DNA: Kalıtsal Malzeme Olarak ve Genetik Malzemenin Özellikleri (DNA, RNA'ya karşı) | Biyoloji

DNA: Kalıtsal Malzeme Olarak ve Genetik Malzemenin Özellikleri (DNA, RNA'ya karşı)!

Mendel tarafından verilen kalıtım ilkeleri ve Meischer (1871) tarafından nüklein (nükleik asitler) keşfi neredeyse çakışıyor ancak DNA'nın genetik bir materyal olarak hareket ettiğini iddia ettiği için. Mendel, Walter Sutton, TH Morgan ve diğerleri tarafından yapılan daha önceki keşifler, genetik materyal arayışını kromozomlara daralttı.

Kromozomlar, nükleik asit ve proteinlerden oluşur ve kalıtsal araçlar olarak bilinir. İlk örnekte, nükleik asitlerin genetik materyal olarak hareket ettiğini kanıtlamak için deneyler yapılana kadar proteinlerin kalıtsal materyal olacağı görülmüştür.

DNA'nın (deoksiriboz nükleik asidinin), RNA'nın genetik materyal olduğu az sayıda bitki virüsü hariç bütün canlılarda genetik bir materyal olduğu bulunmuştur, çünkü DNA bu virüslerde bulunmaz.

A. Kalıtsal Malzeme Olarak DNA İçin Kanıtlar:

DNA'nın genetik materyal olduğu kavramı aşağıdaki kanıtlarla desteklenmiştir:

1. Bakteriyel Dönüşüm veya Dönüşüm Prensibi (Griffith Etkisi):

1928'de İngiliz Tıbbi Görevlisi Frederick Griffith, şu anda bakteriyel dönüşüm olarak adlandırılan bir fenomenle karşılaştı. Gözlemleri, belirli pnömoni tipiyle ilişkili bakteri Streptococcus pneumoniae'yi (Şekil 6.12) içeriyordu. Bu deney süresince, bir canlı organizma (bakteri) yaşam biçimine dönüştü.

Bu bakteri iki şekilde bulunur:

(a) Pürüzsüz (S):

Kim hücreleri bir kapsül polisakarit (mukoza) üretir, bu da agardaki kolonilerin yumuşak ve parlak olmasına neden olur? Bu suş virülent (patojenik) ve zatürree olur.

(b) Kaba (R):

Bu durumda, hücreler kapsülsüzdür ve donuk kaba (R) koloniler oluşturur.

Kapsülün varlığı veya yokluğunun genetik olarak belirlendiği bilinmektedir.

Hem S hem de R suşları çeşitli tiplerde bulunur ve sırasıyla SI, S-II, S-III vb. Ve RI, R-II ve R-III vb. Olarak bilinir.

Pürüzsüzden kabaya mutasyonlar, 10 ^7'de yaklaşık bir hücre frekansında kendiliğinden meydana gelir, bununla birlikte tersi daha az sıklıkta görülür.

Griffith, yukarıdaki bakterileri farelere enjekte ederek denemesini yaptı ve aşağıdaki sonuçları buldu:

(A) S-III (virülent) bakterileri farelere enjekte edildi; fareler zatürree geliştirdi ve sonunda öldü.

(B) R-II (virülent olmayan) bakteriler farelere enjekte edildi; fareler hastalık geçirmedi çünkü R-II suşu patojenik değildi.

(C) Griffith enjekte edilen ısı S-III bakterilerini farelere öldürdüğünde, zatürree olmadı ve bu yüzden hayatta kaldı.

(D) R-II (virülan olmayan) ve ısıyla öldürülmüş S-III bakterilerinin bir karışımı farelere enjekte edildi; fareler zatürree geliştirdi ve öldü. Ölü farelere postmortom verilerek kalp kanlarının hem R-II hem de S-III bakteri suşlarına sahip olduğu fark edildi.

Böylece ölü S-III hücrelerinden gelen bazı genetik faktör canlı R-II hücrelerini canlı S-III hücrelerine dönüştürdü ve ikincisi hastalığı üretti. Kısacası, yaşayan R-II hücreleri bir şekilde dönüştürüldü. Böylece Griffith etkisi yavaş yavaş dönüşüm olarak tanındı ve genetik materyalin tanımlanmasında ilk adım olduğu ortaya çıktı.

Dönüşüm İlkesinin Biyokimyasal Karakterizasyonu:

Veya

Dönüştürülen Genetik Maddenin Tanımlanması:

Griffith'in deneyinden on altı yıl sonra 1944'te Oswald Avery, Colin MacLeod ve Maclyn McCarty (1933-1944) bakteriyel dönüşümün başarılı bir şekilde tekrarlandığını ancak in vitro olduğunu bildirdi. Dönüştürülen genetik materyali tanımlayabildiler. Isı ile öldürülen hücrelerin fraksiyonlarını dönüşüm kabiliyeti açısından test ettiler. Bulguları altındaydı.

Bulguları:

(i) S bakterilerinden tek başına DNA, R bakterilerinin dönüşmesine neden oldu.

(ii) Proteazların (protein sindirici enzimler) ve RNAz'ın (RNA sindirim enzimleri) dönüşümü etkilemediğini bulmuşlardır.

(iii) DNAaz ile sindirim, transformasyonu inhibe etti.

Böylece sonunda DNA'nın kalıtsal malzeme olduğu sonucuna vardılar.

Bu nedenle, artık DNA'nın kalıtsal malzeme olduğu herhangi bir şüphenin ötesindedir.

2. Bakteriyofaj Enfeksiyonu:

Viral enfeksiyon ajanı, DNA'dır. Radyoaktif izleyiciler kullanarak, Alferd Hershey ve Maratha Chase (1952), DNA'nın belirli bakteriyofajlarda (bakteriyel virüsler) kalıtımsal bir materyal olduğunu kanıtladı.

T ₂ bakteriyofajın yapısı:

Bu bakteriyel virüs, dış genetik olmayan bir protein kabuğu ve genetik materyalin (DNA) iç çekirdeğini içerir. T2 fajları baş ve kuyruk bölgesine farklılaşan kurbağa yavrusu şeklindedir. Baş, birkaç proteinden oluşan uzun kenarlı, bipiramidal, altı taraflı bir yapıdır.

Kafanın içinde (Şekil 6.13) kapalı, bitmeyen bir DNA molekülüdür. Başın boyutları, DNA molekülünü içine sıkıca yerleştirebilecek şekildedir. Kuyruk içi boş bir silindirdir. Kuyruk 24 sarmal çizgi taşımaktadır.

Altı kuyruk lifi, plakanın distal ucundaki altıgen bir plakadan ortaya çıkar. Kuyruk sadece proteinlerden oluşur. Proteinli dış kabuk sülfür (S) içerir ancak fosfor (P) içermez, DNA fosfor içerir, ancak sülfür içermez.

Hershey ve Chase (1952) deneylerini Escherichia coli bakterisine saldıran T2 fajı üzerinde deney yaptılar.

Faj partikülleri, aşağıdaki aşamalarda ³⁵ S ve ³² P radyo izotopları kullanılarak hazırlandı:

(i) ³⁵ S ihtiva eden bakterilerde az sayıda bakteri üretildi. Bu radyoaktif, proteinlerin sistein ve metiyonin amino asitlerine dahil edilen ³⁵ S idi ve bu nedenle ³⁵ S içeren bu amino asitler, faj proteinlerini oluşturdu.

(ii) Diğer bazı bakteriyofajlar ³² P'ye sahip bakterilerde büyütüldü. Bu radyoaktif ³² P, faj partiküllerinin DNA'sı ile sınırlandırıldı.

Bu iki radyoaktif faj preparasyonunun (biri radyoaktif proteinli ve diğeri radyoaktif DNA içeren) E. coli kültürüne bulaşmasına izin verildi. Protein katları çalkalama ve santrifüjleme ile bakteri hücre duvarlarından ayrılmıştır.

Santrifüjleme sırasında ağır enfekte olmuş bakteri hücreleri dibe topaklanır (Şekil 6.14). Süpernatan, daha hafif faj partiküllerine ve bakterileri enfekte etmeyen diğer bileşenlere sahipti.

Radyoaktif DNA içeren bakteriyofajların, DNA'da ³² P ile radyoaktif topaklara yol açtığı görülmüştür. Bununla birlikte, radyoaktif proteinli faj partiküllerinde (35S ile) bakteri peletleri, proteinlerin bakteri hücresine geçemediğini belirten neredeyse hiç radyoaktiviteye sahiptir.

Böylece, bakteriyofaj T2 ile enfeksiyon sırasında bakterilere giren DNA olduğu güvenli bir şekilde çıkarılabilir. Bunu, faj DNA'sının bakteri hücresi içinde birçok kez çoğaldığı bir tutulma dönemi izlendi (Şekil 6.15).

Tutulma periyodunun sonuna doğru faj DNA, yeni oluşturulan faj partiküllerinin protein kaplamalarının üretimini yönlendirir. Lizozim (bir enzim), konakçı hücrenin erimesini sağlar ve yeni oluşan bakteriyofajları serbest bırakır.

Yukarıdaki deney açıkça faj DNA'sı olduğunu ve yeni bakteriyofajların üretimi için genetik bilgiyi içeren protein olmadığını göstermektedir. Bununla birlikte, bazı bitki virüslerinde (TMV gibi), RNA kalıtsal malzeme olarak işlev görür (DNA bulunmaz).

B. Genetik Malzemenin Özellikleri (DNA, RNA'ya karşı):

DNA, genetik materyaldir RNA, TMV'de (Tütün mozaik virüsü), ф bakteriyofaj vs.'de genetik materyal olduğu bulunmuştur. DNA, organizmaların çoğunda kalıtsal olarak büyük bir materyaldir. RNA esas olarak haberci ve adaptör işlevlerini yerine getirir. Bu esas olarak DNA ve RNA'nın kimyasal yapısı arasındaki farklardan kaynaklanmaktadır.

Genetik materyalin gereken özellikleri:

1. Çoğaltma:

Bu, hem DNA hem de RNA tarafından gösterilen güvenilir çoğaltma ile genetik materyalinin çoğaltılması anlamına gelir. Proteinler ve canlılarda bulunan diğer moleküller bu özelliği sergilemez.

2. Kararlılık:

Genetik materyalin stabilitesi mevcut olmalıdır. Değişen yaşam evreleri, canlıların fizyoloji yaşları ile yapısını kolayca değiştirmemelidir. Griffith'in “dönüşüm prensibi” deneyinde bile, DNA ısıyla öldürülmüş bakterilerde hayatta kaldı. Tamamlayıcı olan DNA'nın her iki zinciri ayrılabilir.

RNA, her bir nükleotidde bulunan 2'-OH grubunun varlığı nedeniyle sorumludur ve kolayca bozunur. RNA katalitik olduğu için reaktif hale geldi. DNA RNA'dan daha kararlı olduğundan, daha iyi genetik materyal olduğu söylenir. Urasil yerine timinin varlığı, DNA'nın stabilitesine yol açan başka bir nedendir.

3. Mutasyon:

Genetik materyal mutasyona girebilmeli ve bu tür bir değişiklik stabil olarak kalıtsal olmalıdır. Hem nükleik asit DNA hem de RNA, mutasyona uğrama kapasitesine sahiptir. RNA, DNA ile karşılaştırıldığında daha hızlı bir şekilde mutasyona uğrar. RNA genomlu virüs, daha hızlı bir oranda mutasyon ve evrim gösterir ve bu nedenle daha kısa ömürlüdür.

Tablo 6.6. Nükleik asit tipleri:

4. Genetik ifade:

RNA, karakterleri kolayca protein şeklinde ifade eder. DNA, protein oluşumu için RNA gerektirir. DNA'nın daha kararlı olması, genetik bilginin depolanması için RNA'dan daha iyi olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, genetik karakterlerin iletimi için RNA daha iyi sonuçlar verir.