Până acum am vorbit despre ADN, structura sa, cum codifică trasaturile ereditare, dar nu a spus cum sunt aranjate cromozomii bacteriilor și bacteriofagilor.
Dezvoltarea rapidă a geneticii și a citologiei nu a putut ignora această problemă. Așa cum sa întâmplat adesea, experimentele genetice aici au depășit uneori chiar cele citologice. Citologic încă în măsură să identifice cromozomul de bacterii, nu le-ar putea lua în considerare încă în microscopul electronic, si genetica pe baza experimentelor lor au creat ideea de modul de a construi un cromozom de bacterii si fagi.
Aceste idei nu se încadrează în schema de obicei, toate au studiat anterior cromozomii organismelor superioare - plante și animale - au o structură similară: structuri sub formă de bară, în mod variat curbe, același colorat. Și în experimente geneticieni bacterii și fagi, sa dovedit că cromozomii de bacterii nu se lipește, și inele închise. A fost atât de nou și de neînțeles.
Înainte ca oamenii de știință să fie convinși pentru prima dată că cromozomii bacteriilor și fagilor au forma inelară, acest lucru sa dovedit de multe ori indirect - de către chimiști, fizicieni și geneticieni. Prin urmare, când a apărut primul instantaneu al cromozomului, în cazul în care acesta se afla, înfășurat într-un inel, nimănui nu i se acorda prea multă atenție.
Jacob și Wolman au sugerat mai întâi că cromozomii bacteriilor și fagilor au fost inele. A fost așa cum urmează.
Engleză om de știință Hayes a studiat procesele de schimb de trăsături genetice în bacterii. A traversat între diferite bacterii și a urmărit ce se întâmplă. A avut, de exemplu, bacterii care s-ar putea dezvolta în prezența streptomicinei (au fost numite rezistente la mutanți de streptomicină) și, în plus, au avut o altă mutație A +. Hayes a hotărât să le transfere cu bacterii care nu cresc în prezența streptomicinei și au o mutație A.
Sa dovedit că de la o astfel de trecere este posibil să se obțină celule care au o mutație A - și o rezistență la streptomicină dintr-o dată. Dar pentru a obține o celulă cu o mutație A + și sensibilitatea la streptomicină nu a reușit niciodată. Sa dovedit că bacteriile erau diferite. Unii dintre ei și-au trecut semnele, alții - nu.
Hayes a numit aceste bacterii de sex masculin și de sex feminin. Din experimentele sale a făcut o altă concluzie importantă: există o polaritate în transmiterea semnelor. Atunci când celulele sexuale ale organismelor superioare se impregnează reciproc, cromozomii se îmbină pur și simplu. Bacteriile sunt diferite. Din celula tatălui, cromozomul masculin pătrunde în cromozomul feminin și se poate marca intrarea de gene noi și noi în celula mamă la oră. La zece minute după începerea contactului dintre celule, celula genetică A intră în celula feminină, B după 15 minute, din nou B după cinci minute și așa mai departe, până când toate genele dintr-o celulă trec în cealaltă pentru unu și jumătate până la două ore.
Ambele ipoteze ale lui Hayes au fost ulterior confirmate.
Oamenii de știință au identificat numeroase linii de sex feminin și masculin și au atacat intens pentru a le încrucișa. Aici, și sa dovedit a fi un incident care nu a putut fi explicat altfel decât presupunerea că cromozomul de bacterii există sub forma unui inel.
Fără a intra în labirintul de termeni genetici si notatii, vom presupune că vom renumerota toate genele de pe cromozomul bacteriei. Au ieșit douăzeci. Dacă celula are un cromozom ca bastoane, semne de bacterii fie întotdeauna transmise după cum urmează: mai întâi primul și apoi al doilea - și așa mai departe, până în secolul XX. Dar sa dovedit că, în diferite experimente, genele au fost transmise în moduri diferite. Uneori, într-adevăr, primul a fost primul, urmat de altele: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, și, uneori, începe de undeva la mijloc, de exemplu: 5, 6, 7, 8, 9, 10 , 11, și apoi sa oprit.
Când s-au obținut multe informații despre ordinea transferului de caracteristici acumulate, s-au obținut aproximativ următoarele serii:
9, 10, 11, 12, 13, 14
16, 17, 18, 19, 20, 1,2 și 3.
În timp ce aceste serii nu s-au acumulat suficient, oamenii de știință au avut impresia că genele din cromozomii bacteriilor sunt localizate aleatoriu.
Dar când aceste rânduri au fost privite mai îndeaproape, au văzut o trăsătură importantă. S-ar putea într-adevăr să fie adunate într-un singur rând, presupunând că cromozomul bacteriei este un inel care poate fi rupt oriunde și, prin urmare, oricare dintre gene poate fi transmis mai întâi.
Se pare că totul este clar. Cu toate acestea, întrebările nedumeritoare nu s-au diminuat. Mai intai, ce inseamna "poti sparge inelul unui cromozom oriunde"? Cum să spargi? Ei bine, se rupe inelul de fiecare data inainte de a trece? Și ca urmare a căderii inelului?
În cele din urmă, Hayes, Jacob și Wolman au clarificat. Ei au dovedit că inelul cu adevărat lacrimile de fiecare dată înainte de a trece. Au găsit-o și că "rupe" cromozomul. Sa constatat că în celulele masculine există particule mici, numite factori sexuali (factori F). De obicei, factorii sexuali există în celulă separat de cromozomul inelar. (Apropo, factorul sexual determină natura masculină sau feminină a celulei).
Atunci când factorul de sex se alătură cromozomului, acesta se rupe și factorul de sex începe să joace rolul de împingere. Seamănă cu imaginea obișnuită de pe Volga. O barja lungă, lungă, plutește, iar la pupa este împins un împingător. Se pare că un astfel de bebeluș nu va mișca o barjă imensă, dar în realitate împingătorul o împinge într-un fel în spatele ei și se mișcă brusc de-a lungul valurilor Volgăi.
Deci, factorul F, "lipit" de sfârșitul cromozomului rupt, îl "împinge" în celula mamă. Dacă nimic nu poate distruge celulele (care se întâmplă cel mai adesea), întregul cromozom al tatălui poate pătrunde în celula mamei. Dacă contactul dintre celule este rupt, atunci un mic fragment din cromozom va trece în celula mamă.
În diferite moduri și căi, oamenii de știință au confirmat validitatea presupunerii că cromozomii bacteriilor au forma inelară. Și acum, pentru un număr de bacterii, este cunoscută și ordinea localizării genelor în inele. Unele bacterii care trăiesc în tractul digestiv, cum ar fi E. coli și Salmonella, sunt atât de asemănătoare încât atunci când te uiți la cromozomii lor, ca la prima vedere nu observați diferența - deci identică în genele lor. Doar aici și acolo puteți vedea mici bucăți neadecvate.
Astfel, la nivel molecular, poziția declarată de mult timp a început să fie justificată, că evoluția sa datorat schimbărilor abia vizibile, de tip punctual, în ereditate. Această presupunere a fost exprimată de Darwin, iar apoi înființată cu fermitate de către un genetician sovietic remarcabil, profesorul Serghei Sergheiev Chetverikov în 1926.
Istoria descoperirii cromozomilor din inele bacteriofagilor nu a fost mai puțin interesantă. Mai mult, dacă cel mai greu cuvânt în favoarea cromozomilor de apel de bacterii a spus genetica, atunci pentru fagi acest cuvânt a venit din gura unui biochimist - om de știință american Sinsheimer. În multe privințe, el a studiat structura cromozomului celui mai mic bacteriofag - # 966; X174. Acest fag este adesea numit scurt "fix" (de la primele litere ale fi și x). Are un cromozom sub forma unei singure fire de ADN. Amintiți-vă, când am vorbit despre structura ADN-ului, ni sa spus că ar putea fi una și două fire. La remediu este doar o singură cusătură.
Printre enzimele găsite în celulă s-au găsit acelea care au distrus ADN-ul. Dar fiecare dintre ei a făcut-o diferit: unii au rupt ADN-ul în mijloc, alții au scindat nucleotidele de la capete, iar al treilea separat molecula de polimer în bucăți identice. Când Sinsheimer a încercat să îndepărteze nucleotidele din ADN de la sfârșitul moleculei cu ajutorul unei enzime adecvate, el, spre surprinderea lui, nu a reușit. De la sfârșitul cromozomului nu a ieșit nimic.
Apoi, Sinsheimer a decis să verifice: nu sunt niște "capace de proteine" care stau pe capetele cromozomului, care pur și simplu nu permit acestei enzime să se apropie de ADN. O altă enzimă care a "consumat" proteine, dar nu a atins ADN-ul, a fost încercată și a încercat să înceapă să "mușcă" ADN-ul de la capete cu ajutorul primei enzime. Dacă problema a fost în screening-ul acidului nucleic cu proteine, atunci acum, după utilizarea enzimei care consumă proteine, ADN-ul se va prăbuși în mod necesar. Cu toate acestea, totul a rămas ca înainte - enzima care rupe ADN-ul de la capete, a refuzat să rupă ADN-ul fixării cromozomiale. Apoi, Sinsheimer a folosit metode fizice pentru a studia cromozomii acestui fag. A încercat să vadă cum se comportă cromozomii de vulpe dacă au început să precipite într-o ultracentrifugă. Pentru uimirea omului de știință, cromozomii nu s-au comportat ca niște bastoane, ci mai degrabă ca inele.
După aceea, toate eșecurile anterioare au devenit clare. Desigur, nu este vorba despre proteine și nu despre nimic altceva. Pur și simplu enzima rupe ADN-ul de la capete, iar ADN-ul nu stabilește nici un scop. Cromozomul acestui fag este circular.
Amintiți-vă că, conform ipotezelor inițiale, sa crezut că construcția de noi componente ale ADN merge după cum urmează. legături de hidrogen care dețin împreună două catene de ADN sunt rupte, iar capetele libere încep să se formeze parteneri - „oglindă“ pentru adenină, timină și citozină guanină, etc. Deoarece ADN-ul original este dublu-catenar, apoi dispersate două componente unice și începe finalizarea. copii și, în cele din urmă, se formează două lanțuri dublu identice de acid nucleic. În mod similar, s-a imaginat și formarea ARN-ului de informații. Deoarece ambele componente ale ADN-ului se pot construi pe o copie în timpul reproducerii, de ce nu construim un astfel de ARN în felul propriu? La început, faptul că ambele procese merge exact în acest fel nu a provocat îndoieli. Dar când au început să înțeleagă mai atent, claritatea senină a dispărut. Judeca pentru tine. Am continuat întotdeauna de la egalitatea completă a firelor. Și așa este? Să presupunem că, scriind pe un singur fir de limbaj bazat pe următoarea frază: ATGTAATSAGTTSA, „am înregistrat nici un indiciu (de exemplu, culoarea părului). Dar, pe al doilea fir va fi înregistrată nu este același lucru, și TATSATTGTTSAGT deoarece, pe un singur fir de bază stabilit exact baza pe de altă parte, ca regulă, care adenina conecta cu timină și numai cu timină și guanină cu citozină numai cu citozină, trebuie întotdeauna îndeplinite. Prin urmare, citind fraza într-un singur fir, vom obține un set de aminoacizi (amintiți, fiecare aminoacid are propria sa triplet de nucleotide), și citirea a doua catenă - foarte diferite. Și se pare că primele trei din firul superior ne va da asparagină, și triplul corespunzătoare în partea de jos a firului - acid glutamic. Prin urmare, ceea ce se formează pe primul fir va avea un înțeles complet diferit de ceea ce va da cel de-al doilea. Mai degrabă, se va da o expresie semnificativă, iar alta - cum ar fi, imaginea sa oglindă.
A fost o întrebare: ce, într-o cușcă ambele fire - atât semantice, cât și fără sens sunt citite? Și dacă amândouă, atunci de ce este lipsit de sens?
Când Sinsheimer a descoperit că, în fix, acidul nucleic este reprezentat de un singur fir, concluzia se impune pentru el însuși: este nevoie doar de un fir. Se reușește să repare același fir.
Cu toate acestea, foarte curând din nou Sinskhaymer a constatat că o singură bandă de fixare a ADN-ului, care intră în celula pentru a incepe sa prolifereze, mai ales se transformă într-o așa-numită „formă replicativă“ - cu alte cuvinte, se completează un al doilea băutură, și numai apoi începe reproducerea fixare ADN-ului.
În curând, biochimistul american Berg a efectuat sinteza ARN într-un tub de testare și a mărturisit: da, ambele fire de ADN sunt implicate în formarea mesagerului. Se pare că totul a devenit clar.
Cu toate acestea, procesele din interiorul celulei pot merge în mod diferit decât în eprubeta. De unde știi ce se întâmplă în cușcă?
În această etapă a cercetării, modelul de fixare a fagilor sa dovedit din nou foarte convenabil. La urma urmei, un fag matur are doar o singură componentă a ADN-ului. Și în celula infectată cu acest fag, există doar două fire de ADN ale aceluiași fag, forma lor replicatoare. Dacă reușim să separăm formele replicative ale ADN-ului fag din celula, ARN-ul de informații fagi și apoi să putem cupla ARN-ul la ADN, atunci, probabil, totul va fi determinat? În acest timp, a fost elaborată o metodă pentru așa-numita hibridizare a acizilor nucleici. Două fire, legate între ele, au aderat la filamentele de hidrogen și au format o structură dublu-catenară. Dacă firele nu erau legate între ele, atunci nu s-au format astfel de hibrizi.
In studiul de laborator a început sinteza Spigelmana de ARN mesager in celulele infectate fix, apoi îndepărtați ARN și să încerce să se împerecheze cu o monocatenar și ADN dublu catenar (de la forma replicative). Au fost efectuate experimente subțiri.
Și, ca rezultat, sa dovedit că ARN-ul fag-ului este similar doar cu una din firele formei replicative și nu deloc celui care a venit din particula fagă care a infectat celula. Sa constatat că acest ARN-I a fost sintetizat pe o replică a moleculei originale de ADN din celulă.
Am vorbit despre un fag mic de fagi, dar astăzi este deja cunoscut că un astfel de bacteriofag atât de mare ca T4 are, de asemenea, un cromozom inelar. Același rezultat a fost obținut și pentru virușii animale. Cromozomul inelar se găsește în virusul poly-omy. Vă puteți aștepta ca în curând lista să se extindă și va deveni clar dacă toți fagii și virușii au cromozomi inelari.
Distribuiți un link cu prietenii
Trimiteți-le prietenilor: