עדות ישירה לתפקיד הגנטי של ה- DNA: תכונות, תיאור ועובדות מעניינות

בקהילה המדעית המודרנית ישנן מספר תיאוריות לגבי שיטת העברת המידע מההורים לצאצאים: מגל לסוג עתידני של קבוצות סופר-מוח. עם זאת, העובדה שמולקולות ה- DNA הן הבסיס החומרי להמשכיות האורגניזמים אינה גורמת למחלוקת. ההבנה כיצד הוכחו עדויות בקהילה המדעית לגבי תפקידו הגנטי של ה- DNA ומה הן מטרת מאמר זה.

קצת תיאוריה למי שאינם ביולוגים

להבנת הנושא ועצם ההוכחה לתפקיד ה- DNA בתורשה, אנו נזכרים רק בכמה מושגים ומונחים כלליים המשמשים בטקסט. ביולוגים מולקולריים וביולוגים מקצועיים אחרים עשויים שלא לקרוא חלק זה - מושגים ניתנים בגרסה מפושטת עבור החלק המעוניין בקוראים. למרות שההתמחות המודרנית בביולוגיה בימינו גדלה עד כדי כך שאיש איכות הסביבה המקצועי לא תמיד יפרוץ להבנת מהות המנגנונים האבולוציוניים, והפרטים של התפתחותו של עובר צפרדע לא מובנים באופן חד משמעי על ידי בוטנאים. אז אלה התנאים:

• DNA (חומצה deoxyribonucleic) ו- RNA (חומצה ribonucleic) הם מולקולות ארוכות וגדולות המורכבות ממונומרים - נוקלאוטידים.
• DNA ו- RNA נקראים חומצות גרעין.
• ה- DNA וה- RNA נוצרים על ידי ארבעה נוקלאוטידים בלבד (שלושה זהים, האחד שונה ב- DNA ו- RNA) - נוקלאוטידים הם אוניברסליים לכל היצורים החיים על פני כדור הארץ. מדובר בתרכובות אורגניות מורכבות מבסיס חנקני, שאריות פחמימות וחומצה זרחתית. הם נקראים אדאטין, גואנין, תימין וציטוזין (אורציל).
• נוקליאוטידים יוצרים שלשות - הם מקודדים חומצה אמינית אחת מתוך עשרים.
• שלשות משולבות שרשראות בהרכב חומצות גרעין, המתאימות לשרשרת של חומצות אמינו או חלבון ספציפי אחד. חלבונים הם בסיס החיים בכוכב הלכת, הם ספציפיים וייחודיים.
• גן הוא חתיכה של חומצה גרעינית שאחראית לחלבון אחד.
• גנום - מכלול כל החומר הגנטי של הגוף.

קצת היסטוריה

הביולוג השוויצרי פ 'מיסשר בשנת 1869 ראה שרשראות בגרעינים של תאי מוגלה (לויקוציטים), אותם כינה חומצות גרעין.

קאסל הגרמני כביוכימאי חישב את הרכבם: סוכר, חומצה זרחתית וחמישה סוגים של בסיסים חנקניים. בשנת 1891 הוא הוכיח שישנן שתי חומצות גרעין - DNA ו- RNA. בתקופת התגליות הללו עד שנת 1953 נערכו מחקרים על ההרכב הכימי והארגון המבני של חומצות גרעין. שמות משפחה מפורסמים של תקופה זו הם F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. הניסויים שהחלו פ. גריפית '(1928) והמשיכו על ידי O. Avery, C. MacLeod ו- M. McCarthy (1944), סיפקו עדויות לתפקיד ה- DNA בהעברת מידע גנטי, עוד על כך בהמשך. בשנת 1953 הציעו האמריקנים ג'יי ווטסון ופ. קריק דגם של מבנה ה- DNA בצורת סליל מעוות כפול, שהיה ידוע אפילו לילד בית הספר. זהו, הביולוגיה המולקולרית נולדה!

מחלבון ל- DNA

באותה נקודת זמן, חומצות גרעין נראו כחומר מוזר בגרעין התא. לגבי מה שצריך תצורות אלה, הם לא ידעו, ופחות מכך לא חיפשו ראיות לתפקיד הגנטי של חומצות גרעין. חלבונים המורכבים מחומצות אמינו ובעלי מבנה כימי מורכב יותר התגלו כבר. זה היה חלבונים שנחשבו לנשאי מידע תורשתי.

החומר הנושא מידע תורשתי היה הראשון שהטיל ספק ב בקטריולוג האנגלי פ. גריפית 'בשנת 1928. ולמרות שהוא לא יכול היה לספק עדויות משכנעות לתפקיד הגנטי של ה- DNA, הניסויים שלו ראויים לתשומת לב.

זני גריפית '

פרדריק גריפית ', בקטריולוג מאנגליה, זיהם עכברים בנגיף Pneutnococcus pneumoniae, שגרם אצלם לדלקת ריאות, ובעלי החיים מתו. פנאומוקוקים קיימים בשתי צורות - זיהומיות (ארסיות) ולא זיהומיות (סוערות). קל להבחין בין צורות אלה. לפנאומוקוקוס נגיפי יש כמוסת רירית המוקופוליס שמגינה על התא. אין כמוסות אבירולנט ואינן יכולות להתגונן מפני תאים חיסוניים של עכברים, ולכן עכברים אינם מפתחים דלקת ריאות. התנוחה של אותה תקופה: פנאומוקוק ארסי מחומם הופך לבלתי-סוער. ביולוג מדביק עכברים בתערובת של זן ארסיבי מחומם ומעוף חי (נטול כמוסות). העכברים גוססים. בגופם, המדען מגלה פנאומוקוקים חיים עם קליפת קפסולה. מסקנתו של גריפית ': מפנאומוקוקים ארסיים מתים לצורות חיות, אך נטולות קפסולות, מועבר משהו ("סוכן טרנספורמציה") ש"הופך "צורות סוערות לתארים עם תכונה קבועה כתורשתית (פנאומוקוקים מתרבים במהירות: אלו שהוא מצא בגוויות עכברים - הדור המאה של הראשון). ומכיוון שנגיפים אין דבר במבנה פרט לחומצות גרעין (DNA ו- RNA), זה למעשה F. Griffith שהוא הבעלים של העדויות הראשונות לתפקיד הגנטי של DNA ו- RNA, למרות שכינה אותם "הסוכן הטרנספורמציה". נזכיר שזה קרה בשנת 1928.

עדויות ניסיוניות לתפקיד ה- DNA בהעברת מידע

כמעט אותו הדבר שעשה גריפית ', רק ללא עכברים עניים, נעשה בשנת 1944 על ידי O. T. Avery, K. M. MacLeod, ו- M. McCarthy. במכון רוקפלר למחקר רפואי בניו יורק, הם השיגו במבחנה (במבחנה) חומר גריפית טהור מצורות ארסיות שהרגו וערבבו אותו, שוב במבחנה, עם צורות נלהבות. נתקבלו פתוגנים מכוסים. ואז חקרנו את ההרכב של אותו סוכן. בתחילה הם הוכיחו שזה לא חלבון, וזה כשלעצמו כבר היה חידוש. ובכן, אז הם הגיעו למסקנה כי חומר זה הוא חומצה גרעינית. ניסויים אמריקאים אלה הם עדות ישירה לתפקיד הגנטי של ה- DNA בהעברת מידע תורשתי. אבל לא היחידים שהמדע מחשיב כקלאסיקה.

השנייה מהעדויות הקלאסיות לתפקיד הגנטי של ה- DNA

הראשון שתיארנו כבר - אלה הניסויים של אייברי - מקלאוד - מ. מקארתי.

קלאסיקות של ביולוגיה - שני ניסויים נוספים כעדות ישירה לתפקיד הגנטי של ה- DNA. התיאור מצטמצם לנקודה.

הגנטיקאי האמריקני אלפרד הרשי קיבל את פרס נובל (1969) על ניסויים אלה. סדרת ניסויים מעניינת של הרשי ומרתה צ'ייס, שנערכה בשנת 1952 באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס עם חיידקים ובקטריופגים שכותרתם זרחן רדיואקטיבי וגופרית. הממצאים שלהם לפיה מדובר ב- DNA של חיידקים, שחודר לחיידקים ומוליד חיידקים חדשים הוא הוכחה קלאסית לתפקיד הגנטי של ה- DNA.

חוויה שלישית

הביוכימאי הגרמני-אמריקאי היינץ לודוויג פרנקל-קונראט קיבל את פרס לסקר (1958) על מחקריו. באוניברסיטת קליפורניה בשנת 1957 ערך ניסויים בנגיף הפסיפס של הטבק. התוכנית שלהם דומה לזו של גריפית '. ההישג שלו הוא שהוא הוכיח את השתתפותו של RNA בהעברת מידע תורשתי.

עדויות מודרניות מעניינות

ביולוגיה מולקולרית מודרנית וגנטיקה מספקות לנו כל הזמן עדויות חדשות לתפקיד הגנטי של ה- DNA. להלן מספר עובדות מעניינות מאוד, בלתי צפויות ומרשימות ממחקרים על מדע מודרני, המוכיחות בדרך זו או אחרת את תפקיד ה- DNA בהיווצרות אורגניזם.

בשנת 2007 הצליחו המדענים לבודד חלק מה- DNA של דו-חיים, האחראי להיווצרות העין. כיום יש כבר סלמנדרות עם עיניים בכפות הרגליים והזנב.

בגנום של העיזים, המדענים השתילו את גן העכביש האחראי על חלבון האינטרנט, כתוצאה מכך חלבון זה הופיע בחלב העיזים. לאחר עיבוד ומיצוי מיוחד של חלבון מחלב נוצר משי עכביש.

ההולנדים גידלו פרות עם הגן האנושי האחראי לחלבון חלב ספציפי של נשים - לקטופרין. חלבון זה ממלא תפקיד חשוב בחסינותם הראשונית של תינוקות. בדיקת חלב פרה נמשכת, אך סיכויי השימוש בה ברפואה מרשימים.

המדענים הסינים, כשמשלימים את גן העובר החזרזיר עם הגן חלבון המדוזה הניאון, גידלו שני חזירונים מוארים בירוק.

בשנת 2008 הפיץ העולם את הידיעה על לידתו של ילד עם גנום שהותאם באופן מלאכותי. זה קרה בלונדון, שם הסכימה אישה לניסוי בגלל החריגות הגנטיות שהתגלו בגנום של העובר.

כימרות אנושיות קיימות. בבדיקת די.אן.איי מ -2002, בדיקה הראתה כי לידיה פיירצ'ילד האמריקאית אינה אם ילדה שטרם נולד. המחקרים חזרו על עצמם, אך ניתוח הראו את אותן תוצאות. התברר כי גופה של לידיה התפתח משתי ביציות, שהופרו על ידי זרע שונה והתמזג בשלבים הראשונים של אונטוגנזה. לכן גופה מורכב מרקמות ותאים עם קבוצה שונה של כרומוזומים.

כולם יודעים על בדיקת DNA לאבהות או בפעילות שיפוטית. אבל בדיקות DNA משמשות גם לאימות מוצרים לאותנטיות. לדוגמה, אתה יכול לקבוע מקום איסוף לקוויאר או ענבים ליין משובח.

יש 4 משפחות בעולם אשר לחבריה אין טביעות אצבע. אדרמטוגליפיה נגרמת על ידי מוטציה נדירה של גן בודד.

חילופי השינה והעירות אצל בני אדם שולטים בגן hDEC2; המוטציה שלו מפחיתה את הצורך בשינה ל -4 שעות.

קריוגנטיקה הצליחה לשבט עכבר שהוקפא כבר 16 שנה. מדענים לא למדו להחיות את "חוקרי הקוטב", אבל אתה יכול לשבט אותם.

וקצת על המולקולה הייחודית ביותר

• 10 מיליארד קילומטרים, מכדור הארץ לפלוטו ולהפך - זה אורך ה- DNA האנושי, אם הוא מתפרק.
• אפשר להדפיס את כל הגנום האנושי במהירות של 8 תווים בשנייה, עובדים 8 שעות ביממה, במשך 50 שנה.
• כל המידע בעולם המאוחסן בפורמט דיגיטלי יכול להתאים לשני גרם של DNA.
• בכונן הקשיח "האלמותי" המאוחסן בתחנת החלל, במקרה של אסון, מונח ה- DNA של אנשים מפורסמים, כולל סטיבן הוקינג ולאנס ארמסטרונג.
• בכל תא בגופנו, כל מולקולת DNA עוברת נזקים שונים כמיליון פעמים ביום. עם זאת, אנו עדיין בחיים - הו, נס!

לסיכום

למרות ההצלחות של הביולוגיה המולקולרית והידע שלנו בנושא ה- DNA, האנושות עדיין לא יודעת את התשובות לשאלות רבות. מי יודע אילו תגליות מצפות לנו בעתיד, האם האנושות תיפטר ממחלות תורשתיות ותזדקף ההזדקנות ...