معلومة

14.1: الأساس التاريخي للفهم الحديث - علم الأحياء

14.1: الأساس التاريخي للفهم الحديث - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مهارات التطوير

  • اشرح تحول الحمض النووي
  • صف التجارب الرئيسية التي ساعدت في تحديد أن الحمض النووي هو المادة الجينية
  • اذكر وشرح قواعد Chargaff

تطورت الفهمات الحديثة للحمض النووي من اكتشاف الحمض النووي إلى تطوير نموذج الحلزون المزدوج. في ستينيات القرن التاسع عشر ، كان فريدريش ميشر (الشكل ( فهرس الصفحة {1} )) ، طبيبًا حسب المهنة ، أول شخص يعزل المواد الكيميائية الغنية بالفوسفات من خلايا الدم البيضاء أو الكريات البيض. أطلق على هذه المواد الكيميائية (التي ستُعرف في النهاية باسم RNA و DNA) نواة لأنها معزولة عن نوى الخلايا.

رابط إلى التعلم L لرؤية Miescher يجري تجربة خطوة بخطوة ، انقر فوق هذه المراجعة لكيفية اكتشافه للدور الرئيسي للحمض النووي والبروتينات في النواة.

بعد نصف قرن ، ربما كان عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث أول شخص أظهر أن المعلومات الوراثية يمكن نقلها من خلية إلى أخرى "أفقياً" بدلاً من النسب. في عام 1928 ، أبلغ عن أول عرض للتحول البكتيري ، وهي عملية يتم فيها امتصاص الحمض النووي الخارجي بواسطة خلية ، وبالتالي تغيير علم التشكل وعلم وظائف الأعضاء. كان يعمل مع العقدية الرئوية ، البكتيريا المسببة للالتهاب الرئوي. عمل جريفيث مع سلالتين ، خشنة (R) وسلسة (S). السلالة R غير مسببة للأمراض (لا تسبب المرض) وتسمى خشنة لأن سطحها الخارجي عبارة عن جدار خلوي ويفتقر إلى كبسولة ؛ نتيجة لذلك ، يبدو سطح الخلية غير مستوٍ تحت المجهر. سلالة S مسببة للأمراض (مسببة للمرض) ولها كبسولة خارج جدارها الخلوي. نتيجة لذلك ، يكون لها مظهر ناعم تحت المجهر. قام جريفيث بحقن سلالة R الحية في الفئران ونجوا. في تجربة أخرى ، عندما حقن الفئران بسلالة S القاتلة للحرارة ، نجوا أيضًا. في مجموعة ثالثة من التجارب ، تم حقن مزيج من سلالة R الحية وسلالة S القاتلة بالحرارة في الفئران ، ودهشته ، ماتت الفئران. عند عزل البكتيريا الحية من الفئران الميتة ، تم استرداد سلالة البكتيريا فقط. عندما تم حقن هذه السلالة المعزولة في الفئران الطازجة ، ماتت الفئران. استنتج جريفيث أن شيئًا ما قد انتقل من سلالة S القاتلة للحرارة إلى سلالة R الحية وحولها إلى سلالة S المسببة للأمراض ، وأطلق على هذا مبدأ التحويل (الشكل ( فهرس الصفحة {2} )). تُعرف هذه التجارب الآن بتجارب جريفيث التحويلية.

كان العلماء أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارتي (1944) مهتمين باستكشاف مبدأ التحول هذا بشكل أكبر. قاموا بعزل سلالة S من الفئران الميتة وعزلوا البروتينات والأحماض النووية ، وبالتحديد RNA و DNA ، لأن هذه كانت مرشحة محتملة لجزيء الوراثة. أجروا دراسة منهجية للتخلص من المرض. استخدموا الإنزيمات التي أدت إلى تحلل كل مكون على وجه التحديد ثم استخدموا كل خليط على حدة لتحويل سلالة R. وجدوا أنه عندما يتحلل الحمض النووي ، لم يعد الخليط الناتج قادرًا على تحويل البكتيريا ، في حين أن جميع التوليفات الأخرى كانت قادرة على تحويل البكتيريا. قادهم هذا إلى استنتاج أن الحمض النووي هو مبدأ التحول.

الارتباط الوظيفي: علماء الطب الشرعي وتحليل الحمض النووي

تم استخدام أدلة الحمض النووي لأول مرة لحل قضية الهجرة. بدأت القصة مع صبي مراهق عاد إلى لندن من غانا ليكون مع والدته. شككت سلطات الهجرة في المطار به ، معتقدة أنه يسافر بجواز سفر مزور. بعد الكثير من الإقناع ، سُمح له بالعيش مع والدته ، لكن سلطات الهجرة لم تسقط القضية المرفوعة ضده. تم تقديم جميع أنواع الأدلة ، بما في ذلك الصور ، إلى السلطات ، لكن إجراءات الترحيل بدأت رغم ذلك. في نفس الوقت تقريبًا ، اخترع الدكتور أليك جيفريز من جامعة ليستر في المملكة المتحدة تقنية تُعرف ببصمة الحمض النووي. اتصلت سلطات الهجرة بالدكتور جيفريز طلبًا للمساعدة. أخذ عينات من الحمض النووي من الأم وثلاثة من أطفالها ، بالإضافة إلى أم ليس لها صلة قرابة ، وقارن العينات بالحمض النووي للصبي. لأن الأب البيولوجي لم يكن في الصورة ، تمت مقارنة الحمض النووي للأطفال الثلاثة مع الحمض النووي للصبي. وجد تطابقًا في الحمض النووي للصبي لكل من الأم وإخوته الثلاثة. وخلص إلى أن الصبي كان بالفعل ابن الأم.

يقوم علماء الطب الشرعي بتحليل العديد من العناصر ، بما في ذلك المستندات والكتابة اليدوية والأسلحة النارية والعينات البيولوجية. إنهم يحللون محتوى الحمض النووي للشعر ، والسائل المنوي ، واللعاب ، والدم ، ويقارنوه بقاعدة بيانات لمحات الحمض النووي الخاصة بالمجرمين المعروفين. يشمل التحليل عزل الحمض النووي ، والتسلسل ، وتحليل التسلسل ؛ تتضمن معظم تحليلات الحمض النووي الشرعي تضخيم تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) لمواقع التكرار الترادفي القصير (STR) والرحلان الكهربي لتحديد طول الجزء الذي تم تضخيمه بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل. يتم ترتيب تسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا فقط للطب الشرعي. من المتوقع أن يظهر علماء الطب الشرعي في جلسات المحكمة لعرض نتائجهم. عادة ما يتم توظيفهم في مختبرات الجريمة في الوكالات الحكومية في المدينة والولاية. يعمل علماء الوراثة الذين يجربون تقنيات الحمض النووي أيضًا مع المنظمات العلمية والبحثية والصناعات الدوائية ومختبرات الكليات والجامعات. يجب على الطلاب الراغبين في ممارسة مهنة عالم الطب الشرعي أن يكونوا حاصلين على الأقل على درجة البكالوريوس في الكيمياء أو الأحياء أو الفيزياء ، ويفضل أن يكون لديهم بعض الخبرة في العمل في المختبر.

قدمت التجارب التي أجراها مارثا تشيس وألفريد هيرشي في عام 1952 دليلاً مؤكداً على أن الحمض النووي هو المادة الجينية وليس البروتينات. كان تشيس وهيرشي يدرسان العاثية ، وهو فيروس يصيب البكتيريا. عادةً ما يكون للفيروسات بنية بسيطة: غلاف بروتيني ، يسمى القفيصة ، ولب حمض نووي يحتوي على المادة الوراثية ، إما DNA أو RNA. تصيب العاثية الخلية البكتيرية المضيفة عن طريق الالتصاق بسطحها ، ثم تقوم بحقن أحماضها النووية داخل الخلية. يصنع الحمض النووي للعاثية نسخًا متعددة من نفسه باستخدام الآلية المضيفة ، وفي النهاية تنفجر الخلية المضيفة ، وتطلق عددًا كبيرًا من العاثيات. قام هيرشي وتشيس بتسمية دفعة واحدة من الملتهمة بالكبريت المشع ، 35S ، لتسمية معطف البروتين. تم تصنيف دفعة أخرى من العاثيات بالفوسفور المشع ، 32P. لأن الفوسفور موجود في الحمض النووي ، ولكن ليس في البروتين ، فإن الحمض النووي وليس البروتين يمكن تمييزه بالفوسفور المشع.

تم السماح لكل دفعة من الملتهمة بإصابة الخلايا بشكل منفصل. بعد الإصابة ، تم وضع المعلق البكتيري في الخلاط ، مما أدى إلى فصل غلاف الملتهمة عن الخلية المضيفة. تم تدوير العاثية والمعلق البكتيري في جهاز طرد مركزي. استقرت الخلايا البكتيرية الأثقل وشكلت حبيبة ، بينما بقيت جسيمات العاثية الأخف في المادة الطافية. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى 35S ، طاف يحتوي على الملتهمة المسمى إشعاعيًا ، بينما لم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في الحبيبات. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 32P ، تم الكشف عن النشاط الإشعاعي في الحبيبات التي تحتوي على الخلايا البكتيرية الثقيلة ، ولم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في المادة الطافية. خلص هيرشي وتشيس إلى أن الحمض النووي للعاثية هو الذي تم حقنه في الخلية وحمل المعلومات لإنتاج المزيد من جزيئات العاثية ، وبالتالي تقديم دليل على أن الحمض النووي هو المادة الوراثية وليس البروتينات (الشكل ( PageIndex {3} )).

في نفس الوقت تقريبًا ، قام عالم الكيمياء الحيوية النمساوي Erwin Chargaff بفحص محتوى الحمض النووي في الأنواع المختلفة ووجد أن كميات الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين لم يتم العثور عليها بكميات متساوية ، وأنها تختلف من نوع إلى نوع ، ولكن ليس بين أفراد من نفس النوع. وجد أن كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين ، وكمية السيتوزين تساوي كمية الجوانين ، أو A = T و G = C. وهذا يُعرف أيضًا بقواعد Chargaff. أثبت هذا الاكتشاف أنه مفيد للغاية عندما كان واتسون وكريك يستعدان لاقتراح نموذج اللولب المزدوج للحمض النووي.

ملخص

تم عزل الحمض النووي لأول مرة من خلايا الدم البيضاء بواسطة فريدريش ميشر ، الذي أطلق عليه اسم nuclein لأنه تم عزله من النوى. تجارب فريدريك جريفيث مع سلالات العقدية الرئوية قدم أول تلميح إلى أن الحمض النووي قد يكون هو مبدأ التحول. أثبت Avery و MacLeod و McCarty أن الحمض النووي ضروري لتحول البكتيريا. أثبتت التجارب اللاحقة التي أجراها هيرشي وتشيس باستخدام العاثية T2 أن الحمض النووي هو المادة الوراثية. وجد Chargaff أن نسبة A = T و C = G وأن النسبة المئوية لمحتوى A و T و G و C تختلف باختلاف الأنواع.

تحويل
العملية التي يتم فيها امتصاص الحمض النووي الخارجي بواسطة خلية

14.1: الأساس التاريخي للفهم الحديث - علم الأحياء

يُنسب اكتشاف الحمض النووي عمومًا إلى واطسون وكريك ، لكن العديد من العلماء الآخرين ساهموا في هذا الاكتشاف.

أهداف التعلم

اشرح تسلسل الأحداث التي أدت إلى اكتشاف بنية الحمض النووي

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • الحمض النووي هو أحد الجزيئات الأساسية في الحياة ، فهو يحمل تعليمات وراثية لتطوير وعمل وتكاثر جميع الكائنات الحية المعروفة.
  • يعود الفضل إلى حد كبير في اكتشاف بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي ورقم 8217 للعلماء واتسون وكريك ، اللذين حصلا على جائزة نوبل.
  • ومع ذلك ، فإن عمل علم البلورات بالأشعة السينية لـ Rosalind Franklin و Erwin Chargaff & # 8217s في اكتشاف تكوين الحمض النووي كان مفيدًا في اكتشاف بنية DNA & # 8217s.

الشروط الاساسية

  • الحلزون المزدوج: التركيبة المكونة من جزيئات الأحماض النووية مزدوجة الشريطة مثل الحمض النووي.

ما هو الحمض النووي؟

حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) هو جزيء يحمل معظم التعليمات الجينية المستخدمة في تطوير وعمل وتكاثر جميع الكائنات الحية المعروفة والعديد من الفيروسات.

الحمض النووي هو حمض نووي إلى جانب البروتينات والكربوهيدرات ، والأحماض النووية هي واحدة من الجزيئات الضخمة الثلاثة الأساسية لجميع أشكال الحياة المعروفة. يخزن الحمض النووي المعلومات البيولوجية ويشارك في التعبير عن السمات في جميع الكائنات الحية.

طريق الاكتشاف

في الخمسينيات من القرن الماضي ، عمل فرانسيس كريك وجيمس واتسون معًا لتحديد بنية الحمض النووي في جامعة كامبريدج بإنجلترا. في ذلك الوقت ، كان علماء آخرون مثل لينوس بولينج وموريس ويلكينز يستكشفون هذا المجال بنشاط. اكتشف بولينج التركيب الثانوي للبروتينات باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية.

قاعدة Chargaff & # 8217s

التقى إروين تشارجاف بفرانسيس كريك وجيمس د. واتسون في كامبريدج عام 1952 ، وعلى الرغم من عدم توافقه معهم شخصيًا ، فقد شرح لهم النتائج التي توصل إليها. أظهرت قاعدة Chargaff & # 8217s أنه في الحمض النووي الطبيعي ، فإن عدد وحدات الجوانين يساوي عدد وحدات السيتوزين وعدد وحدات الأدينين يساوي عدد وحدات الثايمين. هذا ألمح بقوة نحو ماكياج الزوج الأساسي للحمض النووي. ستساعد أبحاث Chargaff & # 8217s فريق مختبر Watson and Crick على استنتاج البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي.

فرانكلين وحيود الأشعة السينية

في مختبر ويلكنز ، استخدمت الباحثة روزاليند فرانكلين طرق حيود الأشعة السينية لفهم بنية الحمض النووي. تمكن Watson و Crick من تجميع أحجية جزيء الحمض النووي معًا على أساس بيانات Franklin & # 8217s ، لأن كريك درس أيضًا حيود الأشعة السينية. في عام 1962 ، مُنح جيمس واتسون وفرانسيس كريك وموريس ويلكنز جائزة نوبل في الطب.

جهد جماعي: أدى عمل العلماء الرواد جيمس واتسون وفرانسيس كريك وماكلين مكارتي (في الصورة على اليسار) إلى فهمنا الحالي للحمض النووي. اكتشفت العالمة روزاليند فرانكلين نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي (في الصورة على اليمين) ، مما ساعد في توضيح هيكلها الحلزوني المزدوج. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة مارجوري مكارتي ، المكتبة العامة للعلوم)

لسوء الحظ بحلول ذلك الوقت ، مات فرانكلين. لا تُمنح جوائز نوبل بعد وفاتها ، وعلى الرغم من أن عملها كان حاسمًا لاكتشاف الحمض النووي ، لم يتم ترشيح فرانكلين أبدًا لجائزة نوبل. مُنح فرانسيس كريك وجيمس واتسون وموريس ويلكنز جائزة نوبل لاكتشاف بنية الحمض النووي في عام 1962. ولا يزال هناك الكثير من الجدل حول كيفية منح صورتها لواتسون وكريك ولماذا لم يتم منحها الفضل الواجب.


رابط للتعلم

لرؤية Miescher يجري تجربة خطوة بخطوة ، انقر على هذه المراجعة لكيفية اكتشافه للدور الرئيسي للحمض النووي والبروتينات في النواة.

بعد نصف قرن ، ربما كان عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث أول شخص أظهر أن المعلومات الوراثية يمكن نقلها من خلية إلى أخرى "أفقيًا" وليس عن طريق النسب. في عام 1928 ، أبلغ عن أول عرض للتحول البكتيري ، وهي عملية يتم فيها امتصاص الحمض النووي الخارجي بواسطة خلية ، وبالتالي تغيير علم التشكل وعلم وظائف الأعضاء. كان يعمل مع العقدية الرئوية ، البكتيريا المسببة للالتهاب الرئوي. عمل جريفيث مع سلالتين ، خشنة (R) وسلسة (S). سلالة R غير مسببة للأمراض (لا تسبب المرض) وتسمى خشنة لأن سطحها الخارجي عبارة عن جدار خلوي ويفتقر إلى كبسولة نتيجة لذلك ، يبدو سطح الخلية غير مستوٍ تحت المجهر. سلالة S مسببة للأمراض (مسببة للمرض) ولها كبسولة خارج جدارها الخلوي. نتيجة لذلك ، يكون لها مظهر ناعم تحت المجهر. قام جريفيث بحقن سلالة R الحية في الفئران ونجوا. في تجربة أخرى ، عندما حقن الفئران بسلالة S القاتلة للحرارة ، نجوا أيضًا. في مجموعة ثالثة من التجارب ، تم حقن مزيج من سلالة R الحية وسلالة S القاتلة بالحرارة في الفئران ، و & mdashto مفاجأته & mdashthe الفئران ماتت. عند عزل البكتيريا الحية من الفئران الميتة ، تم استرداد سلالة البكتيريا فقط. عندما تم حقن هذه السلالة المعزولة في الفئران الطازجة ، ماتت الفئران. استنتج جريفيث أن شيئًا ما قد انتقل من سلالة S القاتلة للحرارة إلى سلالة R الحية وحولها إلى سلالة S المسببة للأمراض ، وأطلق على هذا مبدأ التحويل ([رابط]). تُعرف هذه التجارب الآن بتجارب جريفيث التحويلية.

سلالتين من الرئوية الرئوية تم استخدامها في تجارب تحويل Griffith & rsquos. سلالة R غير مسببة للأمراض. السلالة S مسببة للأمراض وتسبب الوفاة. عندما قام جريفيث بحقن فأر بسلالة S القاتلة للحرارة وسلالة R حية ، مات الفأر. تم انتشال سلالة S من الفأر الميت. وهكذا ، خلص جريفيث إلى أن شيئًا ما قد انتقل من سلالة S القاتلة للحرارة إلى سلالة R ، مما أدى إلى تحويل سلالة R إلى سلالة S في هذه العملية. (Credit & quotliving mouse & quot: تعديل العمل بواسطة NIH Credit & quotdead mouse & quot: تعديل العمل بواسطة Sarah Wedding)


الاتصال الوظيفي

عالم الطب الشرعي علماء الطب الشرعي استخدموا أدلة تحليل الحمض النووي لأول مرة لحل قضية الهجرة. بدأت القصة مع صبي مراهق عاد إلى لندن من غانا ليكون مع والدته. شككت سلطات الهجرة في المطار به ، معتقدة أنه يسافر بجواز سفر مزور. بعد الكثير من الإقناع ، سُمح له بالعيش مع والدته ، لكن سلطات الهجرة لم تسقط القضية المرفوعة ضده. تم تقديم جميع أنواع الأدلة ، بما في ذلك الصور ، إلى السلطات ، لكن إجراءات الترحيل بدأت رغم ذلك. في نفس الوقت تقريبًا ، اخترع الدكتور أليك جيفريز من جامعة ليستر في المملكة المتحدة تقنية تُعرف ببصمة الحمض النووي. اتصلت سلطات الهجرة بالدكتور جيفريز طلبًا للمساعدة. أخذ عينات من الحمض النووي من الأم وثلاثة من أطفالها ، بالإضافة إلى أم ليس لها صلة قرابة ، وقارن العينات بالحمض النووي للصبي. لأن الأب البيولوجي لم يكن في الصورة ، تمت مقارنة الحمض النووي للأطفال الثلاثة مع الحمض النووي للصبي. وجد تطابقًا في الحمض النووي للصبي لكل من الأم وإخوته الثلاثة. وخلص إلى أن الصبي كان بالفعل ابن الأم.

يقوم علماء الطب الشرعي بتحليل العديد من العناصر ، بما في ذلك المستندات والكتابة اليدوية والأسلحة النارية والعينات البيولوجية. إنهم يحللون محتوى الحمض النووي للشعر ، والسائل المنوي ، واللعاب ، والدم ، ويقارنوه بقاعدة بيانات لمحات الحمض النووي الخاصة بالمجرمين المعروفين. يشمل التحليل عزل الحمض النووي ، والتسلسل ، وتحليل التسلسل. من المتوقع أن يظهر علماء الطب الشرعي في جلسات المحكمة لعرض نتائجهم. عادة ما يتم توظيفهم في مختبرات الجريمة في الوكالات الحكومية في المدينة والولاية. يعمل علماء الوراثة الذين يجربون تقنيات الحمض النووي أيضًا مع المنظمات العلمية والبحثية والصناعات الدوائية ومختبرات الكليات والجامعات. يجب على الطلاب الذين يرغبون في ممارسة مهنة كعالم في الطب الشرعي أن يكونوا حاصلين على الأقل على درجة البكالوريوس في الكيمياء أو البيولوجيا أو الفيزياء ، ويفضل أن يكون لديهم بعض الخبرة في العمل في المختبر.

على الرغم من أن تجارب Avery و McCarty و McLeod قد أثبتت أن الحمض النووي هو المكون المعلوماتي الذي تم نقله أثناء التحول ، إلا أن الحمض النووي لا يزال يعتبر جزيءًا بسيطًا جدًا بحيث لا يمكنه حمل المعلومات البيولوجية. اعتبرت البروتينات ، مع 20 من الأحماض الأمينية المختلفة ، مرشحة أكثر ترجيحًا. قدمت التجربة الحاسمة ، التي أجرتها مارثا تشيس وألفريد هيرشي في عام 1952 ، دليلاً مؤكداً على أن الحمض النووي هو بالفعل المادة الجينية وليس البروتينات. كان تشيس وهيرشي يدرسان العاثية - وهو فيروس يصيب البكتيريا. عادةً ما يكون للفيروسات بنية بسيطة: غلاف بروتيني ، يسمى القفيصة ، ولب حمض نووي يحتوي على المادة الوراثية (إما DNA أو RNA). تصيب العاثية الخلية البكتيرية المضيفة عن طريق الالتصاق بسطحها ، ثم تقوم بحقن أحماضها النووية داخل الخلية. يصنع الحمض النووي للعاثية نسخًا متعددة من نفسه باستخدام الآلية المضيفة ، وفي النهاية تنفجر الخلية المضيفة ، وتطلق عددًا كبيرًا من العاثيات. اختار هيرشي وتشيس العناصر المشعة التي تميز البروتين على وجه التحديد عن الحمض النووي في الخلايا المصابة. قاموا بتسمية دفعة واحدة من الملتهمة بالكبريت المشع ، 35 ثانية ، لتسمية غلاف البروتين. تم تصنيف دفعة أخرى من العاثيات بالفوسفور المشع ، 32 P. لأن الفوسفور موجود في الحمض النووي ، ولكن ليس البروتين ، فإن الحمض النووي وليس البروتين سيتم تمييزه بالفوسفور المشع. وبالمثل ، فإن الكبريت غائب في الحمض النووي ، ولكنه موجود في العديد من الأحماض الأمينية مثل الميثيونين والسيستين.

تم السماح لكل دفعة من الملتهمة بإصابة الخلايا بشكل منفصل. بعد الإصابة ، تم وضع المعلق البكتيري في الخلاط ، مما تسبب في انفصال طبقة الملتهمة عن الخلية المضيفة. ثم تم فحص الخلايا المكشوفة لفترة كافية لحدوث العدوى لمعرفة أي من الجزيئين المشعين قد دخل الخلية. تم تدوير العاثية والمعلق البكتيري في جهاز طرد مركزي. استقرت الخلايا البكتيرية الأثقل وشكلت حبيبة ، بينما بقيت جسيمات العاثية الأخف في المادة الطافية. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 35 ثانية ، احتوى الطاف على الملتهمة المسمى إشعاعيًا ، بينما لم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في الحبيبات. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 32 P ، تم الكشف عن النشاط الإشعاعي في الحبيبات التي تحتوي على خلايا بكتيرية أثقل ، ولم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في المادة الطافية. خلص هيرشي وتشيس إلى أنه تم حقن الحمض النووي للعاثية
في الخلية وحمل المعلومات لإنتاج المزيد من جزيئات الملتهمة ، وبالتالي تقديم دليل على أن الحمض النووي هو المادة الوراثية وليس البروتينات ((الشكل)).


في نفس الوقت تقريبًا ، قام عالم الكيمياء الحيوية النمساوي Erwin Chargaff بفحص محتوى الحمض النووي في الأنواع المختلفة ووجد أن كميات الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين لم يتم العثور عليها بكميات متساوية ، وأن التركيزات النسبية لقواعد النوكليوتيدات الأربعة تختلف عن الأنواع. للأنواع ، ولكن ليس داخل أنسجة نفس الفرد أو بين أفراد من نفس النوع. اكتشف أيضًا شيئًا غير متوقع: أن كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين ، وكمية السيتوزين تساوي كمية الجوانين (أي ، A = T و G = C). الأنواع المختلفة لها كميات متساوية من البيورينات (A + G) وبيريميدين (T + C) ، لكن نسب مختلفة من A + T إلى G + C. أصبحت هذه الملاحظات تعرف باسم قواعد Chargaff. أثبتت نتائج Chargaff & # 8217s أنها مفيدة للغاية عندما كان Watson و Crick يستعدان لاقتراح نموذج اللولب المزدوج للحمض النووي! يمكنك أن ترى بعد قراءة الصفحات القليلة الماضية كيف يبني العلم على الاكتشافات السابقة ، أحيانًا في عملية بطيئة وشاقة.


علم الأحياء 171


أصبحت الأحرف الثلاثة "DNA" الآن مرادفة لحل الجريمة والاختبار الجيني. يمكن استرجاع الحمض النووي من الشعر أو الدم أو اللعاب. يعتبر الحمض النووي لكل شخص فريدًا ، ومن الممكن اكتشاف الاختلافات بين الأفراد داخل النوع على أساس هذه الميزات الفريدة.

تحليل الحمض النووي له العديد من التطبيقات العملية التي تتجاوز الطب الشرعي. في البشر ، يتم تطبيق اختبار الحمض النووي على العديد من الاستخدامات: تحديد الأبوة ، وتتبع علم الأنساب ، وتحديد مسببات الأمراض ، والبحث الأثري ، وتتبع تفشي الأمراض ، ودراسة أنماط الهجرة البشرية. في المجال الطبي ، يُستخدم الحمض النووي في التشخيص وتطوير لقاحات جديدة وعلاج السرطان. أصبح من الممكن الآن تحديد الاستعداد للأمراض من خلال النظر في الجينات.

تحتوي كل خلية بشرية على 23 زوجًا من الكروموسومات: مجموعة واحدة من الكروموسومات موروثة من الأم ومجموعة أخرى موروثة من الأب. هناك أيضًا جينوم الميتوكوندريا ، الموروث حصريًا من الأم ، والذي يمكن أن يكون متورطًا في الاضطرابات الوراثية الموروثة. يوجد في كل كروموسوم آلاف الجينات المسؤولة عن تحديد النمط الجيني والنمط الظاهري للفرد. يُعرَّف الجين على أنه تسلسل من الحمض النووي يرمز لمنتج وظيفي. يحتوي الجينوم أحادي العدد البشري على 3 مليارات زوج قاعدي وما بين 20000 و 25000 جين وظيفي.

أهداف التعلم

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • اشرح تحول الحمض النووي
  • صف التجارب الرئيسية التي ساعدت في تحديد أن الحمض النووي هو المادة الجينية
  • اذكر وشرح قواعد Chargaff

بدأ فهمنا الحالي للحمض النووي باكتشاف الأحماض النووية متبوعًا بتطوير نموذج الحلزون المزدوج. في ستينيات القرن التاسع عشر ، قام فريدريش ميشر ((في الشكل)) ، وهو طبيب حسب المهنة ، بعزل المواد الكيميائية الغنية بالفوسفات من خلايا الدم البيضاء (الكريات البيض). أطلق على هذه المواد الكيميائية (والتي ستُعرف في النهاية باسم DNA) النوكلين لأنها كانت معزولة عن نوى الخلايا.


تعرف على كيفية اكتشاف Miescher للدور الرئيسي للحمض النووي والبروتينات في النواة من خلال تجربة خطوة بخطوة في & # 8220DNA والبروتينات هي الجزيئات الرئيسية لنواة الخلية & # 8221 (صفحة ويب ، رسوم متحركة).

بعد نصف قرن ، في عام 1928 ، قدم عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث تقريراً عن أول دليل على التحول البكتيري - وهي عملية تلتقط فيها خلية الحمض النووي الخارجي ، وبالتالي يغير شكلها وعلم وظائفها. أجرى جريفيث تجاربه مع العقدية الرئوية ، جرثومة تسبب الالتهاب الرئوي. عمل جريفيث مع سلالتين من هذه البكتيريا تسمى الخام (R) والملساء (S). (كان يطلق على نوعي الخلايا اسم "خشن" و "أملس" بعد ظهور مستعمراتهما التي نمت على صفيحة أجار مغذية.)

السلالة R غير مسببة للأمراض (لا تسبب المرض). سلالة S مسببة للأمراض (مسببة للمرض) ولها كبسولة خارج جدارها الخلوي. تسمح الكبسولة للخلية بالهروب من الاستجابات المناعية للفأر المضيف.

عندما حقن جريفيث سلالة S الحية في الفئران ، ماتوا من الالتهاب الرئوي. في المقابل ، عندما حقن جريفيث سلالة R الحية في الفئران ، نجوا. في تجربة أخرى ، عندما حقن الفئران بسلالة S القاتلة للحرارة ، نجوا أيضًا. أظهرت هذه التجربة أن الكبسولة وحدها لم تكن سبب الوفاة. في مجموعة ثالثة من التجارب ، تم حقن مزيج من سلالة R الحية وسلالة S القاتلة بالحرارة في الفئران ، ودهشته ، ماتت الفئران. عند عزل البكتيريا الحية من الفئران الميتة ، تم استرداد سلالة البكتيريا فقط. عندما تم حقن هذه السلالة المعزولة في الفئران الطازجة ، ماتت الفئران. استنتج جريفيث أن شيئًا ما قد انتقل من سلالة S القاتلة للحرارة إلى سلالة R الحية وحولها إلى سلالة S المسببة للأمراض. أطلق على هذا اسم مبدأ التحويل ((شكل)). تُعرف هذه التجارب الآن باسم تجارب تحويل Griffith & # 8217s.


كان العلماء أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارتي (1944) مهتمين باستكشاف مبدأ التحول هذا بشكل أكبر. قاموا بعزل سلالة S من الفئران الميتة وعزلوا البروتينات والأحماض النووية (RNA و DNA) لأن هذه كانت مرشحة محتملة لجزيء الوراثة. استخدموا الإنزيمات التي أدت إلى تحلل كل مكون على وجه التحديد ثم استخدموا كل خليط على حدة لتحويل سلالة R. وجدوا أنه عندما يتحلل الحمض النووي ، لم يعد الخليط الناتج قادرًا على تحويل البكتيريا ، في حين أن جميع التوليفات الأخرى كانت قادرة على تحويل البكتيريا. قادهم هذا إلى استنتاج أن الحمض النووي هو مبدأ التحول.

استخدم علماء الطب الشرعي أدلة تحليل الحمض النووي لأول مرة لحل قضية الهجرة. بدأت القصة مع صبي مراهق عاد إلى لندن من غانا ليكون مع والدته. شككت سلطات الهجرة في المطار به ، معتقدة أنه يسافر بجواز سفر مزور. بعد الكثير من الإقناع ، سُمح له بالعيش مع والدته ، لكن سلطات الهجرة لم تسقط القضية المرفوعة ضده. تم تقديم جميع أنواع الأدلة ، بما في ذلك الصور ، إلى السلطات ، لكن إجراءات الترحيل بدأت رغم ذلك. في نفس الوقت تقريبًا ، اخترع الدكتور أليك جيفريز من جامعة ليستر في المملكة المتحدة تقنية تُعرف ببصمة الحمض النووي. اتصلت سلطات الهجرة بالدكتور جيفريز طلبًا للمساعدة. أخذ عينات من الحمض النووي من الأم وثلاثة من أطفالها ، بالإضافة إلى أم ليس لها صلة قرابة ، وقارن العينات بالحمض النووي للصبي. لأن الأب البيولوجي لم يكن في الصورة ، تمت مقارنة الحمض النووي للأطفال الثلاثة مع الحمض النووي للصبي. وجد تطابقًا في الحمض النووي للصبي لكل من الأم وإخوته الثلاثة. وخلص إلى أن الصبي كان بالفعل ابن الأم.

يقوم علماء الطب الشرعي بتحليل العديد من العناصر ، بما في ذلك المستندات والكتابة اليدوية والأسلحة النارية والعينات البيولوجية. إنهم يحللون محتوى الحمض النووي للشعر ، والسائل المنوي ، واللعاب ، والدم ، ويقارنوه بقاعدة بيانات لمحات الحمض النووي الخاصة بالمجرمين المعروفين. يشمل التحليل عزل الحمض النووي ، والتسلسل ، وتحليل التسلسل. من المتوقع أن يظهر علماء الطب الشرعي في جلسات المحكمة لعرض نتائجهم. عادة ما يتم توظيفهم في مختبرات الجريمة في الوكالات الحكومية في المدينة والولاية. يعمل علماء الوراثة الذين يجربون تقنيات الحمض النووي أيضًا مع المنظمات العلمية والبحثية والصناعات الدوائية ومختبرات الكليات والجامعات. يجب على الطلاب الذين يرغبون في ممارسة مهنة كعالم في الطب الشرعي أن يكونوا حاصلين على الأقل على درجة البكالوريوس في الكيمياء أو البيولوجيا أو الفيزياء ، ويفضل أن يكون لديهم بعض الخبرة في العمل في المختبر.

على الرغم من أن تجارب Avery و McCarty و McLeod قد أثبتت أن الحمض النووي هو المكون المعلوماتي الذي تم نقله أثناء التحول ، إلا أن الحمض النووي لا يزال يُعتبر جزيءًا بسيطًا جدًا بحيث لا يمكنه حمل المعلومات البيولوجية. اعتبرت البروتينات ، مع 20 من الأحماض الأمينية المختلفة ، مرشحة أكثر ترجيحًا. قدمت التجربة الحاسمة ، التي أجرتها مارثا تشيس وألفريد هيرشي في عام 1952 ، دليلاً مؤكداً على أن الحمض النووي هو بالفعل المادة الجينية وليس البروتينات. كان تشيس وهيرشي يدرسان العاثية - وهو فيروس يصيب البكتيريا. عادة ما يكون للفيروسات بنية بسيطة: غلاف بروتيني ، يسمى القفيصة ، ولب حمض نووي يحتوي على المادة الوراثية (إما DNA أو RNA). تصيب العاثية الخلية البكتيرية المضيفة عن طريق الالتصاق بسطحها ، ثم تقوم بحقن أحماضها النووية داخل الخلية. يصنع الحمض النووي للعاثية نسخًا متعددة من نفسه باستخدام الآلية المضيفة ، وفي النهاية تنفجر الخلية المضيفة ، وتطلق عددًا كبيرًا من العاثيات. اختار هيرشي وتشيس العناصر المشعة التي تميز البروتين على وجه التحديد عن الحمض النووي في الخلايا المصابة. قاموا بتسمية دفعة واحدة من الملتهمة بالكبريت المشع ، 35 ثانية ، لتسمية غلاف البروتين. تم تصنيف دفعة أخرى من العاثيات بالفوسفور المشع ، 32 P. لأن الفوسفور موجود في الحمض النووي ، ولكن ليس البروتين ، فإن الحمض النووي وليس البروتين سيتم تمييزه بالفوسفور المشع. وبالمثل ، فإن الكبريت غائب في الحمض النووي ، ولكنه موجود في العديد من الأحماض الأمينية مثل الميثيونين والسيستين.

تم السماح لكل دفعة من الملتهمة بإصابة الخلايا بشكل منفصل. بعد الإصابة ، تم وضع المعلق البكتيري في الخلاط ، مما تسبب في انفصال طبقة الملتهمة عن الخلية المضيفة. ثم تم فحص الخلايا المكشوفة لفترة كافية لحدوث العدوى لمعرفة أي من الجزيئين المشعين قد دخل الخلية. تم تدوير العاثية والمعلق البكتيري في جهاز طرد مركزي. استقرت الخلايا البكتيرية الأثقل وشكلت حبيبة ، بينما بقيت جسيمات العاثية الأخف في المادة الطافية. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 35 ثانية ، احتوى الطاف على الملتهمة المسمى إشعاعيًا ، بينما لم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في الحبيبات. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 32 P ، تم الكشف عن النشاط الإشعاعي في الحبيبات التي تحتوي على خلايا بكتيرية أثقل ، ولم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في المادة الطافية. خلص هيرشي وتشيس إلى أنه تم حقن الحمض النووي للعاثية
في الخلية وحمل المعلومات لإنتاج المزيد من جزيئات الملتهمة ، وبالتالي تقديم دليل على أن الحمض النووي هو المادة الوراثية وليس البروتينات ((الشكل)).


في نفس الوقت تقريبًا ، قام عالم الكيمياء الحيوية النمساوي Erwin Chargaff بفحص محتوى الحمض النووي في الأنواع المختلفة ووجد أن كميات الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين لم يتم العثور عليها بكميات متساوية ، وأن التركيزات النسبية لقواعد النوكليوتيدات الأربعة تختلف عن الأنواع. للأنواع ، ولكن ليس داخل أنسجة نفس الفرد أو بين أفراد من نفس النوع. اكتشف أيضًا شيئًا غير متوقع: أن كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين ، وكمية السيتوزين تساوي كمية الجوانين (أي ، A = T و G = C). الأنواع المختلفة لها كميات متساوية من البيورينات (A + G) وبيريميدين (T + C) ، لكن نسب مختلفة من A + T إلى G + C. أصبحت هذه الملاحظات تعرف باسم قواعد Chargaff. أثبتت نتائج Chargaff & # 8217s أنها مفيدة للغاية عندما كان Watson و Crick يستعدان لاقتراح نموذج اللولب المزدوج للحمض النووي! يمكنك أن ترى بعد قراءة الصفحات القليلة الماضية كيف يبني العلم على الاكتشافات السابقة ، أحيانًا في عملية بطيئة وشاقة.

ملخص القسم

تم عزل الحمض النووي لأول مرة من خلايا الدم البيضاء بواسطة فريدريش ميشر ، الذي أطلق عليه اسم nuclein لأنه تم عزله من النوى. فريدريك جريفيث & # 8217s مع سلالات من العقدية الرئوية قدم أول تلميح إلى أن الحمض النووي قد يكون هو مبدأ التحول. أظهر Avery و MacLeod و McCarty أن الحمض النووي ضروري لتحول البكتيريا. أثبتت التجارب اللاحقة التي أجراها هيرشي وتشيس باستخدام العاثية T2 أن الحمض النووي هو المادة الوراثية. وجد Chargaff أن نسبة A = T و C = G وأن النسبة المئوية لمحتوى A و T و G و C تختلف باختلاف الأنواع.

إستجابة مجانية

اشرح تجارب التحول Griffith & # 8217s. ماذا استنتج منهم؟

اكتسبت خلايا R الحية معلومات وراثية من الخلايا S المقتولة بالحرارة والتي "حولت" الخلايا R إلى خلايا S.

لماذا تم استخدام الكبريت المشع والفوسفور لتسمية العاثية في تجارب Hershey و Chase & # 8217s؟

الكبريت عنصر موجود في البروتينات والفوسفور هو أحد مكونات الأحماض النووية.

عندما كان Chargaff يجري تجاربه ، كانت فرضية رباعي النوكليوتيد ، التي تنص على أن الحمض النووي يتكون من مكررات نيوكليوتيد GACT ، كانت وجهة النظر الأكثر قبولًا على نطاق واسع لتكوين الحمض النووي. كيف دحض Chargaff هذه الفرضية؟

إذا كانت فرضية رباعي النوكليوتيدات صحيحة ، فيجب أن يحتوي الحمض النووي على كميات متساوية من جميع النيوكليوتيدات الأربعة (A = T = G = C). ومع ذلك ، أوضح Chargaff أن A = T و G = C ، لكن النيوكليوتيدات الأربعة غير موجودة بكميات متساوية.

قائمة المصطلحات


66 الأساس التاريخي للفهم الحديث

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • اشرح تحول الحمض النووي
  • صف التجارب الرئيسية التي ساعدت في تحديد أن الحمض النووي هو المادة الجينية
  • اذكر وشرح قواعد Chargaff

بدأ فهمنا الحالي للحمض النووي باكتشاف الأحماض النووية متبوعًا بتطوير نموذج الحلزون المزدوج. في ستينيات القرن التاسع عشر ، قام فريدريش ميشر ((في الشكل)) ، وهو طبيب حسب المهنة ، بعزل المواد الكيميائية الغنية بالفوسفات من خلايا الدم البيضاء (الكريات البيض). أطلق على هذه المواد الكيميائية (والتي ستُعرف في النهاية باسم DNA) النوكلين لأنها كانت معزولة عن نوى الخلايا.


لرؤية Miescher يجري تجربته التي أدت إلى اكتشافه للحمض النووي والبروتينات المرتبطة به في النواة ، انقر فوق هذه المراجعة.

بعد نصف قرن ، في عام 1928 ، قدم عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث تقريراً عن أول دليل على التحول البكتيري - وهي عملية تلتقط فيها خلية الحمض النووي الخارجي ، وبالتالي يغير شكلها وعلم وظائفها. أجرى جريفيث تجاربه مع العقدية الرئوية ، جرثومة تسبب الالتهاب الرئوي. عمل جريفيث مع سلالتين من هذه البكتيريا تسمى الخام (R) والملساء (S). (كان يطلق على نوعي الخلايا اسم "خشن" و "أملس" بعد ظهور مستعمراتهما التي نمت على صفيحة أجار مغذية.)

السلالة R غير مسببة للأمراض (لا تسبب المرض). سلالة S مسببة للأمراض (مسببة للمرض) ولها كبسولة خارج جدارها الخلوي. تسمح الكبسولة للخلية بالهروب من الاستجابات المناعية للفأر المضيف.

عندما حقن جريفيث سلالة S الحية في الفئران ، ماتوا من الالتهاب الرئوي. في المقابل ، عندما حقن جريفيث سلالة R الحية في الفئران ، نجوا. في تجربة أخرى ، عندما حقن الفئران بسلالة S القاتلة للحرارة ، نجوا أيضًا. أظهرت هذه التجربة أن الكبسولة وحدها لم تكن سبب الوفاة. في مجموعة ثالثة من التجارب ، تم حقن مزيج من سلالة R الحية وسلالة S القاتلة بالحرارة في الفئران ، ودهشته ، ماتت الفئران. عند عزل البكتيريا الحية من الفئران الميتة ، تم استرداد سلالة البكتيريا فقط. عندما تم حقن هذه السلالة المعزولة في الفئران الطازجة ، ماتت الفئران. استنتج جريفيث أن شيئًا ما قد انتقل من سلالة S القاتلة للحرارة إلى سلالة R الحية وحولها إلى سلالة S المسببة للأمراض. أطلق على هذا اسم مبدأ التحويل ((شكل)). تُعرف هذه التجارب الآن باسم تجارب تحويل Griffith & # 8217s.


كان العلماء أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارتي (1944) مهتمين باستكشاف مبدأ التحول هذا بشكل أكبر. قاموا بعزل سلالة S من الفئران الميتة وعزلوا البروتينات والأحماض النووية (RNA و DNA) لأن هذه كانت مرشحة محتملة لجزيء الوراثة. استخدموا الإنزيمات التي أدت إلى تحلل كل مكون على وجه التحديد ثم استخدموا كل خليط على حدة لتحويل سلالة R. وجدوا أنه عندما يتحلل الحمض النووي ، لم يعد الخليط الناتج قادرًا على تحويل البكتيريا ، في حين أن جميع التوليفات الأخرى كانت قادرة على تحويل البكتيريا. قادهم هذا إلى استنتاج أن الحمض النووي هو مبدأ التحول.

عالم الطب الشرعي علماء الطب الشرعي استخدموا أدلة تحليل الحمض النووي لأول مرة لحل قضية الهجرة. بدأت القصة مع صبي مراهق عاد إلى لندن من غانا ليكون مع والدته. شككت سلطات الهجرة في المطار به ، معتقدة أنه يسافر بجواز سفر مزور. بعد الكثير من الإقناع ، سُمح له بالعيش مع والدته ، لكن سلطات الهجرة لم تسقط القضية المرفوعة ضده. تم تقديم جميع أنواع الأدلة ، بما في ذلك الصور ، إلى السلطات ، ولكن بدأت إجراءات الترحيل مع ذلك. في نفس الوقت تقريبًا ، اخترع الدكتور أليك جيفريز من جامعة ليستر في المملكة المتحدة تقنية تُعرف ببصمة الحمض النووي. اتصلت سلطات الهجرة بالدكتور جيفريز طلبًا للمساعدة. أخذ عينات من الحمض النووي من الأم وثلاثة من أطفالها ، بالإضافة إلى أم ليس لها صلة قرابة ، وقارن العينات بالحمض النووي للصبي. لأن الأب البيولوجي لم يكن في الصورة ، تمت مقارنة الحمض النووي للأطفال الثلاثة مع الحمض النووي للصبي. وجد تطابقًا في الحمض النووي للصبي لكل من الأم وإخوته الثلاثة. وخلص إلى أن الصبي كان بالفعل ابن الأم.

يقوم علماء الطب الشرعي بتحليل العديد من العناصر ، بما في ذلك المستندات والكتابة اليدوية والأسلحة النارية والعينات البيولوجية. إنهم يحللون محتوى الحمض النووي للشعر ، والسائل المنوي ، واللعاب ، والدم ، ويقارنوه بقاعدة بيانات لمحات الحمض النووي الخاصة بالمجرمين المعروفين. يشمل التحليل عزل الحمض النووي ، والتسلسل ، وتحليل التسلسل. من المتوقع أن يظهر علماء الطب الشرعي في جلسات المحكمة لعرض نتائجهم. عادة ما يتم توظيفهم في مختبرات الجريمة في الوكالات الحكومية في المدينة والولاية. يعمل علماء الوراثة الذين يجربون تقنيات الحمض النووي أيضًا مع المنظمات العلمية والبحثية والصناعات الدوائية ومختبرات الكليات والجامعات. يجب على الطلاب الذين يرغبون في ممارسة مهنة كعالم في الطب الشرعي أن يكونوا حاصلين على الأقل على درجة البكالوريوس في الكيمياء أو البيولوجيا أو الفيزياء ، ويفضل أن يكون لديهم بعض الخبرة في العمل في المختبر.

على الرغم من أن تجارب Avery و McCarty و McLeod قد أثبتت أن الحمض النووي هو المكون المعلوماتي الذي تم نقله أثناء التحول ، إلا أن الحمض النووي لا يزال يعتبر جزيءًا بسيطًا جدًا بحيث لا يمكنه حمل المعلومات البيولوجية. اعتبرت البروتينات ، مع 20 من الأحماض الأمينية المختلفة ، مرشحة أكثر ترجيحًا. قدمت التجربة الحاسمة ، التي أجرتها مارثا تشيس وألفريد هيرشي في عام 1952 ، دليلاً مؤكداً على أن الحمض النووي هو بالفعل المادة الجينية وليس البروتينات. كان تشيس وهيرشي يدرسان العاثية - وهو فيروس يصيب البكتيريا. عادة ما يكون للفيروسات بنية بسيطة: غلاف بروتيني ، يسمى القفيصة ، ولب حمض نووي يحتوي على المادة الوراثية (إما DNA أو RNA). تصيب العاثية الخلية البكتيرية المضيفة عن طريق الالتصاق بسطحها ، ثم تقوم بحقن أحماضها النووية داخل الخلية. يصنع الحمض النووي للعاثية نسخًا متعددة من نفسه باستخدام الآلية المضيفة ، وفي النهاية تنفجر الخلية المضيفة ، وتطلق عددًا كبيرًا من العاثيات. اختار هيرشي وتشيس العناصر المشعة التي تميز البروتين على وجه التحديد عن الحمض النووي في الخلايا المصابة. قاموا بتسمية دفعة واحدة من الملتهمة بالكبريت المشع ، 35 ثانية ، لتسمية غلاف البروتين. تم تصنيف دفعة أخرى من العاثيات بالفوسفور المشع ، 32 P. لأن الفوسفور موجود في الحمض النووي ، ولكن ليس البروتين ، فإن الحمض النووي وليس البروتين سيتم تمييزه بالفوسفور المشع. وبالمثل ، فإن الكبريت غائب في الحمض النووي ، ولكنه موجود في العديد من الأحماض الأمينية مثل الميثيونين والسيستين.

تم السماح لكل دفعة من الملتهمة بإصابة الخلايا بشكل منفصل. بعد الإصابة ، تم وضع المعلق البكتيري في الخلاط ، مما تسبب في انفصال طبقة الملتهمة عن الخلية المضيفة. ثم تم فحص الخلايا المكشوفة لفترة كافية لحدوث العدوى لمعرفة أي من الجزيئين المشعين قد دخل الخلية. تم تدوير العاثية والمعلق البكتيري في جهاز طرد مركزي. استقرت الخلايا البكتيرية الأثقل وشكلت حبيبات ، بينما بقيت جسيمات العاثية الأخف في المادة الطافية. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 35 ثانية ، احتوى الطاف على الملتهمة المسمى إشعاعيًا ، بينما لم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في الحبيبات. في الأنبوب الذي يحتوي على الملتهمة المسمى بـ 32 P ، تم الكشف عن النشاط الإشعاعي في الحبيبات التي تحتوي على خلايا بكتيرية أثقل ، ولم يتم الكشف عن أي نشاط إشعاعي في المادة الطافية. خلص هيرشي وتشيس إلى أنه تم حقن الحمض النووي للعاثية
في الخلية وحمل المعلومات لإنتاج المزيد من جزيئات الملتهمة ، وبالتالي تقديم دليل على أن الحمض النووي هو المادة الوراثية وليس البروتينات ((الشكل)).


في نفس الوقت تقريبًا ، قام عالم الكيمياء الحيوية النمساوي Erwin Chargaff بفحص محتوى الحمض النووي في الأنواع المختلفة ووجد أن كميات الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين لم يتم العثور عليها بكميات متساوية ، وأن التركيزات النسبية لقواعد النوكليوتيدات الأربعة تختلف عن الأنواع. للأنواع ، ولكن ليس داخل أنسجة نفس الفرد أو بين أفراد من نفس النوع. اكتشف أيضًا شيئًا غير متوقع: أن كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين ، وكمية السيتوزين تساوي كمية الجوانين (أي ، A = T و G = C). الأنواع المختلفة لها كميات متساوية من البيورينات (A + G) وبيريميدين (T + C) ، لكن نسب مختلفة من A + T إلى G + C. These observations became known as Chargaff’s rules . Chargaff’s findings proved immensely useful when Watson and Crick were getting ready to propose their DNA double helix model! You can see after reading the past few pages how science builds upon previous discoveries, sometimes in a slow and laborious process.

ملخص القسم

DNA was first isolated from white blood cells by Friedrich Miescher, who called it nuclein because it was isolated from nuclei. Frederick Griffith’s experiments with strains of العقدية الرئوية provided the first hint that DNA may be the transforming principle. Avery, MacLeod, and McCarty showed that DNA is required for the transformation of bacteria. Later experiments by Hershey and Chase using bacteriophage T2 proved that DNA is the genetic material. Chargaff found that the ratio of A = T and C = G, and that the percentage content of A, T, G, and C is different for different species.

راجع الأسئلة

If DNA of a particular species was analyzed and it was found that it contains 27 percent A, what would be the percentage of C?

The experiments by Hershey and Chase helped confirm that DNA was the hereditary material on the basis of the finding that:

  1. radioactive phage were found in the pellet
  2. radioactive cells were found in the supernatant
  3. radioactive sulfur was found inside the cell
  4. radioactive phosphorus was found in the cell

Bacterial transformation is a major concern in many medical settings. Why might health care providers be concerned?

  1. Pathogenic bacteria could introduce disease-causing genes in non-pathogenic bacteria.
  2. Antibiotic resistance genes could be introduced to new bacteria to create “superbugs.”
  3. Bacteriophages could spread DNA encoding toxins to new bacteria.
  4. كل ما ورداعلاه.

أسئلة التفكير النقدي

Explain Griffith’s transformation experiments. What did he conclude from them?

Live R cells acquired genetic information from the heat-killed S cells that “transformed” the R cells into S cells.

Why were radioactive sulfur and phosphorous used to label bacteriophage in Hershey and Chase’s experiments?

Sulfur is an element found in proteins and phosphorus is a component of nucleic acids.

When Chargaff was performing his experiments, the tetranucleotide hypothesis, which stated that DNA was composed of GACT nucleotide repeats, was the most widely accepted view of DNA’s composition. How did Chargaff disprove this hypothesis?

If the tetranucleotide hypothesis were true, then DNA would have to contain equal amounts of all four nucleotides (A=T=G=C). However, Chargaff demonstrated that A=T and G=C, but that the four nucleotides are not present in equal amounts.


شاهد الفيديو: المرحلة الثانوية - الأحياء 1 - التصنيف الحديث (ديسمبر 2022).