Sinh học 12: Bằng chứng ADN là vật chất di truyền

Sinh học 12: Bằng chứng ADN là vật chất di truyền

Các em biết rằng vật chất di truyền là khái niệm để chỉ các đại phân tử đóng vai trò lưu giữ và truyền thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào, hoặc thế hệ cơ thể. Ở cấp độ tế bào, vật chất di truyền là Nhiễm sắc thể; còn ở cấp độ phân tử thì vật chất di truyền là Axit nucleic (ADN và ARN)

ADN là vật chất di truyền ở cấp độ phân tử

Năm 1869, lần đầu tiên các nhà bác học phát hiện ADN trong nhân tế bào bạch cầu ở người, nhưng lúc này chức năng của nó chưa được biết. Sau đó, hợp chất này được tách ra từ nhân của nhiều kiểu tế bào khác nhau, nên có tên là axit nucleic (axit nhân). Vào ăm 1910, người ta đã biết có hai nhóm axit nucleic là ADN và ARN khi phân tích thành phần hóa học của axit nucleic. Năm 1924, những nghiên cứu hiển vi có sử dụng thuốc nhuộm ADN và Protein thấy rằng, cả hai chất này có trong nhiễm sắc thể. Những bằng chứng gián tiếp khác cũng đã gợi ra mối quan hệ gắn bó giữa ADN và vật chất di truyền. Chẳng hạn hầu hết các tế bào xôma (Tế bào xôma là bất kỳ tế bào nào của cơ thể sinh vật đa bào, ngoại trừ tế bào mầm, tế bào sinh dục và tế bào gốc) của một loài nhất định đều chứa một lượng ADN không đổi; trong khi đó hàm lượng ARN và số lượng cũng như số loại protein lại rất khác nhau ở các kiểu tế bào khác nhau. Những nhân của giao tử (Sản phẩm của giảm phân) ở cả thực vật và động vật có hàm lượng ADN chỉ bằng một nửa của nhân tế bào xôma cùng loài . Tuy nhiên phải đến khi có các thí nghiệm trực tiếp chứng minh ADN là vật chất di truyền thì vai trò của axit này mới được khẳng định. Sau đây là thí nghiệm chứng minh

Bệnh viêm phổi ở động vật có vú là do những nòi vi khuẩn Pneumonniae (Phế cầu khuẩn) có khả năng tổng hợp vỏ polisaccarit, vỏ này giúp vi khuẩn chống lại những cơ chế kháng lại vi khuẩn gây bệnh của động vật bị nhiễm và làm cho vi khuẩn có thể gây bệnh. Khi vi khuẩn phát triển trên môi trường nuôi ở dạng đặc, nó phân bào tạo một dòng vô tính phát triển lên một khối gọi là khuẩn lạc và nhìn thấy bằng mắt thường. Vi khuẩn có vỏ bọc cho khuẩn lạc trở nên bóng nhẵn (kí hiệu: S). Trong khi đó nòi đột biến của Pneumonniae  bị mất enzim cần cho sự tổng hợp polisaccarit của vỏ tạo ra khuẩn lạc nhăn nheo (kí hiệu R). Các nòi R không gây bệnh viêm phổi vì vi khuẩn này không có vỏ bọc và bị bất hoạt bởi hệ thống miễn dịch của vật chủ. Cả hai nòi S và R của Pneumonniae sinh sản tạo dòng thuần chủng. Tuy nhiên, cũng có trường hợp do đột biến hiếm, nòi R sinh ra nòi S và ngược lại. Người ta tiêm cho chuột nhóm tế bào R sống hoặc nhóm tế bào S đã bị làm chết do nhiệt, chuột vẫn khỏe mạnh bình thường

Kết quả hình ảnh cho F.Griffith
Nhà bác học F.Griffith (1879 – 1941) là nhà vi sinh học người Anh

Tác giả F. Griffith (năm 1928) đã khám phá ra rằng những con chuột bị tiêm đồng thời một lượng nhỏ vi khuẩn R sống và một lượng lớn tế bào S đã bị chết vì nhiệt, thì những con chuột đó lại chết vì bệnh viêm phổi. Vi khuẩn được phân lập từ máu của những mẫu chuột chết đã sản sinh ra các dòng S thuần chủng, có vỏ điển hình của các tế bào vi khuẩn S chết vì nhiệt. Độ thuần chủng là điều đáng chú ý, bởi vì nếu tế bào S đã phát sinh do một đột biến hiếm R -> S ở một trong những tế bào R được tiêm, người ta sẽ phải có được ít nhất một số tế bào R nhận được từ chuột chết. Câu hỏi đặt ra là bằng cách nào mà các tế bào S đã chết vì nhiệt lại hoàn lại cho các tế bào vi khuẩn R sống có khả năng tạo ra vỏ polisaccarit, chống lại hệ miễn dịch của chuột? Khả năng mới nhận được này đã di truyền cho hậu thế của vi khuẩn đã bị biến đổi hay đã bị biến nạp (là quá trình chuyển DNA trực tiếp tách ra từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận. Trong quá trình biến nạp, ADN trần từ một tế bào vi khuẩn này – thể cho, được truyền cho tế bào khác – thể nhận)

Quá trình biến nạp

Năm 1944, trong một thí nghiệm được đánh giá là có tầm vóc lịch sử, các tác giả Avery, Mecleod và Maclin MC đã tách chiết ADN từ các tế bào S và cho vào môi trường nuôi cấy các tế bào S và cho vào môi trường nuôi cấy các tế bào R và đã tìm thấy sự sản sinh ra một số tế bào kiểu S. Những chế phẩm ADN còn lẫn các vết protein, nhưng hoạt tính biến nạp đã hoàn toàn bị mất sau khi xử lý với deoxyribosenuclease – một enzim phân hủy ADN. Những thí nghiệm đó chứng tỏ rằng, chất đáp ứng cho đã biến nạp di truyền là ADN của tế bào và điều đó chứng thực ADN là một vật chất di truyền

Ba nhà khoa học
Avery, Mecleod và Maclin MC
Kết quả hình ảnh cho Thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty
Tóm tắt thí nghiệm
Avery, Mecleod và Maclin MC

Thí nghiệm đặc biệt quan trọng thứ hai do Alfred Hershey và Martha Chaza công bố năm 1952. Sự sinh sản của phagơ T2 ở vi khuẩn E.coli (Gây ra các bệnh về đường ruột) đã được nghiên cứu. Sự gây nhiễm bằng phagơ T2 diễn biến từ sự gắn đỉnh đuổi của hạt phago từ trên thành tế bào vi khuẩn, sự bơm vật chất của phagơ vào tế bào, sự nhân bội của vật chất này để tạo ra hàng trăm phago con và sự phóng thích các phago con bằng cách phá vỡ các tế bào vật chủ. Hạt T2 cũng đã được biết gồm có ADN và Protein với khối lượng xấp xỉ nhau

Pha-gơ T2 ở E.coli

ADN là hợp chất chứa photpho nhưng không chứa lưu huỳnh còn Protein phần lớn chưa lưu huỳnh và không chứa photpho. Do vậy, có thể đánh dấu phân biệt ADN và protein bằng các đồng vị phóng xạ của hai nguyên tố này. Hershey và Chaza đã tạo ra những hạt pha – gơ chứa ADN có hoạt tính phóng xạ bằng cách gây nhiễm các tế bào E.coli đã phát triển qua một vài thế hệ trong môi trường chứa P(32) và sau đó thu thập các phage con. Những hạt phage khác có protein đánh dấu phóng xạ nhu nhận được theo cách như thế khi sử dụng môi trường S(35)

Trong thí nghiệm những tế bào E.coli không có hoạt tính phóng xạ đã bị nhiễm các phage có đánh dấu hoặc với S (35) hoặc P(32) để theo dõi các Pr và ADN trong quá trình gây nhiễm. Kết quả cho thấy, hầu hết hoạt tính phóng xạ từ phage đánh dấu P(32) đã tìm thấy ở vi khuẩn, trong khi đó chỉ có một phần nhỏ các hoạt tính phóng xạ S(35) thấy có ở tế bào vi khuẩn. Điều đó chứng tỏ rằng, phage T2 đã truyền hầu hết ADN của nó cho tế bào vật chủ, chỉ có rất ít protein của nó chui vào. Khoảng hơn 50% ADN đánh dấu P(32) và chỉ dưới 1% protein đánh dấu S(35) đã được truyền vào các hạt phage con; điều này chứng tỏ rằng ADN là vật chất di truyền ở phage T2. Hiện tượng truyền ADN qua trung gian là virut từ tế bào cho sang tế bào nhận gọi là hiện tượng tải nạp

Hai thí nghiệm trên, thí nghiệm biến nạp và tải nạp đã chứng minh rõ ADN là vật chất di truyền ở tất cả các cơ thể

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *