DNA là vật chất di truyền – Sinh Học Online

DNA là vật chất di truyền

Ai đã chứng minh sự thật này và làm thế nào?

Ngày nay chúng ta đều biết rằng dna là vật chất di truyền của tế bào. Tuy nhiên, khi Mendel lần đầu tiên dự đoán về sự tồn tại của các gen, ông không biết danh tính của các phân tử cho phép chúng lưu trữ và truyền tải thông tin.

Nhưng vài năm sau, phân tử này được nhà vật lý người Thụy Sĩ Johann Friedrich Michel tình cờ phát hiện ra. Michel đã báo cáo nghiên cứu về chất này, mà ngày nay chúng ta gọi là dna, vào năm 1869, chỉ vài năm trước khi nhà sinh vật học Walther Flemming lần đầu tiên quan sát thấy nhiễm sắc thể trong khi nghiên cứu tế bào sống. Phân chia dưới kính hiển vi.

Khám phá của Miescher về dna dẫn đến những quan điểm trái ngược nhau về hóa học gen

miescher tập trung vào hóa học của gen, đây là nơi mà hầu hết các nhà khoa học đoán vị trí của vật liệu di truyền của tế bào.

Trong các thí nghiệm ban đầu của mình, ông đã phân lập hạt nhân từ các tế bào bạch cầu chiết xuất từ ​​mủ trong bông phẫu thuật.

Việc phá vỡ những hạt nhân này bằng bazơ dẫn đến việc phát hiện ra một chất đáng chú ý mà ông gọi là nuclein (nuclide), mặc dù hiện nay chúng ta thường gọi nó là dna .

Miescher sau đó tiếp tục nghiên cứu DNA từ một nguồn thú vị hơn: tinh trùng cá hồi.

Tinh trùng cá dường như là một nguồn nguyên liệu không phổ biến cho đến khi ông nhận ra rằng nhân chứa hơn 90% tổng sinh khối của một tế bào tinh trùng điển hình, vì vậy lượng DNA chiếm phần lớn trong số đó. tế bào.

Vì lý do này, Michele ban đầu tin rằng DNA có liên quan đến việc truyền tải thông tin di truyền. Nhưng ông nhanh chóng bác bỏ ý kiến ​​này vì kỹ thuật đo lường cơ bản của ông cho rằng tế bào trứng chứa hàm lượng DNA cao hơn tinh trùng.

Niềm tin rằng tinh trùng và trứng phải cung cấp lượng thông tin di truyền gần bằng nhau cho thế hệ con cái gợi ý cho anh ta rằng dna không mang thông tin di truyền.

Bất chấp thành kiến ​​của Miescher về chức năng của dna, vào đầu những năm 1880, một nhà thực vật học tên là Edward Zacharias đã báo cáo rằng dna chiết xuất từ ​​tế bào gây ra vết nhiễm trùng. Nhiễm sắc thể biến mất.

Vì bằng chứng này ngay lập tức bắt đầu xuất hiện cho thấy vai trò của nhiễm sắc thể trong việc truyền thông tin di truyền , zacharias và những người khác tin rằng dna là vật chất di truyền.

Ý tưởng này vẫn phổ biến cho đến đầu những năm 1900, khi những hiểu lầm về thí nghiệm nhuộm màu dẫn đến kết luận sai lầm rằng số lượng DNA trong tế bào thay đổi thất thường. Vì các tế bào được cho là chứa một lượng vật chất cố định để lưu trữ các chỉ dẫn di truyền của chúng, nên quan sát sai lầm đã dẫn đến việc lật đổ ý tưởng rằng DNA mang thông tin di truyền.

Do đó, từ những năm 1910 đến những năm 1940, hầu hết các nhà khoa học tin rằng gen được tạo ra từ protein, không phải DNA.

Các khối cấu tạo của protein và axit nucleic đã được xác định từ đầu những năm 1900 và protein được xác định là phức tạp hơn và do đó giống với thông tin di truyền hơn.

Các nhà khoa học tin rằng protein bao gồm hơn 20 loại axit amin khác nhau có thể được tập hợp thành nhiều tổ hợp, dẫn đến các chuỗi phân tử đa dạng và phức tạp để lưu trữ và truyền thông tin di truyền.

Ngược lại, DNA được cho là một polyme đơn giản chứa các trình tự tương đồng của 4 bazơ lặp lại, và do đó thiếu sự đa dạng như mong đợi trong một phân tử di truyền.

DNA đã được chứng minh là vật chất di truyền của vi khuẩn

Vào thời điểm đó, các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu các phân tử protein để xác định cách thông tin di truyền được lưu trữ và truyền đạt.

Quỹ được thành lập vào năm 1928 bởi nhà vật lý người Anh Frederick Griffith, người đã phát hiện ra rằng vi khuẩn này (ngày nay được gọi là Streptococcus pneumoniae) tồn tại ở hai chủng, chủng r và s.

Khi được nuôi cấy từ thạch lỏng, chủng s tạo ra các khuẩn lạc mịn và bóng với dịch tiết ra, lớp phủ polysaccharide của mỗi tế bào được tiết ra, trong khi chủng r không thể tạo ra dịch tiết, do đó các khuẩn lạc tạo thành không có đường viền đều nhau.

Căng thẳng gây ra sự khởi phát của bệnh viêm phổi gây tử vong khi tiêm vào chuột. Khả năng gây bệnh của chủng S liên quan trực tiếp đến sự hiện diện của lớp áo polysaccharide, lớp áo này bảo vệ các tế bào vi khuẩn khỏi sự tấn công của hệ thống miễn dịch của chuột.

Tuy nhiên, một trong những phát hiện thú vị nhất của Greftis là bệnh viêm phổi cũng có thể gây ra bằng cách tiêm vào động vật hỗn hợp các chủng r sống và chủng chết (Hình 1).

p>

Phát hiện này gây ngạc nhiên vì cả chủng r sống và chủng chết, nếu được tiêm riêng rẽ, đều không gây ra bệnh viêm phổi.

Khi Griffiths mổ xẻ những con vật được tiêm hỗn hợp chủng sống và chủng chết, ông phát hiện ra rằng những con vật có đầy đủ chủng sống. Từ thực tế là các động vật không được tiêm bất kỳ tế bào chủng S sống nào, ông kết luận rằng chủng r không gây bệnh bằng cách nào đó đã được biến đổi thành chủng S gây bệnh nhờ một chất biểu hiện trong một chủng vi khuẩn bị giết bằng nhiệt. đồng thời.

Ông gọi hiện tượng này là biến đổi di truyền ( biến đổi gentic ) và quy nó là do sự hoạt hóa của các chất (nhưng vẫn chưa được biết đến) trong tế bào. Chuyển đổi ( Nguyên tắc chuyển đổi strong>)

Oswald Avery và các đồng nghiệp tại Viện Rockefeller ở New York đã theo dõi những phát hiện của Grifftith trong 14 năm.

Các nhà nghiên cứu này nghiên cứu sự biến đổi của vi khuẩn bằng cách hỏi thành phần nào của vi khuẩn chết do nhiệt thực sự chịu trách nhiệm cho sự biến đổi này.

Họ đã phân lập các tế bào tầng sinh môn khỏi chủng s và nhận thấy rằng chỉ có các đoạn axit nucleic mới có thể gây ra sự biến đổi. Ngoài ra, hoạt động này có thể bị loại bỏ chính xác bởi DNase, một loại enzyme phân hủy DNA.

Cùng với các bằng chứng khác, các nhà khoa học đã xác nhận rằng chất biến đổi của bệnh viêm phổi là DNA — một kết luận được công bố vào năm 1944 bởi Oswald Avery, Colin Macleod và Maclyn McCarty.

Đây là những tài liệu đầu tiên tuyên bố rõ ràng rằng DNA mang thông tin di truyền.

Nhưng bất kể tính chắc chắn của thí nghiệm, việc gán vai trò di truyền cho DNA không được chấp nhận ngay lập tức. Một phần của sự hoài nghi này xuất phát từ niềm tin chung rằng DNA không đủ tinh vi cho chức năng này.

Hơn nữa, nhiều nhà khoa học đặt câu hỏi liệu thông tin di truyền ở vi khuẩn có liên quan đến sự di truyền của các sinh vật khác hay không. Tuy nhiên, 8 năm sau khi DNA cũng được chứng minh là vật chất di truyền của thực khuẩn thể virus t2, hầu hết những nghi ngờ còn lại đã được thỏa mãn.

Hershey và Chase chứng minh rằng dna là vật chất di truyền của vi rút

Bacteriophage hoặc phage – là những vi rút lây nhiễm vi khuẩn. Chúng đã là chủ đề của nghiên cứu khoa học từ những năm 1930, và phần lớn hiểu biết của chúng ta về di truyền học phân tử đến từ các thí nghiệm liên quan đến virus.

Một trong những nghiên cứu chuyên sâu nhất về phage lây nhiễm vi khuẩn E. coli là phage t2. Trong quá trình lây nhiễm, vi rút tấn công bề mặt tế bào vi khuẩn và chuyển vật chất vào trong tế bào. Không lâu sau, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tạo ra hàng nghìn bản sao mới của vi rút.

Tình trạng này cho thấy rằng vật liệu được tiêm vào tế bào vi khuẩn mang thông tin di truyền chỉ đạo việc sản xuất vi rút.

Bản chất hóa học của vật liệu cấy ghép là gì?

Năm 1952, Alfred Hershey và Martha Chase đã thiết kế một thử nghiệm để trả lời câu hỏi này. Chỉ có hai khả năng tồn tại vì virus t2 chỉ bao gồm hai phân tử: DNA và protein.

Để phân biệt giữa hai khả năng này, cả hai đã tận dụng thực tế là protein của virus t2, giống như hầu hết các protein, chứa lưu huỳnh (trong methionine và cysteine) nhưng không có phốt pho, trong khi DNA của protein virus có chứa phốt pho (trong đường của nó – liên kết photphat), nhưng không có lưu huỳnh.

Do đó, Hershey và Chase đã chuẩn bị hai mẫu hạt t2 với các loại nguyên tử phóng xạ được đánh dấu khác nhau. Trong một mẫu, họ đánh dấu protein phage bằng đồng vị phóng xạ 35s; trong một mẫu khác, họ đánh dấu DNA của phage bằng đồng vị 32p.

Bằng cách sử dụng đồng vị phóng xạ, dị vật và rượt đuổi có thể quyết định số phận của protein và DNA trong quá trình lây nhiễm. (Hình 2a).

Họ bắt đầu thí nghiệm bằng cách trộn thực khuẩn phóng xạ với các tế bào vi khuẩn còn nguyên vẹn và để thể thực khuẩn tấn công bề mặt tế bào vi khuẩn và lây nhiễm vật chất di truyền của nó vào tế bào.

Tại thời điểm này, Hershey và Chase nhận thấy rằng các protein vỏ rỗng, được gọi là phantom phage, có thể bị loại bỏ hoàn toàn khỏi bề mặt tế bào vi khuẩn bằng cách khuấy hỗn dịch trong một khoảng thời gian. Trộn bình thường và sử dụng máy ly tâm để thu thập tế bào vi khuẩn.

Sau đó, họ đo độ phóng xạ của phần nổi phía trên và khối lượng vi khuẩn ở đáy ống nghiệm.

Kết quả chỉ ra rằng phần lớn (65%) của 32p được giữ lại trong tế bào vi khuẩn, trong khi phần lớn (80%) của 35 được thải ra môi trường xung quanh (Hình 2b).

Vì 32p đánh dấu DNA của virus và 35s đánh dấu protein của virus, Hershey và Chase kết luận từ đó rằng DNA, không phải protein, đã được chuyển vào tế bào vi khuẩn; do đó DNA phải đóng vai trò là vật liệu di truyền cho phage t2 .

Kết luận này được ủng hộ mạnh mẽ bởi quan sát rằng 32p đã được chuyển sang một số hạt virut khi vi khuẩn nhiễm phóng xạ bị nhiễm trở lại dung dịch trong suốt và được ủ trong thời gian dài hơn. trẻ em, nhưng không phải 35 tuổi.

Theo kết quả thí nghiệm mà chúng tôi mô tả, vào đầu những năm 1950, hầu hết các nhà sinh học bắt đầu chấp nhận rằng các gen được tạo ra từ DNA chứ không phải là protein.

Thật không may, Oswald Avery, người đóng vai trò lớn nhất trong việc cách mạng hóa ý tưởng về hàm dna, không bao giờ nhận được công lao xứng đáng. Ủy ban Nobel đã đề cập đến đóng góp của Avery, nhưng cho rằng anh ấy làm chưa đủ.

Có lẽ bản chất khiêm tốn của Avery là lý do cho sự thiếu công nhận. Sau cái chết của Avery vào năm 1955, nhà sinh hóa học Erwin Chargaff đã viết: “Anh ấy là một người trầm tính; nếu điều đó khiến anh ấy tự hào hơn, nó sẽ được thế giới tôn trọng hơn”.

Tại sao thí nghiệm rượt đuổi khắc nghiệt lại được chấp nhận tốt hơn thí nghiệm biến đổi vi khuẩn trước đây của avery, mặc dù cả hai đều đi đến cùng một kết luận?

Nguyên nhân chính có thể là do thời gian trôi qua và sự tích lũy bằng chứng ngày càng tăng là đầy đủ kể từ khi Avery xuất bản năm 1944. Có lẽ điều quan trọng nhất là bằng chứng rằng dna thực sự là dna. Sự biến đổi đủ về cấu trúc có thể dùng làm vật liệu di truyền. Bằng chứng này đến từ các nghiên cứu về mối liên kết cơ sở-DNA, mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau.

Kết luận: Như vậy, với bài viết này, bạn đã có thêm thông tin thú vị về dna, vật chất di truyền của sự sống. Để đạt được kết luận này, các nhà sinh học đã đi một chặng đường dài liên tục trong việc khám phá các đơn vị cơ bản của di truyền học.

Tham khảo: Cuốn sách Thế giới di động của Becker / Jeff Harding, Gregory Bertoni, Lewis J. Klein Smith – Phiên bản thứ 8

Đọc thêm: Di truyền biểu sinh giữa các thế hệ

Tổ tiên chung của thế giới sinh vật

Bingberg (Dịch giả và Biên tập viên) Cố vấn Khoa học: bác sĩ dang tran hoang www.tapchisinhhoc.com