DNA: كمادة وراثية وخصائص المواد الوراثية (الحمض النووي مقابل الحمض النووي الريبي) مادة الاحياء

DNA: كمادة وراثية وخصائص المواد الوراثية (الحمض النووي مقابل الحمض النووي الريبي)!

إن مبادئ الميراث التي قدمها مندل واكتشاف النوكليين (الأحماض النووية) بواسطة ميشر (1871) تزامنت تقريباً ، ولكن المطالبة بأن الحمض النووي يعمل كمواد وراثية استغرق وقتاً طويلاً. وقد أدت الاكتشافات السابقة التي قام بها مندل ، وولتر سوتون ، وت. م. مورغان وغيرها إلى تضييق نطاق البحث عن المواد الجينية إلى الكروموسومات.

تتكون الكروموسومات من الأحماض النووية والبروتينات وتعرف باسم المركبات الوراثية. في المقام الأول ظهر أن البروتينات ستكون مادة وراثية ، حتى يتم إجراء التجارب لإثبات أن الأحماض النووية تعمل كمواد وراثية.

تم العثور على الحمض النووي (الحمض النووي deoxyribose) ليكون مادة جينية في جميع الكائنات الحية باستثناء عدد قليل من فيروسات النبات حيث الحمض النووي الريبي هو المادة الوراثية لأن الحمض النووي غير موجود في مثل هذه الفيروسات.

أدلة عن الحمض النووي كمواد وراثية:

تم دعم مفهوم أن الحمض النووي هو المادة الوراثية من الأدلة التالية:

1. التحول البكتيري أو تغيير المبدأ (تأثير جريفيث):

في عام 1928 ، واجه فريدريك جريفيث ، وهو موظف طبي بريطاني ظاهرة ، تسمى الآن باسم التحول البكتيري. شملت ملاحظاته بكتيريا Streptococcus pneumoniae (الشكل 6.12) الذي يرتبط بنوع معين من الالتهاب الرئوي. خلال هذه التجربة ، تغير كائن حي (البكتيريا) إلى شكل حي.

تم العثور على هذه البكتيريا في شكلين:

(أ) السلس (S):

الخلايا التي تنتج كبسولة من السكريات (المخاطية) ، مما تسبب في المستعمرات على الأجار لتكون ناعمة ولامعة إلى حد ما؟ هذه السلالة هي ضارة (المسببة للأمراض) وتسبب الالتهاب الرئوي.

(ب) الخام (R):

في هذه الحالة ، تفتقر الخلايا إلى كبسولة وتنتج مستعمرات خشنة (R).

من المعروف أن وجود أو عدم وجود كبسولة يتم تحديدها وراثيا.

توجد سلالات S و R في عدة أنواع وتعرف بـ SI و S-II و S-III وغيرها و RI و R-II و R-III وغيرها على التوالي.

تحدث الطفرات من السلس إلى الخشونة بشكل عفوي مع تردد حوالي خلية واحدة في 10 ⁷ ، على الرغم من أن العكس أقل تكرارًا.

أجرى جريفيث تجربته عن طريق حقن البكتيريا المذكورة أعلاه في الفئران ووجد النتائج التالية:

(ا) تم حقن البكتيريا S-III (الخبيثة) في الفئران. الفئران تطورت الالتهاب الرئوي وتوفي في النهاية.

(ب) تم حقن R-II (غير ضار) البكتيريا في الفئران. لم تتعرض الفئران لأي مرض لأن سلالة R-II كانت غير ممرضة.

(ج) عندما حقن Griffith حرارة قتل البكتيريا S-III في الفئران ، فإنها لم تعاني من الالتهاب الرئوي وبالتالي نجا.

(د) تم حقن خليط من البكتيريا S-III (غير القاتلة) والحرارة التي قُتلت S-III في الفئران ؛ الفئران تطورت ذات الرئة وماتت. وبعد الفترات التي قضاها في الفئران الميتة ، لوحظ أن دماء القلب لديها سلالات من البكتيريا R-II و S-III.

وهكذا ، قام بعض العوامل الوراثية من خلايا S-III الميتة بتحويل خلايا R-II الحية إلى خلايا S-III حية ، وأنتج هذا الأخير هذا المرض. باختصار ، تم تحويل الخلايا R-II الحية بطريقة أو بأخرى. وهكذا أصبح تأثير غريفيث تدريجيا يعرف بالتحول واتضح أنه الخطوة الأولى في تحديد المواد الجينية.

التوصيف البيوكيميائي لمبدأ التحويل:

أو

تحديد تحويل المواد الوراثية:

في عام 1944 ، بعد ستة عشر عامًا من تجربة جريفيث ، أبلغ أوزوالد أفيري وكولين ماكلويد وماكلين مكارتي (1933-1944) بنجاح عن تكرار التحول البكتيري ، ولكن في المختبر. كانوا قادرين على تحديد المواد الجينية المحولة. لقد قاموا باختبار أجزاء من الخلايا المقتولة للحرارة من أجل تحويل القدرة. وكانت النتائج التي توصلوا إليها تحت.

وكانت النتائج التي توصلوا إليها:

(ط) الحمض النووي وحده من البكتيريا S تسبب البكتيريا R لتصبح تحولت.

(2) وجدوا أن البروتياز (إنزيمات هضم البروتين) و RNAse (إنزيمات هضم الرنا) لم تؤثر على التحول.

(3) الهضم مع DNAase لم تمنع التحول.

وهكذا استنتجوا في النهاية أن الحمض النووي هو المادة الوراثية.

لذلك ، أصبح الآن ما هو أبعد من أي شك معقول أن الحمض النووي هو المادة الوراثية.

2. عدوى البكتيريا:

عامل العدوى الفيروسي هو الحمض النووي. باستخدام الفحوص المشعة ، أعطى ألفرد هيرشي ومارثا تشيس (1952) أدلة على أن الحمض النووي هو المادة الوراثية في بعض البكتريا (الفيروسات البكتيرية).

هيكل T ₂ bacteriophage:

يحتوي هذا الفيروس البكتيري على قشرة بروتين غير وراثية خارجية وجوهر داخلي للمادة الوراثية (DNA). عاثيات T2 هي من شكل الشرغوف متباينة في منطقة الرأس والذيل. الرأس عبارة عن هيكل ممدود ، ثنائي الرأس ، مكون من ستة جوانب يتكون من عدة بروتينات.

داخل الرأس (الشكل 6.13) هو جزيء DNA مغلق وغير منتهي. أبعاد الرأس تجعله قادرًا على تجميع جزيء الحمض النووي بداخله. الذيل هو اسطوانة جوفاء. يحمل الذيل 24 ضربة حلزونية.

تظهر ستة ألياف ذيل من صفيحة سداسية في الطرف البعيدة من اللوحة. الذيل يتكون من البروتينات فقط. يحتوي الغلاف الخارجي البروتيني على الكبريت (S) ولكن لا يوجد الفوسفور (P) ، في حين أن الحمض النووي يحتوي على الفوسفور ولكن لا يوجد الكبريت.

أجرت هيرشي وتشيس (1952) تجربتهما على Phage T2 التي تهاجم بكتيريا Escherichia coli.

تم تحضير جزيئات الملتهمة باستخدام نظائر الراديو ³⁵ S و ³² P في الخطوات التالية:

(ط) كانت تزرع قليلة البكتيريا في البكتيريا التي تحتوي على ³⁵ S.This المشعة كانت ³⁵ S مدمجة في الأحماض الأمينية للسيستئين والميثيونين للبروتين وبالتالي شكلت هذه الأحماض الأمينية مع ³⁵ S بروتينات اللفظ.

(2) تكاثرت بعض البكتيريا الأخرى في البكتيريا التي تحتوي على ³² P. وقد اقتصر هذا المشع ³² P على الحمض النووي لجزيئات الملتهمة.

وقد سمح لهذين المستشفيَين (أحدهما به بروتينات مشعة وأخرى تحتوي على دنا إشعاعي) بإصابة ثقافة الإشريكية القولونية. تم فصل معاطف البروتين من جدران الخلايا البكتيرية عن طريق الاهتزاز والطرد المركزي.

الخلايا البكتيرية الأكثر إصابة بالعدوى خلال الطرد المركزي إلى القاع (الشكل 6.14). كان للمادة الطافية جسيمات فاجية لاذعة والمكونات الأخرى التي فشلت في إصابة البكتيريا.

وقد لوحظ أن البكتيريا مع الحمض النووي المشع أدت إلى ظهور حبيبات إشعاعية مع ³² P في الحمض النووي. لكن في جسيمات الملتهمة التي تحتوي على بروتين مشع (مع ³⁵ ثانية) ، تحتوي الحبيبات البكتيرية على نشاط إشعاعي غير مشفر يشير إلى فشل البروتينات في الانتقال إلى خلية بكتيرية.

لذا ، يمكن الاستنتاج بأمان أنه خلال العدوى بواسطة البكتيريا T ₂ ، كان DNA هو الذي يدخل البكتيريا. تبع ذلك فترة كسوف يتكرر خلالها DNA DNA عدة مرات داخل الخلية البكتيرية (الشكل 6.15).

نحو نهاية فترة الكسوف ، يوجه DNA DNA إنتاج مجموعة بروتين معاجم جسيمات فج جديدة تشكلت. Lysozyme (إنزيم) يجلب تحلل الخلية المضيفة ويطلق البكتيريا الحديثة التكوين.

تشير التجربة المذكورة أعلاه بوضوح إلى أنها عبارة عن داء فاجي وليس بروتينًا يحتوي على المعلومات الوراثية لإنتاج بكتيريا جديدة. ومع ذلك ، في بعض الفيروسات النباتية (مثل TMV) ، يعمل الحمض النووي الريبي كمواد وراثية (غير موجود في الحمض النووي).

باء خصائص المواد الوراثية (الحمض النووي مقابل الحمض النووي الريبي):

الحمض النووي هو المادة الوراثية وقد وجد أن RNA مادة جينية في TMV (فيروس موزاييك التبغ) ، وبكتيريا etc. β الخ. الحمض النووي هو مادة وراثية رئيسية في معظم الكائنات الحية. RNA يؤدي بشكل رئيسي وظائف رسول ومحول. هذا يرجع أساسا إلى الاختلافات بين التركيب الكيميائي للحمض النووي والحمض النووي الريبي.

الخصائص المطلوبة للمادة الوراثية:

1. النسخ المتماثل:

ويشير هذا إلى ازدواجية المادة الوراثية من خلال التكرار المخلص الذي يظهره كل من الحمض النووي والحمض النووي الريبي. لا تظهر البروتينات والجزيئات الأخرى الموجودة في الكائن الحي هذه الخاصية.

2. الاستقرار:

استقرار المادة الوراثية يجب أن يوجد. يجب أن لا يغير هيكله بسهولة مع تغير مراحل الحياة ، عمر فسيولوجيا الكائنات الحية. حتى في تجربة جريفيث "لمبدأ التحويل" ، نجا الدنا في البكتيريا التي قتلت الحرارة. يمكن فصل كل من خيوط الدنا التي هي مكملة.

يكون الحمض النووي الريبي مسؤولاً ويمكن تحلله بسهولة بسبب وجود 2''مجموعة OH الموجودة في كل نوكليوتيد. كما الحمض النووي الريبي هو الحفاز ، فقد أصبح رد الفعل. لأن الحمض النووي أكثر استقرارا من الحمض النووي الريبي ، ويقال أنه أفضل المواد الجينية. وجود الثايمين بدلا من اليوراسيل هو سبب آخر يؤدي إلى استقرار الحمض النووي.

3. الطفرة:

يجب أن تكون المواد الوراثية قادرة على إجراء طفرة ويجب أن يكون هذا التغيير ثابتًا. لكل من الحمض النووي DNA و RNA القدرة على التحور. يتحول الحمض النووي الريبي بمعدل أسرع بالمقارنة مع الحمض النووي. فيروس مع جينوم RNA يظهر طفرة وتطور بمعدل أسرع وبالتالي لديه عمر أقصر.

الجدول 6.6. أنواع الأحماض النووية:

4. التعبير الجيني:

يعبر RNA بسهولة عن الشخصيات في شكل بروتينات. الحمض النووي يتطلب الحمض النووي الريبي لتشكيل البروتينات. يعتبر DNA أكثر استقرارًا أفضل من RNA لتخزين المعلومات الجينية. ومع ذلك ، لانتقال الحروف الجينية ، يعطي RNA نتائج أفضل.