DNA: 2 prove a supporto del DNA come materiale genetico

Le varie prove indirette e dirette a supporto del DNA come materiale genetico sono le seguenti:

Evidenze indirette:

1. Ogni cellula contiene un nucleo che ne controlla la morfologia, la fisiologia e l'ereditarietà.

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2. Come scoperto da Friedrich Miescher (1869) e successivi lavoratori, il nucleo possiede acido nucleico desossiribosio. Il DNA, quindi, si verifica in tutte le cellule.

3. Il DNA è in grado di replicarsi. Le copie del DNA sono simili al DNA originale.

4. Il DNA si replica prima della divisione cellulare ed è equamente distribuito nelle cellule figlie.

5. Il DNA è in grado di controllare la struttura cellulare e le funzioni cellulari attraverso la trascrizione e la traduzione.

6. Parti del DNA possono essere represse o depresse in base al fabbisogno metabolico.

7. Il DNA può mostrare infinite variazioni dovute a cambiamenti nel suo tipo di nucleotide, sequenza e lunghezza.

8. Il DNA ha un sistema di riparazione.

9. L'attivazione differenziale dei segmenti o dei geni del DNA determina la differenziazione cellulare, la formazione del tessuto, la formazione di organi e la produzione di vari componenti di un corpo pluricellulare.

10. Ha un orologio integrato per lo sviluppo.

11. La quantità di DNA è normalmente la stessa in tutte le cellule di un organismo. Tuttavia, cambia una volta durante il ciclo cellulare e il ciclo di vita. Il livello del DNA raddoppia durante l'interfase (fase S) quando i cromosomi si replicano per formare le loro copie di carbonio. Diminuisce a metà nella meiosi quando il numero del cromosoma si riduce anche alla metà.

12. Le lunghezze d'onda dei raggi ad alta energia (ad esempio l'ultravioletto) che sono assorbite dal DNA sono anche quelle lunghezze d'onda che danno origine a un numero massimo di mutazioni o variazioni ereditabili improvvise ma permanenti.

13. Un cambiamento della struttura chimica o lineare del DNA attraverso il riarrangiamento, l'aggiunta o la cancellazione dei nucleotidi dà luogo a mutazioni che sono trasmesse alle cellule figlie e si manifestano attraverso il cambiamento del metabolismo delle cellule.

Evidenze dirette:

(a) Trasformazione (esperimento di Griffith):

È il cambiamento nella costituzione genetica di un organismo raccogliendo geni presenti nei resti dei suoi parenti morti. La trasformazione fu studiata per la prima volta da un dottore britannico, SE Griffith nel 1928. Stava studiando la patogenicità di diversi ceppi di polmonite da Streptococcus del batterio, noto anche come Polmonite da Pneumococco o Diplococcus. Il batterio ha due ceppi: virulenti e non virulenti.

Il ceppo virulento causa la polmonite. I suoi batteri sono noti come tipo S perché, coltivati ​​su terreno adatto, formano colonie lisce. Questi diplococchi sono coperti da una guaina di mucillagine (polisaccaride) attorno a loro. La guaina non è solo la causa della tossigenicità, ma protegge anche i batteri dai fagociti dell'ospite. Il tipo non virulento di batteri non produce la malattia. Formano colonie irregolari o ruvide. Questi diplococchi sono privi di guaina di mucillagine.

I batteri non virulenti sono, quindi, chiamati ruvidi o di tipo R. Griffith ha testato la virulenza dei due ceppi di Pneumococcus iniettando i batteri del tipo R II dal vivo e vivendo separatamente i batteri di tipo IH nei topi. Ha scoperto che i batteri di tipo R non hanno prodotto alcuna malattia mentre i batteri di tipo S hanno causato polmonite e quindi morte nei topi (Tabella 6.1).

Tuttavia, i batteri del tipo S uccisi con calore (a 82 ° C-90 ° C) non hanno prodotto alcun sintomo della malattia. Alla fine Griffith ha iniettato una combinazione di batteri di tipo S dal vivo di tipo R e di calore uccisi nei topi. Nessuno di questi batteri è dannoso se presente da solo. Quando è stato iniettato il composto dei due, alcuni topi sono sopravvissuti mentre altri hanno sviluppato la malattia di polmonite e sono morti (Fig. 6.1).

L'autopsia dei topi morti mostrò che possedevano entrambi i tipi di batteri (tipo S virulento e tipo R non virulento) nello stato di vita sebbene i topi fossero stati iniettati con batteri virulenti e viventi non virulenti morti.

Il verificarsi di batteri virulenti viventi di tipo S è possibile solo grazie alla loro formazione da batteri non virulenti di tipo R che raccolgono il tratto di virulenza da batteri morti. Il fenomeno si chiama effetto o trasformazione di Griffith. Griffith ha proposto che il "principio di trasformazione" sia una sostanza chimica rilasciata da batteri uccisi dal calore. Ha cambiato i batteri R in batteri S. È stato un cambiamento genetico permanente poiché i nuovi batteri di tipo S hanno formato solo progenie di tipo S.

Tuttavia, il lavoro di Griffith non poteva dimostrare (a) se i topi fossero o meno essenziali per la trasformazione fornendo alcune sostanze chimiche importanti, (b) Il carattere di virulenza potrebbe appartenere a qualsiasi componente dei batteri di tipo S polisaccaride di mucillagine, proteine ​​o DNA .

Ben presto fu scoperto che i topi non erano richiesti per la trasformazione in quanto il terreno di coltura contenente batteri di tipo S morti poteva indurre il carattere di virulenza nei batteri non virulenti.

Tabella 6.1. Riassunto degli esperimenti di Griffith

Caratterizzazione biochimica del principio di trasformazione:

Nel 1944, Avery, MacLeod e McCarty purificarono i bio-prodotti chimici dal calore uccidendo i batteri di tipo S in tre componenti: il DNA, i carboidrati e le proteine. La frazione di DNA è stata ulteriormente suddivisa in due parti: una con desossiribonucleasi o DNasi e l'altra senza. I quattro componenti sono stati quindi aggiunti a provette di coltura separate contenenti batteri di tipo R (Fig.6.2). I tubi di coltura sono stati lasciati indisturbati per qualche tempo. Sono stati quindi analizzati per la popolazione batterica.

Solo il DNA di tipo S può modificare il tipo di batteri R in tipo S. Pertanto, il carattere o il gene della virulenza si trova nel DNA. Anche i geni di altri personaggi dovrebbero trovarsi in questa sostanza chimica. Così hanno dimostrato che la sostanza chimica da ereditare è il DNA e forma la base chimica o molecolare dell'eredità. Questo esperimento ha anche confermato che il DNA può essere estratto da una cellula e passato in un'altra cellula. Tuttavia, tutti i biologi non erano convinti dell'approccio sperimentale di Avery et al.

(b) moltiplicazione dei batteriofagi (trasduzione):

I batteriofagi sono virus batterici. T ₂ è un batteriofago che infetta l'Escherichia coli, il batterio presente come commensale nell'intestino umano. L'Escherichia coli può anche essere coltivata su terreno di coltura. AD Hershey e Martha Chase (1952) coltivarono due culture di Escherichia coli. Una coltura è stata fornita con zolfo radioattivo, ³⁵ S. L'altra coltura è stata fornita con fosforo radioattivo, ³² P.

Lo zolfo radioattivo viene incorporato negli amminoacidi contenenti zolfo (cisteina e metionina) e, quindi, diventa parte delle proteine ​​batteriche. Il fosforo radioattivo viene incorporato nei nucleotidi che formano gli acidi nucleici, principalmente il DNA. Pertanto, i batteri di entrambe le culture sono stati etichettati (= caldo).

Hershey e Chase introdussero il batteriofago T ₂ in entrambe le colture batteriche. Il virus è entrato nei batteri dove si è moltiplicato. La progenie virale è stata testata in entrambi i casi. Era etichettato, un tipo con proteina radioattiva e altro tipo con DNA radioattivo (figura 6.3). Ogni tipo di batteriofagi veniva ora introdotto in colture separate con batteri normali o non marcati.

Dopo un po 'di tempo entrambe le colture sono state delicatamente agitate in un frullatore a 10000 giri al minuto per rimuovere i vuoti capsidi (o fantasmi) fagici che si attaccano alla superficie dei batteri. La coltura è stata quindi centrifugata.

I batteri più pesanti (anche infetti) si sono depositati sotto forma di pellet. Il surnatante contiene cappe virali più leggere che non entrano nelle cellule batteriche. Sono stati analizzati sia il pellet che il supernatante. È stato trovato che il fago con la proteina marcata non ha etichettato i batteri. Invece, la radioattività era limitata al supernatante che si trovava a contenere solo vuoti capsidi o fantasmi.

Nella seconda cultura in cui è stato introdotto il batteriofago etichettato con DNA radioattivo, è stato riscontrato che lo shaking non ha prodotto alcuna radioattività nel supernatante con cappotti vuoti di capside. Invece, i batteri sono stati etichettati dimostrando che solo il DNA del fago è entrato nei batteri.

La progenie dei due tipi di batteriofagi è stata nuovamente testata per la radioattività. La radioattività era assente nei virus derivati ​​da genitori che avevano una proteina marcata. I virus derivati ​​da genitori con DNA etichettato possedevano radioattività. Questo dimostra che la sostanza chimica genetica è il DNA e non la proteina.