Il DNA è il materiale genetico

Il DNA: da Miescher a Watson e Crick

La scoperta della trasformazione batterica

Gli esperimenti di Griffith (1928) Il medico Frederick Griffith stava lavorando alla messa a punto di un vaccino contro le frequenti epidemie di polmonite che si verificavano in Gran Bretagna a partire dalla fine della prima guerra mondiale Streptococcus pneumoniae ceppo liscio S (smooth) virulento ceppo ruvido R (rough) non virulento

Topi iniettati con batteri S muoiono Topi iniettati con batteri R o con batteri S uccisi con il calore sopravvivono Topi iniettati con miscela di R + S (uccisi con il calore) muiono

Da questi risultati si Griffith ipotizzò che: I resti delle cellule batteriche S uccise con il calore avessero in qualche modo “convertito” le cellule R vitali in cellule S vitali Doveva esistere una “sostanza” che conteneva l’informazione genetica e che poteva essere trasferita da un ceppo batterico all’altro attraverso un fenomeno che chiamò trasformazione I risultati aprirono la strada a ulteriori studi sulla natura del materiale genetico. Come molti suoi colleghi del tempo, Griffith pensava che la “sostanza” fosse di natura proteica  

Qual’è la natura del principio trasformante?

IL DNA è il principio trasformante (1944) Avery, McLeod e McCarty identificarono la natura del principio trasformante nei batteri

L’esperimento di Avery, McLeod e McCarty Distrussero selettivamente e singolarmente con enzimi specifici le principali sostanze presenti negli estratti ottenuti dai resti delle cellule S uccise dal calore (polisaccaridi, grassi, proteine, RNA, DNA) 2) Saggiarono la capacità degli estratti trattati di indurre trasformazione delle cellule R

IL DNA è il principio trasformante Il fenomeno della trasformazione non si osservava quando le cellule R erano state incubate con estratti di cellule S trattati con DNAsi, l’enzima che degrada specificamente il DNA

L’esperimento di Alfred Hershey e Martha Chase (1952) fago T2 E. coli "Is it the viral DNA or viral protein coat that is the viral genetic code material which gets injected into a host bacterium cell"?

1) Mediante infezione ottennero un ceppo di T2 marcato con fosforo radioattivo P32 (componente del DNA) e un altro ceppo marcato con zolfo radioattivo S35 (componente delle proteine) 2) Infettarono i batteri con i due ceppi separatamente e misurarono la radioattività. 3) Il fosforo radioattivo era presente all’interno delle cellule batteriche mentre lo zolfo radioattivo solo nei capsidi fagici vuoti (gosts)

Il risultato dell’esperimento di Hershey e Chase indicava che anche nei batteriofagi il materiale ereditario (il principio trasformante) fosse il DNA e non le proteine

Edwin Chargaff: la composizione chimica del DNA(1948) Utilizzando la cromatografia su carta riuscì a separare la molecola del DNA nelle sue basi costituenti a determinare la loro percentuale relativa La quantità di Adenina è sempre uguale a quella di Timina e la quantità della Guanina è sempre uguale a quella della Citosina La quantità di purine (A+G) è sempre uguale alla quantità di pirimidine (T+C) Ma la quantità di A+T non è necessariamente uguale a G+C e il rapporto varia tra organismi diversi

Rosalind Franklin: la struttura del DNA prima del modello di Watson e Crick (1953) Studi con diffrazione a raggi X : i raggi X prodotti e diffratti formano un'immagine caratteristica sulla lastra fotografica I risultati indicano che il DNA è una molecola lunga e sottile con struttura elicoidale composta da due catene parallele simili tra loro Nel febbraio del 1953 sul suo taccuino la Franklin scrisse che “Il DNA è composto da due catene distinte con struttura elicoidale”.

il modello della doppia elica di DNA : Watson e Crick (1953) Nobel nel 1962 insieme a Wilkins

I costituenti dei nucleotidi Un nucleotide è composto da uno zucchero (il desossiribosio) a cui è legato un gruppo fosfato e una base azotata (Adenina,Timina, Citosina e Guanina)

Il DNA è una doppia elica costituita da due catene poli-nucleotidiche antiparallele avvolte a spirale

Diverse strutture della doppia elica

Modello di replicazione della doppia elica di DNA Watson e Crick ipotizzarono che durante la duplicazione cellulare il DNA si replicasse con un meccanismo di tipo semiconservativo

Tre possibili modalità di replicazione della doppia elica di DNA

L’esperimento di Meselson e Stahl (1958) Prova sperimentale a favore della replicazione semiconservativa in E. coli Centrifugazione in Cs Cl: Quando il DNA viene centrifugato in un gradiente di densità di Cloruro di Cesio, i frammenti di DNA migrano fino a raggiungere una zona in cui la densità è uguale alla densità della soluzione e così si ottiene la separazione del DNA di diversa densità (DNA con diverso contenuto di AT o GC).

L’esperimento di Meselson e Stahl

Gli esperimenti di Taylor,Woods e Hughes (1957) Nel 1957, l’anno prima che fosse pubblicato il lavoro di Meselson e Stahl, J. Herbert Taylor e collaboratori, lavorando su apici radicali di Vicia faba, ottennero una prova sperimentale a favore della replicazione semiconservativa negli eucarioti. Osservarono anche scambi tra cromatidi fratelli (SCE)