DNA: 2 Beweise zur Unterstützung von DNA als genetischem Material

Die verschiedenen indirekten und direkten Beweise zur Unterstützung von DNA als genetischem Material lauten wie folgt:

Indirekte Beweise:

1. Jede Zelle enthält einen Kern, der ihre Morphologie, Physiologie und Vererbung kontrolliert.

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2. Wie von Friedrich Miescher (1869) und späteren Arbeitern festgestellt wurde, besitzt der Kern Desoxyribose-Nukleinsäure. DNA kommt daher in allen Zellen vor.

3. DNA ist replikationsfähig. DNA-Kopien sind der ursprünglichen DNA ähnlich.

4. DNA repliziert sich vor der Zellteilung und ist gleichmäßig in den Tochterzellen verteilt.

5. DNA kann die Zellstruktur und Zellfunktionen durch Transkription und Translation steuern.

6. Teile der DNA können je nach Stoffwechselbedingung unterdrückt oder gedrückt werden.

7. DNA kann aufgrund von Änderungen in Typ, Sequenz und Länge des Nukleotids unendliche Variationen aufweisen.

8. DNA hat ein Reparatursystem.

Die differentielle Aktivierung von DNA-Segmenten oder Genen führt zur Zelldifferenzierung, Gewebebildung, Organbildung und zur Produktion verschiedener Komponenten eines vielzelligen Körpers.

10. Es hat eine eingebaute Uhr für die Entwicklung.

11. Die Menge an DNA ist normalerweise in allen Zellen eines Organismus gleich. Es ändert sich jedoch einmal während des Zellzyklus und des Lebenszyklus. Der DNA-Spiegel verdoppelt sich während der Interphase (S-Phase), wenn sich die Chromosomen zu Kohlenstoffkopien replizieren. Sie nimmt bei der Meiose auf die Hälfte ab, wenn auch die Chromosomenzahl auf die Hälfte reduziert wird.

12. Wellenlängen energiereicher Strahlen (z. B. Ultraviolett), die von DNA absorbiert werden, sind auch solche Wellenlängen, die zu einer maximalen Anzahl von Mutationen oder plötzlichen, aber dauerhaft vererbbaren Variationen führen.

13. Eine Änderung der chemischen oder linearen Struktur der DNA durch Umlagerung, Addition oder Deletion von Nukleotiden führt zu Mutationen, die auf Tochterzellen übertragen werden und sich durch einen veränderten Metabolismus der Zellen manifestieren.

Direkte Beweise:

(a) Transformation (Griffiths Experiment):

Es ist die Veränderung der genetischen Konstitution eines Organismus, indem Gene, die in den Überresten seiner toten Verwandten vorhanden sind, aufgenommen werden. Transformation wurde erstmals 1928 von einem britischen Arzt, SE Griffith, untersucht. Er untersuchte die Pathogenität verschiedener Stämme des Bakteriums Streptococcus pneumonia, auch bekannt als Diplococcus oder Pneumococcus pneumonia. Das Bakterium hat zwei Stämme - virulent und nicht virulent.

Der virulente Stamm verursacht eine Lungenentzündung. Seine Bakterien sind als S-Typ bekannt, da sie auf geeignetem Medium gezüchtet werden und glatte Kolonien bilden. Diese Diplokokken sind von einer Schleimhaut (Polysaccharid) umhüllt. Die Hülle ist nicht nur die Ursache der Toxigenizität, sondern schützt auch die Bakterien vor Phagozyten des Wirts. Die nicht-virulenten Bakterien produzieren die Krankheit nicht. Sie bilden unregelmäßige oder raue Kolonien. Diese Diplokokken haben keine Schleimhaut.

Die nichtvirulenten Bakterien werden daher als rauher oder R-Typ bezeichnet. Griffith testete die Virulenz der beiden Pneumococcus-Stämme, indem er lebende R II-Typ- und lebende S IH-Bakterien getrennt in Mäuse injizierte. Er fand heraus, dass die Bakterien vom R-Typ keine Krankheit hervorriefen, während die Bakterien vom S-Typ Lungenentzündung und dann den Tod bei den Mäusen verursachten (Tabelle 6.1).

Durch Hitze abgetötete (bei 82 ° C bis 90 ° C) Bakterien vom S-Typ erzeugten jedoch keine Symptome der Krankheit. Schließlich injizierte Griffith Mäusen eine Kombination aus lebenden R-Typ und durch Hitze abgetöteten S-Typ-Bakterien. Keines dieser Bakterien ist schädlich, wenn es alleine vorhanden ist. Wenn die Mischung der beiden injiziert wurde, überlebten einige Mäuse, während andere an Lungenentzündung litten und starben (Abb. 6.1).

Die Autopsie der toten Mäuse zeigte, dass sie im lebenden Zustand sowohl die Bakterienarten (virulenter S-Typ als auch nicht-virulenter R-Typ) besaßen, obwohl den Mäusen tote virulente und lebende nicht-virulente Bakterien injiziert worden waren.

Das Auftreten lebender virulenter Bakterien vom S-Typ ist nur durch ihre Bildung aus nicht virulenten R-Typ-Bakterien möglich, die die Eigenschaft der Virulenz von toten Bakterien aufnehmen. Das Phänomen wird als Griffith-Effekt oder Transformation bezeichnet. Griffith schlug vor, dass das "Umwandlungsprinzip" eine chemische Substanz ist, die durch durch Hitze abgetötete Bakterien freigesetzt wird. Es verwandelte die R-Bakterien in S-Bakterien. Es war eine permanente genetische Veränderung, da die neuen S-Typ-Bakterien nur S-Typ-Nachkommen bildeten.

Die Arbeit von Griffith konnte jedoch nicht beweisen, (a) ob Mäuse für die Transformation wesentlich waren, indem sie eine wichtige Chemikalie lieferte, (b) der Charakter der Virulenz könnte zu jeder Komponente des S-Typ-Bakterien-Polysaccharids von Schleimstoffen, Proteinen oder DNA gehören .

Es stellte sich bald heraus, dass für die Transformation keine Mäuse erforderlich waren, da das Kulturmedium, das tote Bakterien vom S-Typ enthielt, den Charakter der Virulenz in den nichtvirulenten Bakterien induzieren konnte.

Tabelle 6.1. Zusammenfassung der Griffith-Experimente

Biochemische Charakterisierung des Transformationsprinzips:

Im Jahr 1944 reinigten Avery, MacLeod und McCarty Biochemikalien aus den durch Hitze abgetöteten S-Typ-Bakterien in drei Komponenten - DNA, Kohlenhydrat und Protein. Die DNA-Fraktion wurde weiter in zwei Teile geteilt: einen mit Desoxyribonuclease oder DNase und den anderen ohne. Die vier Komponenten wurden dann in separate Kulturröhrchen gegeben, die Bakterien vom R-Typ enthielten (Abb. 6.2). Man ließ die Kulturröhrchen für einige Zeit ungestört bleiben. Sie wurden dann auf Bakterienpopulation analysiert.

Nur DNA vom S-Typ kann den R-Typ von Bakterien in den S-Typ umwandeln. Daher befindet sich der Charakter oder das Gen der Virulenz in der DNA. Gene anderer Charaktere würden sich ebenfalls in dieser Chemikalie befinden. So haben sie bewiesen, dass die zu vererbende Chemikalie DNA ist und die chemische oder molekulare Basis der Vererbung bildet. Dieses Experiment bestätigte auch, dass DNA aus einer Zelle extrahiert und in eine andere Zelle geleitet werden kann. Mit dem experimentellen Ansatz von Avery et al. Waren jedoch nicht alle Biologen überzeugt.

(b) Bakteriophagen-Multiplikation (Transduktion):

Bakteriophagen sind bakterielle Viren. T ₂ ist ein Bakteriophage, der Escherichia coli infiziert, das Bakterium, das im menschlichen Darm als Kommensium vorliegt. Escherichia coli kann auch über Kulturmedium gezüchtet werden. AD Hershey und Martha Chase (1952) züchteten zwei Kulturen von Escherichia coli. Eine Kultur wurde mit radioaktivem Schwefel, ³⁵ S, versorgt. Die andere Kultur wurde mit radioaktivem Phosphor, ³² P, versehen.

Radioaktiver Schwefel wird in schwefelhaltige Aminosäuren (Cystein und Methionin) eingebaut und wird daher Teil bakterieller Proteine. Radioaktiver Phosphor wird in Nukleotide eingebaut, die Nukleinsäuren bilden, meistens DNA. Daher wurden Bakterien beider Kulturen markiert (= heiß).

Hershey und Chase führten dann den Bakteriophagen T ₂ in beide Bakterienkulturen ein. Das Virus drang in die Bakterien ein, wo es sich vermehrte. Die Virusnachkommenschaft wurde in beiden Fällen getestet. Es wurde ein Typ mit radioaktivem Protein und ein anderer Typ mit radioaktiver DNA markiert (Abb. 6.3). Jede Art von Bakteriophagen wurde nun in getrennten Kulturen mit normalen oder unmarkierten Bakterien eingeführt.

Nach einiger Zeit wurden beide Kulturen in einem Mischer bei 10000 U / min vorsichtig geschüttelt, um die leeren Phagenkapside (oder Geister) zu entfernen, die an der Oberfläche von Bakterien hafteten. Die Kultur wurde dann zentrifugiert.

Die schwereren (auch infizierten) Bakterien setzen sich in Form von Pellets ab. Der Überstand enthält leichtere Virusüberzüge, die nicht in die Bakterienzellen gelangen. Sowohl das Pellet als auch der Überstand wurden analysiert. Es wurde gefunden, dass Phagen mit markiertem Protein die Bakterien nicht markiert haben. Stattdessen wurde die Radioaktivität auf den Überstand beschränkt, der nur leere Phagenkapside oder Geisterbilder enthielt.

In der zweiten Kultur, in der mit radioaktiver DNA markierte Bakteriophagen eingeführt wurden, wurde festgestellt, dass das Schütteln keine Radioaktivität im Überstand mit leeren Kapsidemänteln hervorrief. Stattdessen wurden die Bakterien markiert, was beweist, dass nur DNA des Phagen in die Bakterien eindrang.

Die Nachkommen der beiden Arten von Bakteriophagen wurden erneut auf Radioaktivität getestet. Radioaktivität war in den Viren nicht vorhanden, die von Eltern mit markiertem Protein stammen. Die von Eltern stammenden Viren mit markierter DNA besaßen eine Radioaktivität. Dies zeigt, dass die genetische Chemikalie DNA und nicht das Protein ist.