1. dia

Molekulris genetikadr. Fekete Sndor

1I. rszAz rkt anyag felfedezse2Tartalomjegyzk1. Az rkt anyag felfedezse (ltalnos ttekints)2. Gregor Mendel3. Carl Correns s Hugo de Vries 4. Walter S. Sutton s Theodor Bovery 5. T.H. Morgan

6. Hogyan hatroz meg egy gn egy tulajdonsgot?6.1 Archibald Gerrod 6.2 Beadle s Tatum

7. A fehrje vagy a DNS az rkt anyag? 7.1 Griffith 7.2 O. Avery, C. McLeod, M. McCarty 7.3 Hershey s Chase

8. Milyen a DNS trszerkezete?8.1 A DNS szerkezete a kmiai vizsglatok alapjn8.2 A DNS szerkezete a rntgendiffrakcis elemzs alapjn8.3 A DNS szerkezete a modell pts alapjn

3Az rkt anyag felfedezse (bevezets)Az DNS molekula pontos trszerkezett Watson s Crick 1953-ban fedezte fel. Az idig vezet hossz ton az rkt anyag anyagi termszetvel, tulajdonsgaival s hatsmechanizmusval kapcsolatos ismereteink lpsrl lpsre, fokozatosan gyarapodtak. Ennek az tnak a legfontosabb mrfldkveinl llunk most meg s ismerkednk meg azokkal a legfontosabb felfedezsekkel, melyek alapveten alaktottk elkpzelsnket az rkt anyagrl s gy nagyban hozzjrultak annak vgs tisztzshoz:41. Az rkt anyag felfedezse (ltalnos ttekints)Az rkt anyag felfedezshez vezet t tudomnytrtneti szempontbl legmeghatrozbb kutat egynisgeit s tudomnyos munkjuk eredmnyeit, azok jelentsgt a kvetkez lpsekben kvetjk nyomon:Gregor Mendel bors nvnnyel vgzett keresztezsi ksrletei alapjn arra a kvetkeztetsre jut, hogy a tulajdonsgok meghatrozott anyagi rszecskkhez ktve rkldnek, melyeket faktornak nevezett. Az elmlet a rszecske/faktorilis rklds (particulate inheritance) nven vlt ismertt.Carl Correns s Hugo de Vries megismtlik Mendel ksrleteit. Mendel munkjnak jrafelfedezse.Walter S. Sutton s Theodor Bovery felfedezi, hogy Mendel faktorai a kromoszmkon elhelyezked gnek s ezzel megteremti az rklds kromoszma elmlett.T.H. Morgan munkssga egyrtelmv teszi, hogy a gnek a kromoszmkon helyezkednek el egyms utn.

5Az rkt anyag felfedezse (bevezets)A kvetkezkben a tudomnyos munka hrom alapvet krds megvlaszolsra irnyult:

Hogyan hatroz meg egy gn egy tulajdonsgot?

Archibald Gerrod az alkaptonria betegsg tanulmnyozsa kapcsn veti felaz egy gn egy enzim elkpzelst.Beadle s Tatum Neurospora crassa-n vgzett tfog ksrletei alapjn tudomnyos megerstst nyer az egy gn egy enzim teria. Az elmlet szerint a gnek enzimeket hoznak ltre, melyek az egyes anyagcsereutak reakciit katalizljk.

2. A fehrje vagy a DNS az rkt anyag?

Griffith felfedezi a genetikai transzformci jelensgt. A ksrlet a DNS szerepre utal az rkletes anyag tvitele kapcsn.O. Avery, C. McLeod, M. McCarty ksrletsorozatban enzimatikusan emszti a f makromolekulkat s csak akkor nem tapasztal transzformcit, ha a DNS-t is megemszti. Hershey s Chase elegns ksrletben bizonytjk, hogy a bakteriofg a DNS-t juttatja a baktriumsejtbe a fertzs sorn; teht a DNS az rkt anyag.

3. Milyen a DNS trszerkezete?

A DNS szerkezete a kmiai vizsglatok alapjn.A DNS szerkezete a rntgendiffrakcis elemzs alapjn.Rosalind Franklin s Maurice Wilkins munkssga.A DNS szerkezete a modell pts alapjn.Watson s Crick felfedezik a DNS kettsspirl trszerkezett.6

AaAAaaAa3 : 1Fenotpus:

lila fehrGenotpus:AA aaGamtk:AaFenotpus:

minden virg lila Genotpus:AaGamtk:F2PF1AaAAaaMendel elmlete szerint a tulajdonsgok rkldsrt meghatrozott anyagi rszecskk n. faktorok felelsek, melyek nem olvadnak ssze, megtartjk elklnlt jellegket. Az elmlet az anyagi rszecskhez kttt rklds (particulate inheritance) nven vlt ismertt.Mendel egyik ksrletben a vetemnybors (Pisum sativum) virgsznnek rkldst vizsglta.Tiszta szrmazksorbl szrmaz lila virg s fehr virg egyedeket keresztezett.

Eredmnyek:Az F1 nemzedk valamennyi egyede lila virgot hozott. A lila teht dominns a recesszv fehrrel szemben.

Az F1 nemzedk egyedei kztt vgrehajtott tovbbi keresztezs az F2 nemzedkben krlbell hromszor annyi lila utdot hozott, mint fehret. 2. Gregor Mendel7

AaAAaaAa3 : 1Fenotpus:

lila fehrGenotpus:AA aaGamtk:AaFenotpus:

minden virg lila Genotpus:AaGamtk:F2PF1AaAAaaAz egyedekben mindig egy faktorpr hatroz meg egy tulajdonsgot, de megtartjk diszkrt, elklnlt jellegket.Mai rtelmezs: a szli nemzedk tagjai a lila s fehr sznekre homozigtk teht azonos alllt/gnvltozatot hordoznak az adott jellegre (AA, aa). Mendel faktorai megfelelnek az allloknak.

Az ivarsejtekbe minden faktorprbl csak az egyik kerl vltozatlan formban, teht az ivarsejtek vagy az egyik vagy a msik faktort hordozzk.(gamtk tisztasgnak a trvnye).Mai rtelmezs: az ivarsejtkpzs sorn (meitikus sejtosztds sorn), az alllprok sztvlnak s minden haploid ivarsejtben az alllprbl mr csak egy van jelen.

Megtermkenytskor a hm s ni ivarsejtek vletlen tallkozsakor az j egyedekben ismt kt faktor hatroz meg egy tulajdonsgot.A diploid zigtban a kt alll ismt prban tallhat.Mendel a keresztezs eredmnyeinek rtelmezsre a kvetkez elmletet dolgozta ki:Mendel borsksrleteinek eredmnyeit forradalmian j mdon rtelmezte s ezzel megalkotta a genetika mai napig rvnyes szablyait.. E szerint az elv szerint teht a tulajdonsgot meghatrozott anyagi rszecskk hordozzk. Ezek a rszecskk megtartjk diszkrt elklnlt jellegket az egyedekben (hibridekben is), s vltozatlan formban vlnak szt s addnak tovbb az ivarsejtekbe, melyeken keresztl szintn vltozatlan formban kerlnek az j zigtba. Az elmlet mindezek alapjn a rszecske rklds /particulate inheritance nven vlt ismertt (legalbbis az angol nyelv szakirodalomban) 8Mendel zsenialitst akkor tudjuk igazn rtkelni, ha nem felejtjk el, hogy Mendel kornak ltalnosan elfogadott nzete szerint a tulajdonsgok az egyedekben sszeolvadnak, mint ahogy ktfle festk sszeolvad.

Mendel nagysga msrszt abban rejlik, hogy az rklds mig rvnyes trvnyszersgeit gy ismerte fel, hogy a kor termszettudsai kzl mg senki semmit nem tudott kromoszmkrl, nem beszlve azok kmiai felptsrl.

Mendel ezzel az elmletvel megjsolta nemcsak a kromoszmk ltezst, hanem azoknak a meizisban mutatott viselkedst is.

Mendel eredmnyeit kornak tudomnyos kzvlemnye nem rtkelte, nem tudta rtelmezni, annak ellenre, hogy Darwin kortrsa volt.Mendel munkssga messze megelzte kort

9Az 1900-as vek legelejn Carl Correns nmet botanikus s Hugo de Vries holland botanikus egymstl fggetlenl vgeztk keresztezsi ksrleteiket s ugyanazokat az eredmnyeket kaptk, mint Mendel. Egyik kutat sem ismerte Mendel munkjt korbban, de mindketten elismertk Mendel elsbbsgt a tmban. Ezzel megtrtnt Mendel munkssgnak felfedezse s (sajnos mr csak poszt humusz) elismerse is.Carl Correns, nmet botanikus s Hugo de Vries, holland botanikus nevhez fzdnek azok a ksrletek, melyekkel tulajdonkppen jra felfedeztk a mr Mendel ltal lefektetett szablyokat.

Carl CorrensHugo de Vries3. Carl Correns s Hugo de Vries10A XX. Szzad els vtizedben a sejttani ismeretek gyarapodsa, Mendel trvnyeinek jra felfedezse s a csraplazma elmlet mind abba az irnyba mutat, hogy a sejtmagban tallhat kromoszmk az rkldsben kulcsszerepet jtszanak.Oskar Hervig (1849-1922), lerja a megtermkenyts s a zigta kialakulsnak folyamatt.

Walter Flemming (1843-1905) lerja az ltala mitzisnak nevezett sejtosztds sorn a kromoszmk viselkedst.

August Weismann (1843-1914) megalkotja a csraplazma egymst kvet nemzedkeken keresztli folytonossgrl szl elmlett.

Wilhelm Johannsen (1857-1927), holland botanikus megalkotja a gn kifejezst.

11Theodor Boveri (1862-1915) s Walter S. Sutton a meizis folyamatt pontosan lerjk s egymstl fggetlenl arra a kvetkeztetsre jutnak, hogy a gnek (a mendeli faktorok) a kromoszmn helyezkednek el s ezzel megalkotjk az rklds kromoszmaelmlett:

Kvetkeztetseiket a kvetkez megfigyelseik alapjn vontk le:

Meizis sorn a kromoszmaprok ugyangy vlnak szt s kerlnek kln ivarsejtbe, mint a mendeli szablyok szerint a faktorprok, ill. mai szhasznlattal: alllprok.Az ivarsejtek mindig a kromoszmaprok egyikt tartalmazzk, teht megtermkenytskor a zigta a kromoszmapr egyikt az aptl a msikat az anytl kapja. Mendel elmlete szerint ugyanez igaz a faktorokra.Az egyed sejtjeiben minden kromoszma prban tallhat s a kt homolg kromoszma azonos helyein (lkuszain) tallhat kt alll hatroz meg egy tulajdonsgot. Mendel szerint az egyedben minden tulajdonsgot kt faktor hatroz meg.Mendel dihibrid ksrleteiben fogalmazta meg a kt tulajdonsg fggetlen rkldst, aminek a kt kromoszmapr (kt homolg pr) meizisban trtn egymstl fggetlen sztvlsa az alapja.

4. Walter S. Sutton s Theodor Boveri12Thomas Morgan (1866-1945) gntrkpezsi s keresztezsi ksrletei tovbbi bizonytkokat szolgltattak az rklds kromoszma elmlete mellett.Az rklds kromoszma elmlett tmasztottk al ezen kvl Thomas Morgannak azok a genetikai ksrletei, melyekben egy adott tulajdonsg egy konkrt kromoszmhoz kthet. Ilyen pldul az ivarhoz kttt rklds, amikor az ecetmuslica fehr (mutns) szemszne az X ivari kromoszmhoz kttt mdon rkldik. Morgan gntrkpezsi eredmnyei is teljesen egyrtelmv tettk, hogy a gnek a kromoszmk meghatrozott helyein/lkuszain s egymstl meghatrozott tvolsgra helyezkednek el.sszegzskppen megllapthatjuk, hogy Mendel teljesen elmleti alapon kidolgozott faktor elmletnek a citolgusok megtalltk az anyagi hordozjt a kromoszmk formjban.

5. Thomas Morgan 13A kvetkez vtizedekben a kutatk figyelme alapveten hrom fontos krds megvlaszolsra irnyult:

Hogyan hatroz meg egy gn egy tulajdonsgot?

A fehrje vagy a DNS az rkt anyag?

Mi a molekulris szerkezete az rkt anyagnak?146. Hogyan hatroz meg egy gn egy tulajdonsgot?

156.1 Archibald Gerrod A krdsre, hogy egy gn hogyan fejti ki hatst, az els hipotzist mr 1909-ben Sir Archibald Gerrod szolgltatta, aki alkaptonris betegeket vizsglt. Az alkaptonria egy rkletes betegsg, amelyben a beteg vizelete egy homogentizinsav nev vegyletet tartalmaz, amely megfeketedik a levegn (oxidldik). Gerrod rvelse szerint a betegeknek rkletesen hinyzik az az enzimk, amely a homogentizinsav lebontsrt lenne felels. A betegsg rklsmenetbl Gerrod arra kvetkeztetett, hogy a rendellenessget egyetlen gn recesszv mutcija okozza, amely akkor jelenik meg, ha a kt hibs alll homozigta llapotba kerl.A betegekben teht a hibs gn miatt nem termeldik az enzim, amely a homogentizinsav lebontsrt felels.Gerrod hipotzisnek tudomnyos jelentsge abban ll, hogy elsknt mondta ki, a gn egy enzimet hatroz meg, amely rszt vesz valamilyen anyagcsere folyamatban. Az egy gn egy enzim elv.

Sir Archibald Gerrod zsenilisan megltta a kapcsolatot az alkaptonria esetben az enzim hinya s a betegsg rkletes jellege kztt. Ha az enzimhinyt rklni lehet, akkor a gn egy enzim termelsrt felels. 16Beadle s Tatum a rntgensugrzs DNS-krost hatst (mutagn hatst) felhasznlva enzimhinyos Neurospora crassa mutnsokat hozott ltre s ezzel ksrletes bizonytkt szolgltattk annak a terinak, miszerint a gnek enzimek termelsn keresztl fejtik ki hatsukat.Beadle s Tatum a Neurospora crassa-val vgzett ksrletsorozataA legegyrtelmbb bzonytkot a gn s az enzim kapcsolatnak tisztzsra George Beadle s Edward Tatum ksrletei szolgltattk.

A ksrlet clja: A gn s enzim kztti kapcsolat feltrsa.

Hipotzis: Ha valban ltezik direkt kapcsolat a gnek s az enzimek kztt (vagyis a gnek enzimeket hatroznak meg), akkor a rntgensugrzs mutagn hatst felhasznlva elllthat olyan mutci, amely a specifikus enzimreakci katalizlsra kptelen, hibs fehrjt eredmnyez.

A kvetkez dik segtsgvel kvessk nyomon a ksrlet egyes lpseit, melyeket Beadle s Tatum hipotzisk tesztelsre dolgozott ki.Els lps: Rntgennel induklt mutnsok kztt arginin auxotrf mutnsok azonostsa.Msodik lps: Az arginin auxotrf mutnsok tovbbi jellemzse aszerint, hogy az argininhez vezet anyagcseret hrom enzime kzl melyik nem termeldik a mutns gn miatt. A mutns vonalak meghatrozsa a mutcit hordoz gnek szerint (1 2 3 mutns vonal).

6.2 Beadle s Tatum 17

A Neurospora crassa idelis modellszervezet:A ksrlet sikernek mindig felttele egy alkalmas modellszervezet kivlasztsa, amely jelen esetben a tmlsgombk kz tartoz kznsges kenyrpensz, a Neurospora crassa volt. A faj letciklusnak nagy rszben haploid, gy a fenotpus alapjn kzvetlen kvetkeztethetnk a genotpusra.A N. crassa knnyen s gyorsan tenyszthet laboratriumi krlmnyek kztt, ahogy az az brn kvethet. Reprodukcis ciklusa mindssze 10 nap.A vad tpus Neurospora trzsek olyan miniml tptalajon is kpesek nni, amely nintrognforrskntammnium-kloridot, valamint szerves szn- s energiaforrsknt glkzt tartalmaz nhny szervetlen ion s biotin mint vitamin mellett. A vad tpus gomba rendelkezik a teljes enzimkszlettel ahhoz, hogy ezekbl az egyszer nitrogn- s sznforrsokbl minden fontos szerves molekuljt (aminosavakat, purin s pirimidin bzisokat) fel tudja pteni.Lteznek olyan mutnsok, melyek nem kpesek egy bizonyos aminosavat vagy vitamint szintetizlni maguknak s nvekedskhz ezeket a vegyleteket a tptalajukban kszen kell biztostani szmukra. Az ilyen mutnsokat auxotrf mutnsoknak hvjk (szemben a norml prototrf tpussal) s ezek mr csak az n. teljes tptalajon tudtak nvekedni a miniml tptalajon mr nem. A teljes tptalaj minden szerves molekult (aminosavakat, purin s pirimidin bzisokat stb.) tartalmaz. A mutnsok azonostsa az alapjn, hogy tud-e miniml tptalajon nni vagy nem nagyon egyszer.1. Kt vonal keresztezse gy trtnik, hogy az ellenttes szaporodsi tpus (haploid) hifkat egy kultrban tenysztik.2. A kt tpus hifa egy-egy sejtje sszeolvad s egy magpros (dikarionos) sejtet hoz ltre, ahol a kt sejtmag egyesl (ez a rvid diploid llapot).3. A diploid sejt meitikusan osztdva 8 haploid sprt/aszkosprt termel a tmlkben/aszkuszokban.4. Ezeket a haploid sprkat lehet leoltani tptalajra s ezekbl haploid hifk fejldnek. A hifk ivartalanul kpzett szaport kpletei a kondiumok. Reprodukcis ciklusa mindssze tz nap.18

1. A vad tpus kondiumokban rntgensugrzssal indukltak mutcikat. (A rntgensugrzs a DNS-t roncsolja.)2. A besugrzott kondiumokat vad tpussal kereszteztk, melyek a kpen lthat tmlk mindegyikben metikusan 8 haploid sprt termelnek. 3. A sprkat egyenknt a kmcsvekben teljes tptalajra oltottk, ahol mindegyik nvekedett.4. Minden egyes kmcsbl egyenknt oltottk t az egyes vonalakat a teljes tptalajrl a miniml tptalajra.5. A miniml tptalajon nem nvekv auxotrf mutns vonalbl egy olyan miniml alap tptalajsorozatra oltottk t a kondiumokat, melyeknek minden tagja/kmcsve a 20 aminosavnak csak egyikt tartalmazta.6. Amennyiben az auxotrf vonal csak az arginin aminosavval kiegsztett tptalajon volt kpes nvekedni, az azt jelenti, hogy arginint nem tud szintetizlni, teht arginin auxotrf.Els lps : Rntgennel induklt mutnsok kztt arginin auxotrf vonalak azonostsa19A mutns egyedek keresztezsi ksrleteibl kiderlt, hogy a hibs jelleg (mint tulajdonsg) egyszer egygnes rklds, amely a mendeli szablyoknak megfelel.

Az eredmnyek alapjn levont kvetkeztets:

Bizonytst nyert teht, hogy rntgensugrzssal ltrehozhat olyan mutci (az rkt anyag vltozsa), amely hibs enzim termelst eredmnyezi.A mutns gn okozza teht az enzim hibs mkdst.

Az egy gn egy enzim hipotzis ktsget kizran megerstst nyert.

Els lps : Rntgennel induklt mutnsok kztt arginin auxotrf vonalak azonostsa20A keresztezsi s gntrkpezsi ksrletek alapjn bebizonyosodott, hogy az arginin auxotrf mutnsok nem egyformk, hanem hrom mutcis csoportba sorolhatk aszerint, hogy az azonostott hrom gn kzl melyikben trtnt a mutci.

Biokmiai kutatsokbl mr ismertek voltak az arginin bioszintzis t felttelezett intermedier vegyletei: prekurzor, ornitin citrulin.

A ksrlet clja: Bebizonytani, hogy az arginin bioszintzis t minden lpst egy kln enzim katalizlja, amelynek mindegyikhez egy gn rendelhet.

A ksrlet hipotzise: A hrom mutns vonal ezek alapjn a bioszintzis t ms-ms pontjn akad el, aszerint, hogy melyik enzim gnje mutns (illetve melyik enzim hibs). A mutns vonalak gy hozzrendelhetk azokhoz az intermedier molekulkhoz, melyeket az egyes enzimek hinya miatt a mutns vonalak nem tudnak termelni, teht kszen ignylik azokat (az intermedier molekulkat) a tptalajban.

Az brn lthat ksrleti elrendezsben az egyes (1. 2. 3.) mutns vonalakat hozz tudtk rendelni azokhoz az intermedier molekulkhoz, melyek hozzadsval (a miniml tptalajhoz) mr tudtak nni, ami azt jelenti, hogy kpesek voltak arginint szintetizlni. Ebbl arra kvetkeztettek, hogy a mutns gn mindig azt a lpst nem tudja katalizlni, melynek reakcitermkt ignyli a tptalajban, mivel maga nem tudja ellltani.

A mutns vonalak ill. gnek hozzrendelse az egyes intermedierekhez lehetv teszi, hogy a bioszintetikus t kztes termkeit sorrendbe lltsuk s ezzel az egsz bioszintetikus t egyes lpseit s az ezeket katalizl enzimeket rekonstruljuk.Msodik lps: Az arginin auxotf mutnsok tovbbi jellemzse21

A miniml tptalajhoz adott felttelezett intermedierekA vad tpus mindegyik tptalajon n, mert a prekurzor molekulbl kpes arginint szintetizlni.

Az 1 mutns vonal csak arginin jelenltben n, ami azt jelenti, hogy rossz az a gnje/enzimje,(C gn) amelyik vagy a citrulint vagy az ornitint argininn alaktja.A 2 mutns vonal ornitin jelenltben mg nem, de citrulin jelenltben mr kpes fejldni, ami az jelenti, hogy citrulinbl kpes arginint szintetizlni (ornitinbl viszont nem).A 3 mutns vonal a miniml tptalajon mg nem, de ornitin jelenltben mr kpes nvekedni, ami azt jelenti, hogy a prekurzor molekulbl nem tud ornitint szintetizlni. Ornitinbl viszont mr kpes arginint ellltani.A 3. vonalban az A gn mutns. Itt szakad meg a folyamat.A 2. vonalban a B gn mutns. Itt szakad meg a szintzis t. Az 1. vonalban a C gn mutns. Itt szakad meg a szintzist. xxx22

Kvetekeztets:

A bioszintetikus t minden egyes lpst egy arra specifikus enzim katalizlja, melynek mindegyikt egy kln gn hatroz meg.

Az egy gn egy enzim teria teljes bizonytst nyert!

23Az enzimek mellett mg nagyon sokfle funkcit ellt fehrje fordul el a szervezetben.

Kollagn, keratin, aktin miozin, hemoglobin hormonok

Hamar nyilvnvalv vlt, hogy ezeket a fehrjket is mind gnek hatrozzk meg, gy az egy gn egy enzim terijt kicsit pontostani kellett.

egy gn egy fehrje

Egy gn egy fehrje elmlet

24Egy gn egy polipeptid elmlet

A hemoglobin ngy alegysgbl ll: kt azonos alfa s kt azonos bta alegysgbl. A kt alegysg polipeptidjt kt, kln kromoszmn tallhat gn kdolja. Ennek megfelelen Beadle s Tatum eredeti egy gn egy enzim terijn ismt vltoztatni kellett:egy gn egy polipeptid257. A fehrje vagy a DNS az rkt anyag

Fehrje?DNS?26 A fehrje vagy a DNS az rkt anyagMilyen feltteleknek kell eleget tennie az rkt anyagnak?

Az rkt anyagnak mindenkppen kpesnek kell lennie arra, hogy megduplzdjon s h msolatot tudjon magrl kszteni.

Nagy mennyisg informcit kell tudnia trolni.

az rkt anyagnak nagyon stabilnak s ellenll szerkezetnek kell lennie, hogy a genetikai program ne vltozzon, ne vesszen el belle semmi.

A nagyfok stabilits mellett azonban a kismrtk vltozs lehetsgt is hordoznia kell az rkt anyagnak. Ennek hinyban a gnek nem tudnnak mutldni, nem alakulnnak ki j alllok, ami a genetikai sokflesg alapja.

27A FEHRJE ESLYESEBB JELLT VOLT MINT A DNSA mlt szzad els felben az ltalnos tudomnyos vlekeds szerint a fehrje sokkal alkalmasabbnak tnt az rkt anyag szerepnek betltsre, mint a DNS. A DNS szerkezete (cukor, foszforsav s ngyfle szerves bzis) tl egyszernek tnt ahhoz, hogy ekkora mennyisg informcit hordozzon.A fehrjk ezzel ellenttben 20 fle aminosavbl plnek fel, ami els rnzsre sokkal nagyobb lehetsgekkel br genetikai informci trolsra.Tetszets terinak tnt, hogy a kromoszmk fehrji mintaknt/templtknt szolglnak a szervezet fehrjinek szintzishez.Vgl is tbb ksrleti eredmny nyomn egyrtelmv vlt, hogy a DNS az rkt anyag, amely meghatrozza a fehrjk szerkezett.

Nzzk meg azokat a mra mr klasszikus ksrleteket, melyek a legdntbb bizonytkokat szolgltattk a DNS mint rkt anyag felfedezshez.28

7.1 Griffith baktriumtranszformcis ksrleteAz els ksrleti eredmnyt, amely alapveten megrengette a fehrjbe vetett hitet Frederick Griffith ksrlete szolgltatta. Griffith, angol mikrobiolgus az els vilghbort kvet tdgyullads-jrvny megfkezsre vakcina kifejlesztsn dolgozott. (A penicillint ebben az vben fedezi fel A. Flemming). Vakcint ugyan nem sikerlt kifejlesztenik, viszont egy olyan klnleges jelensget nevezetesen a baktrium transzformcit fedeztek fel, ami alapveten megvltoztatta a DNS-rl alkotott addigi kpet. A ksrlet sorn Griffith a tdgyulladst okoz baktrium (Streptococcus pneumoniae) kt trzsvel dolgozott.

Az n. S (smooth) trzs virulens/betegsget okoz volt s nevt az agar-lemezen kifejld nylks, sima telepeirl kapta. Az S trzs virulencija a baktriumsejtet krlvev poliszaharid toknak tulajdonthat, amely megvdi a baktriumot az immunredszer sejtjeinek tmadstl. Pontosabban a makrofgok kisebb hatkonysggal tudjk ket bekebelezni, a nylks tok miatt, szinte kicsszik a kezkbl, szjukbl.Az n. R (rough) trzs, nem okozott betegsget, avirulens volt s a nevt a durvbb felszn telepeinek megjelensrl (rough)kapta.29Griffith baktriumtranszformcis ksrlete

Griffith a virulens S trzset injektlta az egerekbe, melyek a kifejld tdgyulladsban elpusztultak. (Ma mr tudjuk, hogy poliszaharid tok megvdi a baktriumokat a makrofgok tmadstl.)Az l R trzsbl szrmaz baktriumokkal fertzte meg az egereket, melyek ezttal sikeresen megsztk a kezelst s nem betegedtek meg.Ellt S baktriumokat injektlt az egerekbe, melyek az lettelen baktriumoktl rthet mdon nem betegedtek meg. A negyedik ksrlet szokatlan s meglep eredmnyt szolgltatott. A ksrlet sorn, amikor az egereket hvel ellt S baktriumok s l R baktriumok keverkvel oltotta be, az egerek tdgyulladsban elpusztultak. Az elpusztult egerek vrbl nagy mennyisg, az S trzs jellegzetessgeit (nylks tokot) mutat, baktriumot tudott izollni. 30Griffith baktriumtranszformcis ksrlete

A nagy krds mg mindig nyitva maradt: DNS vagy fehrje az rkletes informcit tviv molekula, amely a transzformcirt felels.Hvel ellt S baktriumR-bl S-be transzformlt baktrium jonnan nvesztett tokjval.Mindig ilyen fnyes tokrl lmodtam!A ksrlet eredmnybl levont kvetkeztets:

Griffith ezekbl az eredmnyekbl azt a kvetkeztetst vonta le, hogy az elpusztultS baktriumok jelenltben az R baktriumok talakultak/transzformldtakS baktriumokk. Az a tny, hogy az R-bl S-be transzformlt baktriumok tovbb szaporodva S baktriumokat hoztak ltre, azt mutatja, hogy a vltozs rkletes volt.

Mindez gy is megfogalmazhat, hogy valamilyen genetikai informcit hordoz molekula jutott t az elpusztult S baktriumokbl az R baktriumokba. Az tjutott genetikai informci alapjn tudtak az eredetileg tok nlkli R baktriumsejtek tokot termelni, s mint lttuk, ez a kpessgk rkletesnek bizonyult, mert tovbbi S baktriumokat hoztak ltre. A jelensget baktrium-transzformcinak neveztk el.317.2 O. Avery, C. McLeod, M. McCarty ksrlete

A transzformcirt felels molekula azonostst 1944-ben a Rockelfeller Egyetem kutati: Osvald Avery, Colin McLeod s Maclyn McCarty vgeztk el. A ksrlet clja:Kmiailag meghatrozni a transzformcirt felels vegyletet.

Hipotzis:A baktriumtranszformcirt felels vegylet a DNS. A ksrlet menete: kvetkez dia.

Kvetkeztets: A ksrlet eredmnyei egyrtelmen bizonytottk, hogy a DNS felels a transzformci jelensgrt.

32O. Avery, C. McLeod, s M. McCarty ksrlete

1. A hvel ellt virulens S trzs baktriumokbl sejtmentes kivonatot ksztettek.2. A virulens S baktriumbl ksztett sejtmentes kivonatot egyenknt RNS-t, fehrjt s DNS-t emszt enzimekkel kezeltek. 3. Az RN-zzal kezelt kmcsben az RNS emsztdtt meg, a msik kmcsben a protez a fehrjt bontotta le, mg a harmadikban a DN-z a DNS-t emsztette meg. 4. Az egyes enzimekkel kezelt S kivonatot egyenknt R varins baktrium szuszpenzikhoz kevertk, majd megvizsgltk a baktriumtenyszetet, hogy tallnak-e transzformlt S varins baktriumokat.RNzProtezDNz5. Csak abban az esetben nem talltak S varins baktriumokat, amelyikben a virulens baktriumbl kszlt kivonatot DN-zzal kezeltk. Ez azt jelentette, hogy a DNS emsztdtt meg s gy nem volt jelen a kivonatban. R trzs6. A msik kt esetben, ahol vagy az enzimek vagy az RNS, vagy a fehrjt emsztettk meg (teht mindkt esetben tartalmazott DNS-t), mindig talltak transzformns egyedeket.337.3 Hershey-Chase ksrlet

Hershey-Chase ksrlete (1952.) szolgltatta a vgs bizonytkot arra vonatkozan, hogy a DNS az rkt anyag.Ksrletk modellszervezetnek egy baktriumot tmad vrust, az n. T2 bakteriofgot vlasztottk. A fgok egyszer felptsek, mindssze egy fehrjetokbl/kpenybl s az ebben tallhat DNS molekulbl llnak. Ismert volt, hogy a T2 bakteriofg az Escherichia coli baktriumot fertzi meg s a baktriumsejttel tbb szsz vrusrszecskt szintetizltat, amelyek a sejtet feloldva kiszabadulnak.Nyilvnval, hogy a fgfertzs sorn a fg az rkt anyagot juttatja be a baktriumsejtbe, amely a genetikai informcit tartalmazza a vrusrszecskk legyrtshoz.

A ksrlet clja: Megvizsglni, hogy a DNS vagy a fehrje-e az rkt anyag, amelyik bejut a baktriumsejtbe s a genetikai informcit szolgltatja az j T2 fgok szintzishez.

Hipotzis: A DNS az rkt anyag, amelyet a vrus bejuttat a baktriumba.Ksrlet menete: kvetkez dia

Kvetkeztets: Mivel a baktriumok radioaktivitst a jellt DNS okozta, a vrus a DNS molekuljt injektlta a baktriumba, teht a genetikai informcit hordoz vegylet a DNS. Martha Chase s Alfred Hershey 34

DNSFehrje kpenyBakteriofg T2A T2 bakteriofg reprodukcis ciklusaDNS vagy fehrje jut be a bakriumsejtbe???35

Mivel foszfort csak a DNS tartalmaz, a radioaktiv foszfor (P) jelenltben szaporod fg csak a DNS-be pti be a radioaktv 32P-t, teht csak a DNS-e lesz radioaktv.

1. A radioaktvan jellt vrusok megfertzik a baktriumokat.2. A mixer rz hatsa elvlasztja a baktriumtl a vrusnak azt a rszt, amely a baktriumon kvl maradt.3. Centrifugls hatsra a baktriumsejtek a kmcs aljra (pellet) lepednek, mg a vrusrszecskk a fellszban maradnak.

Kvetkeztets: Mivel csak a DNS-t jelltk radioaktvan, a radioaktivitst a baktriumsejtekbe jutott vrus DNS okozta, ami bizonytja, hogy a DNS az rkt anyag.Eredmny: Legtbb radioaktivits a pelletet alkot baktriumsejtekben volt mrhet.

Eredmny: A legtbb radioaktivits a fellszban lv vrus rszecskkben volt mrhet.Kvetkeztets: Mivel csak a fehrjt jelltk radioaktvan, a fellszban a radioaktivitst (a baktriumsejteken kvl!!!) a vrus fehrjetok rsze okozta, ami bizonytja, hogy a fehrje nem lehet az rkt anyag. Mivel knt csak a fehrjk tartalmaznak, a radioaktv kn (S) jelenltben szaporod fg csak a fehrje tokjba pti be a 36S-t, teht csak a fehrje tok lesz radioaktv.36

A Hershey Chase ksrlet egyrtelmen bebizonytotta, hogya fg a DNS-t juttatja, be a baktriumsejtbe gy teht a DNS az rkt anyag.378. Milyen a DNS szerkezete?

38Most, hogy minden ktsget kizran bebizonyosodott, hogy a genetikai informcit a DNS hordozza, egyre srgetbb vlt annak megismerse, hogy valjban milyen is a DNS szerkezete.

Valamennyi ksrleti eredmny, adat s elmleti megfontols, amelyek alapjn a DNS szerkezetre sikerlt fnyt derteni, alapveten hrom f forrsbl eredt:

Kmiai vizsglatokRntgendiffrakcis vizsglatok (Rntgensugr-elhajls)Modellpts Milyen a DNS szerkezete?39Szerves bzisadenin8.1 A DNS szerkezete, kmiai vizsglatok

A szerves bzis a dezoxiribz molekula 1 C atomjhoz kapcsoldik egyN-glikozidos ktssel. A foszforsav a dezoxiribz 5C atomjhoz egy foszftszter ktssel kapcsoldik.A DNS molekula alapegysge/monomerje a nukleotid, amely egy dezoxiribzbl, a ngy szerves bzis egyikbl s egy foszforsavbl ll.

Foszft csoportdezoxiribzA ngy szerves bzis (nitrogntartalm heterociklikus vegylet), melyek kzl kett puringyrs (purinbzis): Adenin s Guanin;kett pirimidingyrs (pirimidinbzis): Timin s Citozin

40A DNS szerkezete, kmiai vizsglatok

A polinukleotid gy pl fel, hogy a lnchoz kapcsold nukleotid foszftcsoportja (amelyik a dezoxiribz 5C atomjhoz kapcsoldik szterktssel) szintn szterktst alakt ki a lnc vgn tallhat nukleotid 3C atomjn elhelyezked hidroxilcsoporttal. A kt nukleotidot gy egy foszfodiszter kts kapcsolja ssze.A polinukleotid lncnak megklnbztetjk a kt vgt. Az egyik az n. 5 vg, amelyen a pentz 5C atomjnak hidroxilcsoportja egy foszforsavval foszftszter ktst kpez. A msik a 3 vg, amelyen a dezoxiribz 3C atomjhoz egy hidroxilcsoport (-OH) kapcsoldik. 41

A DNS szerkezete, kmiai vizsglatokA lnc mindig az 5 3 irnyba tud nni, ami azt jelenti, hogy az j nukleotid mindig a lnc szabad 3OH csoportjhoz kapcsoldik az 5 foszft OH-csoportjval, melyek kztt szterkts alakul ki. A kt nukleotidot gy egy foszfodiszter kts kapcsolja ssze.szabad 3OH5 foszft csoport428.2 A DNS szerkezete, rntgendiffrakcis vizsglatok

A rntgendiffrakcis vizsglati mdszer kiemelked kpviselje volt Rosalind Franklin s Maurice Wilkins, akik a korbbiaknl sokkal pontosabb s jobb minsg rntgendiffrakcis kpeket tudtak kszteni a DNS-rl. Az ltaluk ksztett kpek s az azokbl nyert adatok nagymrtkben hozzjrultak a DNS molekula 3D szerkezetnek felfedezshez.Rosalind Franklin Maurice Wilkins43A DNS szerkezete, rntgendiffrakcis vizsglatok

A mdszer lnyege, hogy a vizsgland anyagra rntgensugarakat bocstanak, melyek szrdnak, elhajlanak az atomok elektronburkain, valamint az atomokrl szrd sugarak interferlnak is egymssal, ami miatt kis foltokbl, koncentrikus krkbl ll mintzat rajzoldik ki a sugrzs tjba helyezett fnyrzkeny lemezen. A foltok s krk helyzetbl s intenzitsbl kvetkeztetni lehet az elhajls mrtkre, abbl pedig a vizsglt anyagban az atomok helyzetre, elrendezsre. A rntgendiffrakcis kpek alapjn nem knny meghatrozni az atomok helyzett, klnsen akkor, ha a molekula nagy mret.44A DNS szerkezete, rntgendiffrakcis vizsglatok

A rntgendiffrakcis kpek alapjn a DNS molekula szerkezetrl az albbi kvetkeztetseket lehetett levonni.

A DNS egy hossz vkony molekula, amely spirlisan fel van tekeredve egy kpzeletbeli hengerpalst mentn. Ezt az alakzatot nevezzk hlixnek.

A hlix/henger tmrje 2 nm.

A hlix egy teljes menetnek magassga 3,4 nm

Kt egyms utni nukleotid tvolsga0,34 nm, ami azt jelenti, hogy egy teljes fordulat 10 bzispr hossz.

A molekula srsge s a hlix tmrje alapjn arra lehetett kvetkeztetni, hogy a hlix kt polinukleotid szlbl ll.

458.3 A DNS szerkezete, modell ptsJames Watson amerikai genetikus s Francis Crick angol fizikus volt az a kt kutat, akik az addig sszegyjttt adatokra tmaszkodva, figyelembe vve a molekulk mrett, egymstl val tvolsgt, ktsszgeit, megptettk a DNS molekula trbeli modelljt. Fmlapok s drtok kpviseltk a DNS-t alkot molekulkat s a kmiai ktseket.

46A DNS szerkezete, modell pts

A kt szl egymssal ellenttes irnyban fut s a bzisok a spirl belseje fel nznek. A kt szl (cukor-foszft gerinc) kztti tvolsg ppen annyi, hogy egy purin s egy pirimidin bzis illik bele egymssal szembelltva. A bzisok gyrje ltal meghatrozott sk a henger tengelyre merleges. A bzisok szigor bzisprosodsi szably szerint csak A-T s G-C prokat alkothatnak. Az adenin csak a timinnel, a guanin pedig a citozinnal llhat prba. A bzisprosodsi szably miatt az egyik szl bzissorrendje pontosan meghatrozza a msik szl bzissorrendjt. A kt szl teht komplementer.A kt szlat az egymssal szemben ll, komplementer bzisok kztt kialakul hidrognhidak tartjk ssze. A guanin s citozin kztt hrom hidrogn kts, az adenin s timin kztt kt hidrognkts alakulhat ki. A kt szl bzisai csak gy kerlhetnek megfelel helyzetbe ahhoz, hogy hidrognktseket alaktsanak ki, ha a cukormolekulk, melyekhez kapcsoldnak, az ellenkez irnyba nznek. A kt szl teht ellenttes lefuts vagy ms szval antiparallel.47