III, v.v. và RI, R-II và R-III, v.v.

Đột biến từ mịn đến thô xảy ra một cách tự nhiên với tần số khoảng một tế bào trong 10 7, điều ngược lại ít xảy ra hơn nhiều.

Griffith đã thực hiện thí nghiệm của mình bằng cách tiêm vi khuẩn trên vào chuột và tìm thấy kết quả sau:

(a) Vi khuẩn S-III (độc lực) được tiêm vào chuột; Những con chuột bị viêm phổi và cuối cùng đã chết.

(b) Vi khuẩn R-II (không độc lực) được tiêm vào chuột; Những con chuột không bị bệnh vì chủng R-II không gây bệnh.

(c) Khi Griffith tiêm nhiệt giết chết vi khuẩn S-III vào chuột, chúng không bị viêm phổi và do đó sống sót.

(d) Một hỗn hợp R-II (không độc lực) và vi khuẩn S-III đã tiêu diệt nhiệt được tiêm vào chuột; Những con chuột bị viêm phổi và chết. Sau khi giết chết những con chuột chết, người ta nhận thấy rằng máu tim của chúng có cả hai chủng vi khuẩn R-II và S-III.

Do đó, một số yếu tố di truyền từ các tế bào S-III đã chết đã chuyển đổi các tế bào R-II sống thành các tế bào S-III sống và sau đó tạo ra bệnh. Nói tóm lại, các tế bào R-II sống đã được biến đổi bằng cách nào đó. Vì vậy, hiệu ứng Griffith dần dần được gọi là biến đổi và hóa ra là bước đầu tiên trong việc xác định vật liệu di truyền.

Đặc tính hóa sinh của nguyên lý biến đổi:

Hoặc là

Xác định chất biến đổi gen:

Năm 1944, mười sáu năm sau thí nghiệm của Griffith, Oswald Avery, Colin MacLeod và Maclyn McCarty (1933-1944) đã báo cáo sự lặp lại thành công sự biến đổi của vi khuẩn, nhưng trong ống nghiệm. Họ đã có thể xác định vật liệu di truyền biến đổi. Họ đã thử nghiệm các phân số nhiệt đã tiêu diệt tế bào để tìm khả năng biến đổi. Phát hiện của họ là như dưới.

Phát hiện của họ là:

(i) DNA đơn độc từ vi khuẩn S đã khiến vi khuẩn R biến đổi.

(ii) Họ phát hiện ra rằng protease (enzyme tiêu hóa protein) và RNAse (enzyme tiêu hóa RNA) không ảnh hưởng đến sự biến đổi.

(iii) Quá trình tiêu hóa với DNAase đã ức chế chuyển đổi.

Do đó, cuối cùng họ đã kết luận rằng DNA là vật liệu di truyền.

Hỗn hợp tiêm vào chuột khỏe mạnh

Kết quả thu được

1. Tế bào sống loại RU + Viên nang nhiệt giết chết loại S-III.

Chuột không bị viêm phổi.

2. Tế bào sống loại R-II + Thành tế bào nhiệt giết chết loại S-III.

Như trên.

3. Tế bào sống loại R-II + Tế bào chất nhiệt đã giết chết loại S-III (không có DNA)

Như trên.

4. Tế bào sống loại R-II + DNA của nhiệt giết chết loại S-III.

Chuột bị viêm phổi và chết.

5. Tế bào sống loại R-II + DNA nhiệt đã giết chết loại S-III + DNAase

Chuột không bị viêm phổi.

Do đó, bây giờ vượt quá mọi nghi ngờ hợp lý rằng DNA là vật liệu di truyền.

2. Nhiễm trùng do vi khuẩn:

Tác nhân lây nhiễm virus là DNA. Bằng cách sử dụng các chất đánh dấu phóng xạ, Alferd Hershey và Maratha Chase (1952) đã đưa ra bằng chứng rằng DNA là vật liệu di truyền trong một số vi khuẩn (virus vi khuẩn).

Cấu trúc của vi khuẩn T 2 :

Virus vi khuẩn này chứa vỏ protein không di truyền bên ngoài và lõi bên trong của vật liệu di truyền (DNA). Các phage T 2 có hình dạng nòng nọc phân biệt thành vùng đầu và đuôi. Đầu là một cấu trúc kéo dài, lưỡng cực, sáu mặt bao gồm một số protein.

Trong đầu (Hình 6.13) là một phân tử DNA khép kín, không kết thúc. Kích thước của đầu sao cho có thể đóng gói phân tử DNA chặt chẽ bên trong nó. Đuôi là một hình trụ rỗng. Đuôi có 24 đường xoắn ốc.

(ii) Một số vi khuẩn khác được trồng ở vi khuẩn có 32P. 32P phóng xạ này đã bị hạn chế đối với DNA của các hạt phage.

Sáu sợi đuôi xuất hiện từ một tấm lục giác ở đầu xa của tấm. Đuôi chỉ được hình thành từ protein. Vỏ ngoài protein chứa lưu huỳnh (S) nhưng không có phốt pho (P), trong khi DNA chứa phốt pho nhưng không có lưu huỳnh.

Hershey và Chase (1952) đã tiến hành thí nghiệm trên phage T 2 tấn công vi khuẩn Escherichia coli.

Các hạt phage được điều chế bằng cách sử dụng các đồng vị vô tuyến 35 S và 32 P trong các bước sau:

(i) Rất ít vi khuẩn được phát triển ở vi khuẩn chứa 35 S. Chất phóng xạ này là 35 S được tích hợp vào các axit amin cysteine ​​và methionine của protein và do đó các axit amin này với 35 S tạo thành protein của phage.

(ii) Một số vi khuẩn khác được nuôi cấy ở vi khuẩn có 32 P. Chất phóng xạ 32 P này bị hạn chế đối với DNA của các hạt phage.

Hai chế phẩm phage phóng xạ này (một loại có protein phóng xạ và loại khác có DNA phóng xạ) được phép lây nhiễm vào môi trường nuôi cấy E. coli. Các lớp vỏ protein được tách ra khỏi thành tế bào vi khuẩn bằng cách lắc và ly tâm.

Các tế bào vi khuẩn bị nhiễm nặng hơn trong quá trình ly tâm được ép xuống đáy (Hình 6.14). Chất nổi trên mặt có các hạt phage nhẹ hơn và các thành phần khác không thể lây nhiễm vi khuẩn.

Nó đã được quan sát thấy rằng vi khuẩn với DNA phóng xạ đã tạo ra các viên phóng xạ với 32 P trong DNA. Tuy nhiên, trong các hạt phage có protein phóng xạ (với 35 S), các viên vi khuẩn có lượng phóng xạ gần như không cho thấy protein đã không di chuyển vào tế bào vi khuẩn.

Vì vậy, có thể kết luận một cách an toàn rằng trong quá trình lây nhiễm vi khuẩn T 2, đó là DNA xâm nhập vào vi khuẩn. Tiếp theo là thời kỳ nhật thực trong đó DNA của phage sao chép nhiều lần trong tế bào vi khuẩn (Hình 6.15).

Đến cuối giai đoạn nhật thực, DNA của phage chỉ đạo việc sản xuất lớp vỏ protein của các hạt phage mới được hình thành. Lysozyme (một loại enzyme) mang lại sự phân giải tế bào chủ và giải phóng các vi khuẩn mới được hình thành.

Thí nghiệm trên cho thấy rõ ràng đó là DNA của phage chứ không phải protein chứa thông tin di truyền để tạo ra các vi khuẩn mới. Tuy nhiên, trong một số virus thực vật (như TMV), RNA hoạt động như vật liệu di truyền (không có DNA).

B. Tính chất của vật liệu di truyền (DNA so với RNA):

DNA là RNA vật liệu di truyền đã được tìm thấy là vật liệu di truyền trong TMV (virut khảm thuốc lá), vi khuẩn gây bệnh, vv DNA là vật liệu di truyền chính trong hầu hết các sinh vật. RNA chủ yếu thực hiện các chức năng của messenger và bộ chuyển đổi. Điều này chủ yếu là do sự khác biệt giữa cấu trúc hóa học của DNA và RNA.

Tính chất cần thiết của vật liệu di truyền:

1. Nhân rộng:

Điều này đề cập đến sự sao chép vật liệu di truyền của nó bằng sự sao chép trung thành được thể hiện bằng cả DNA và RNA. Protein và các phân tử khác có trong sinh vật sống không thể hiện tính chất này.

2. Ổn định:

Sự ổn định của vật liệu di truyền nên tồn tại. Nó không nên thay đổi cấu trúc của nó một cách dễ dàng với các giai đoạn thay đổi của cuộc sống, tuổi sinh lý của chúng sinh. Ngay cả trong thí nghiệm về 'nguyên lý biến đổi' của Griffith, DNA vẫn tồn tại trong vi khuẩn bị tiêu diệt nhiệt. Cả hai chuỗi DNA bổ sung có thể được tách ra.

RNA chịu trách nhiệm và dễ bị phân hủy do sự hiện diện của nhóm 2 'OH OH có trong mỗi nucleotide. Khi RNA là xúc tác, nó đã trở thành phản ứng. Bởi vì DNA ổn định hơn RNA, nó được cho là vật liệu di truyền tốt hơn. Sự hiện diện của thymine thay vì uracil là một lý do khác dẫn đến sự ổn định của DNA.

3. Đột biến:

Vật liệu di truyền phải có thể trải qua đột biến và sự thay đổi như vậy nên được di truyền ổn định. Cả axit nucleic DNA và RNA đều có khả năng đột biến. RNA đột biến với tốc độ nhanh hơn khi so sánh với DNA. Virus có bộ gen RNA cho thấy sự đột biến và tiến hóa với tốc độ nhanh hơn và do đó có vòng đời ngắn hơn.

Bảng 6.6. Các loại axit nucleic:

Tên

Loại phân tử

Vị trí

Chức năng

DNA

Axit deoxyribonucleic.

Macromolecule trong hình dạng của chuỗi xoắn kép với hàng ngàn đơn vị con.

Chủ yếu ở nhân, cũng ở ty thể và lục lạp.

Hành vi như lưu trữ các hướng dẫn được mã hóa để tổng hợp tất cả các protein theo yêu cầu của tế bào.

mRNA

Messenger axit ribonucleic.

Polyme sợi đơn với hàng trăm đơn vị phụ.

Trong nhân và tế bào chất đặc biệt là ribosome.

Được tạo trên mẫu DNA, nó mang các hướng dẫn được mã hóa để tổng hợp một hoặc nhiều protein từ nhân đến ribosome.

rRNA

Axit ribonucleic ribosome.

Phân tử liên kết rất chặt chẽ với phần protein.

Chỉ có trong ribosome.

Hình thành một phần của cấu trúc ribosome. Giúp xác định vị trí mRNA chính xác trên bề mặt ribosome.

tRNA

Chuyển axit ribonucleic.

Polyme mạch đơn có ít hơn một trăm đơn vị con.

Trong tế bào chất.

Nhiều loại tRNA hoạt động như chất mang axit amin. Lấy axit amin cụ thể từ tế bào chất đến mẫu mRNA trên ribosome.

4. Biểu hiện di truyền:

RNA thể hiện dễ dàng các nhân vật ở dạng protein. DNA đòi hỏi RNA để hình thành protein. DNA ổn định hơn được coi là tốt hơn RNA để lưu trữ thông tin di truyền. Tuy nhiên, để truyền các ký tự di truyền, RNA cho kết quả tốt hơn.