DNA: como material hereditário e propriedades do material genético (DNA versus RNA) | Biologia

DNA: como material hereditário e propriedades do material genético (DNA versus RNA)!

Princípios de herança dados por Mendel e a descoberta de nucleina (ácidos nucléicos) por Meischer (1871) quase coincidiram, mas por afirmar que o DNA atua como um material genético levou muito tempo. Descobertas anteriores feitas por Mendel, Walter Sutton, TH Morgan e outros estreitaram a busca de material genético nos cromossomos.

Os cromossomos são compostos de ácidos nucléicos e proteínas e são conhecidos como veículos hereditários. No primeiro caso, pareceu que as proteínas seriam material hereditário, até que experimentos fossem realizados para provar que os ácidos nucléicos atuam como material genético.

Descobriu-se que o DNA (ácido nucleico desoxirribose) é um material genético em todos os seres vivos, exceto poucos vírus de plantas, onde o RNA é o material genético, porque o DNA não é encontrado em tais vírus.

A. Evidências para o DNA como material hereditário:

O conceito de que o DNA é o material genético foi apoiado pelas seguintes evidências:

1. Transformação Bacteriana ou Princípio Transformador (Efeito Griffith):

Em 1928, Frederick Griffith, um oficial médico britânico encontrou um fenômeno, agora chamado de transformação bacteriana. Suas observações envolveram a bactéria Streptococcus pneumoniae (Fig. 6.12), que está associada a certo tipo de pneumonia. Durante o curso deste experimento, um organismo vivo (bactéria) transformou-se em forma viva.

Esta bactéria é encontrada em duas formas:

(a) Suave (S):

Cujas células produzem uma cápsula de polissacarídeos (mucosas), fazendo com que as colônias em ágar sejam lisas e bastante brilhantes? Esta cepa é virulenta (patogênica) e causa pneumonia.

(b) Áspero (R):

Neste caso, as células não têm cápsula e produzem colônias ásperas (R).

Presença ou ausência de cápsula é conhecida por ser geneticamente determinada.

Ambas as estirpes S e R são encontradas em vários tipos e são conhecidas como SI, S-II, S-III, etc. e RI, R-II e R-III, etc., respectivamente.

Mutações de suave a áspera ocorrem espontaneamente com uma frequência de cerca de uma célula em 10 ⁷, embora o contrário seja muito menos frequente.

Griffith realizou sua experiência injetando as bactérias acima em camundongos e encontrou os seguintes resultados:

(uma) Bactérias S-III (virulentas) foram injetadas em camundongos; os ratos desenvolveram pneumonia e finalmente morreram.

b) Bactérias R-II (não virulentas) foram injetadas em camundongos; os ratinhos não sofreram qualquer doença porque a estirpe R-II não era patogénica.

c) Quando Griffith injetou bactérias S-III mortas pelo calor em camundongos, elas não sofreram de pneumonia e, portanto, sobreviveram.

d) Uma mistura de bactérias S-III R-II (não virulentas) e mortas pelo calor foi injectada em ratinhos; os ratos desenvolveram pneumonia e morreram. Ao post-mortem os camundongos mortos, notou-se que o sangue do coração deles tinha ambas as cepas de bactérias R-II e S-III.

Assim, algum fator genético de células S-III mortas converteu as células R-II vivas em células S-III vivas e a última produziu a doença. Em resumo, células R-II vivas foram de alguma forma transformadas. Assim, o efeito Griffith gradualmente se tornou conhecido como transformação e acabou por ser o primeiro passo na identificação do material genético.

Caracterização Bioquímica do Princípio Transformador:

Ou

Identificação de Substância Genética Transformadora:

Em 1944, dezesseis anos depois da experiência de Griffith, Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty (1933-1944) relataram a repetição bem-sucedida da transformação bacteriana, mas in vitro. Eles foram capazes de identificar o material genético transformador. Eles testaram frações de células mortas pelo calor para capacidade de transformação. Suas descobertas foram como abaixo.

Suas descobertas foram:

(i) DNA isolado da bactéria S fez com que a bactéria R se transformasse.

(ii) Eles descobriram que proteases (enzimas de digestão de proteínas) e RNAse (enzimas de digestão de RNA) não afetavam a transformação.

(iii) A digestão com DNAase inibiu a transformação.

Assim, eles finalmente concluíram que o DNA é o material hereditário.

Portanto, agora está além de qualquer dúvida razoável que o DNA é o material hereditário.

2. Infecção por Bacteriófagos:

O agente infectante viral é o DNA. Utilizando traçadores radioativos, Alferd Hershey e Maratha Chase (1952) demonstraram que o DNA é o material hereditário em certos bacteriófagos (vírus bacterianos).

Estrutura do bacteriófago T ₂ :

Este vírus bacteriano contém um invólucro proteico não-genético externo e núcleo interno de material genético (DNA). Os fagos T ₂ são de forma de girinos diferenciados na região da cabeça e cauda. A cabeça é uma estrutura alongada e bifiramidal de seis lados, composta por várias proteínas.

Dentro da cabeça (Fig. 6.13) está uma molécula de DNA fechada e não final. As dimensões da cabeça são tais que ela é capaz de compactar a molécula de DNA dentro dela. A cauda é um cilindro oco. A cauda tem 24 estrias helicoidais.

Seis fibras da cauda aparecem de uma placa hexagonal na extremidade distal da placa. A cauda é formada apenas por proteínas. A casca externa protéica contém enxofre (S), mas não fósforo (P), enquanto o DNA contém fósforo, mas não contém enxofre.

Hershey e Chase (1952) realizaram sua experiência no fago T ₂ que ataca a bactéria Escherichia coli.

As partulas de fago foram preparadas utilizando isopos de radio de ³⁵ S e ³² P nas seguintes etapas:

(i) Poucos bacteriófagos foram cultivados em bactérias contendo ³⁵ S. Este radioativo foi ³⁵ S incorporado nos aminoácidos cisteína e metionina das proteínas e assim estes aminoácidos com 35S formaram as proteínas do fago.

(ii) Alguns outros bacteriófagos foram cultivados em bactérias com ^32P . Este ^32P radioactivo foi restringido ao ADN de partículas fágicas.

Estas duas preparações de fagos radioativos (uma com proteínas radioativas e outra com DNA radioativo) foram deixadas infectar a cultura de E. coli. Os revestimentos de proteína foram separados das paredes das células bacterianas por agitação e centrifugação.

As células bacterianas mais pesadas infectadas durante a centrifugação foram sedimentadas para o fundo (Fig. 6.14). O sobrenadante tinha as partículas de fago mais leves e outros componentes que não infectaram as bactérias.

Observou-se que bacteriófagos com DNA radioativo deram origem a pelotas radioativas com ³² P no DNA. No entanto, nas partículas de fago com proteína radioactiva (com 35S), os péletes bacterianos têm quase nula radioactividades, indicando que as proteínas não migraram para a célula bacteriana.

Assim, pode-se concluir com segurança que durante a infecção pelo bacteriófago T ₂, foi o DNA que entrou na bactéria. Foi seguido por um período de eclipse durante o qual o DNA do fago se replica inúmeras vezes dentro da célula bacteriana (Fig. 6.15).

No final do período de eclipse, o DNA do fago direciona a produção de agregados de proteínas de partículas fágicas recém-formadas. A lisozima (uma enzima) provoca a lise da célula hospedeira e libera os bacteriófagos recém-formados.

A experiência acima sugere claramente que é o DNA do fago e não a proteína que contém a informação genética para a produção de novos bacteriófagos. No entanto, em alguns vírus de plantas (como o TMV), o RNA age como material hereditário (sendo o DNA ausente).

B. Propriedades do material genético (DNA versus RNA):

O DNA é o material genético Foi descoberto que o RNA é material genético no TMV (Tobacco mosaic virus), no bacteriófago фβ etc. O DNA é o principal material hereditário na maioria dos organismos. O RNA desempenha principalmente as funções de mensageiro e adaptador. Isto é principalmente devido a diferenças entre a estrutura química do DNA e RNA.

Propriedades requeridas do material genético:

1. Replicação:

Isso se refere à duplicação de seu material genético por replicação fiel, que é mostrada tanto pelo DNA quanto pelo RNA. Proteínas e outras moléculas presentes no ser vivo não exibem essa propriedade.

2. Estabilidade:

A estabilidade do material genético deve existir. Não deve mudar sua estrutura facilmente com estágios de vida alterados, idade de fisiologia dos seres vivos. Mesmo no experimento de Griffith de "princípio transformador", o DNA sobreviveu em bactérias mortas pelo calor. Ambos os filamentos de DNA que são complementares podem ser separados.

O RNA é responsável e facilmente degradável devido à presença do grupo 2'-OH presente em cada nucleotídeo. Como o RNA é catalítico, tornou-se reativo. Como o DNA é mais estável que o RNA, diz-se que é um material genético melhor. Presença de timina em vez de uracilo é outro motivo que leva à estabilidade do DNA.

3. Mutação:

O material genético deve ser capaz de sofrer mutação e tal mudança deve ser herdada de forma estável. Ambos os ácidos nucléicos DNA e RNA têm a capacidade de sofrer mutação. O RNA sofre mutação em um ritmo mais rápido quando comparado ao DNA. Vírus com genoma de RNA mostram mutação e evolução em um ritmo mais rápido e, portanto, tem menor tempo de vida.

Tabela 6.6. Tipos de ácidos nucleicos:

4. expressão genética:

O RNA expressa facilmente os caracteres na forma de proteínas. O DNA requer RNA para formação de proteínas. O DNA sendo mais estável é considerado melhor que o RNA para armazenamento de informação genética. No entanto, para transmissão de caracteres genéticos, o RNA dá melhores resultados.