Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗΣ ΤΟΥ DNA ΩΣ ΤΟΥ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΖΩΝΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Βασισμένη σε πραγματικές και τεκμηριωμένες ιστορίες ΓΚ Παπαδόπουλος

Gregor Mendel (1822-1884) Augustinian Abbey of St Thomas Brno, τότε Αυστροουγγαρίας Σήμερα Τσεχίας. Πρώτα γνωστά πειράματα Γενετικής (σε μπιζέλια!!) Κανόνες: Κληρονομούμενα χαρακτηριστικά κληρονομούνται ανεξάρτητα το ένα από τα άλλα. 2. Για κάθε χαρακτηριστικό υπάρχουν δύο τουλάχιστον εκδηλώσεις του (φαινότυποι) ο ένας εκ των οποίων είναι επικρατής και οι άλλοι υπολοιπόμενοι (υποτελείς).

Friedrich Miescher (1844-1895), ανακάλυψε την χρωματίνη στα λευκά αιμοσφαίρια ανθρώπου και στο σπέρμα σολωμού Photograph of Felix Hoppe-Seyler's laboratory around 1879. Prior to becoming the chemical labora- tory of Tübingen University in 1823, this room was Tübingen castle's laundry. Here, Hoppe-Seyler had made ground-breaking discoveries regarding the properties of hemoglobin. This achievement was a significant step for later investigations into the properties and functions of this and other proteins. Photography by Paul Sinner, Tübingen. Dahm R. Dev. Biol. 278, 274-288, 2005.

Phoebus Aaron Theodore Levene (1869-1940) and the tetradeoxynucleotide model of DNA

Zacharias Dische (1895-1988), ανακάλυψε την αντίδραση ποσοτικοποίησης των σακχάρων Αντίδραση διφαινυλαμίνης για ποσοτικοποίηση σακχάρων Πολύ σημαντική γιατί το DNA περι- έχει μεγάλες ποσότητες σακχάρου.

Βακτηριακός μετασχηματισμός από τον Frederick Griffith, Λονδίνο, 1928

Oswald T Avery (1877-1955) Colyn McLeod (1909-1972) Στη μέση ως νεαρό παιδί Colyn McLeod, χρόνια μετά το 1944, δηλ. ημερομηνία ανακάλυψης ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό Avery, στο Ινστ. Ροκφέλλερ

Mcclyn McCarty (1911-2005) Ο τρίτος της ομάδας που ανακά- λυψε ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό. Για πάρα πολλά χρόνια ήταν καθηγητής στο Παν/μιο Ροκφέλλερ (Ν Υόρκη), πολύ αγαπητός σε όλους. Γνωστός με το παρατσούκλι, “Dr. Mac”.

Πού βρίσκεται και ποιά είναι η μετασχηματίζουσα ουσία; (δηλ Πού βρίσκεται και ποιά είναι η μετασχηματίζουσα ουσία; (δηλ. αυτή που περιέχει εσαεί τη πληροφορία για τα κληρονομούμενα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού;) Από τη πρωτο- ποριακή εργασία των Avery, McLeod και McCarty, στο Journal of Experimental Medicine, 1944 S R Μικρές αποικίες = ανώμαλες (R, 1), μη μολυσματικές. Μεγάλες αποικίες = ομαλές (S, 2), μολυσματικές (ομαλότητα λόγω του επιπλέον πολυσακκχαρίτη στο τοίχωμα).

Πειράματα Avery, McLeod, McCarty Απομόνωση διάφορων συστατικών (DNA, RNA, πρωτεϊνών, υδατανθράκων, λιπιδίων) από αποικίες S (μολυσματικές) και δοκιμασία των σε αποικίες R (μη μολυσματικές) για μετασχηματισμό R  S

Η απόδειξη ότι το DNA είναι το γενετικό (μετασχηματιστικό) υλικό Μετασχηματιστικό υλικό + λιπάση*  μετασχηματισμός Μετασχηματιστικό υλικό + πρωτεάση*  μετασχηματισμός Μετασχηματιστικό υλικό + σακχαράση*  μετασχηματισμός Μετασχηματιστικό υλικό + RNAάση*  μετασχηματισμός * Καταστρέφουν αντίστοιχα DNA, λίπη, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και RNA στα μονομερή τους συστατικά (αντίστοιχα, δεοξυριβονουκλεοτίδια, λιπαρά οξέα, μονοσακχαρίτες και ριβονουκλεοτίδια).

Erwin Schroedinger (1887-1961) Από την κβαντομηχανική, στο Τί είναι η ζωή; (1944, Δουβλίνο) Τι είναι η ζωή; Τι ευθύνεται για τη κληρονομικότητα ορισμένων κραυγαλέων χαρακτηριστικών (όπως το κάτω χείλος των Αψβούργων;); Απάντηση: μάλλον ένας μη περιοδικός κρύσταλλος!! (1944) Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ DNA (ΔΙΠΛΗ ΑΝΤΙΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΕΛΙΚΑ) ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥ ΜΑΚΡΥΑ ΑΠΟ ΑΥΤΗ ΤΗ ΠΡΟΒΛΕΨΗ!!!

Γενεαλογικό δένδρο των Αψβούργων (Ισπανικός κλάδος) Πόλεμος για τη διαδοχή στην Ισπανία

Το κάτω χείλος των Αψβούργων

Πρώτη νύξη για δεσμούς υδρογόνου μεταξύ πουρινών και πυριμιδινών στο DNA (Νόττιγχαμ, 1947!!) Οι αρχικές καμπύλες διάστασης του τετρανατριακού άλατος του νουκλεϊκού οξέος δεοξυπεντόζης τύπου θύμου βοός (ΣτΜ: DNA) που προέκυψαν μετά από τιτλοδότηση με οξύ ή βάση, ξεκινώντας από pH 6,9, δεν είναι φυσιολογικές, και δεν ταυτίζονται με τις καμπύλες τιτλοδότησης προς τα πίσω (οπισθοτιτλοδότησης). Η διαφορά μεταξύ των καμπυλών τιτλοδότησης απ’ ευθείας και προς τα πίσω διατηρείται και σε υψηλές συγκεντρώσεις άλατος. Συμπεραίνεται ότι οι υδροξυλομάδες πουρινών-πυριμιδινών και ορισμένες από τις αμινομάδες δεν είναι ελεύθερες αλλά δεσμευμένες, πιθανότατα με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ αυτών των ομάδων. Συζητείται η σημασία αυτής της σύνδεσης στη μακρομοριακή δομή του τετρανατριακού άλατος του νουκλεϊκού οξέος δεοξυπεντόζης. J. Masson Gulland,   D. O. Jordan and   H. F. W. Taylor  J. Chem. Soc., 1947, 1131-1141.

Erwin Chargaff (1905-2002), πολύγλωσσος χημικός, φιλόσοφος, κοινωνικός σχολιαστής Ασχολήθηκε με ΛΙΠΙΔΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΠΗΞΗ ΑΙΜΑΤΟΣ ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ ΑΠΕΔΕΙΞΕ ΤΟ ΛΑΘΟΣ ΤΗΣ ΥΠΟΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΤΕΤΡΑΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΟΥ ΣΤΟ DNA: A = T, C = G ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ Η ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΤΟΥ DNA ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ ΜΑΖΑΣ ΕΊΝΑΙ ΣΤΑΘΕΡΗ! ΕΓΙΝΕ Ο ΑΥΣΤΗΡΟΤΕΡΟΣ ΚΡΙΤΗΣ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ, ΠΡΟΒΛΕΠΟΝΤΑΣ ΜΕΓΑΛΕΣ ΤΡΑΓΩΔΙΕΣ

Το μοντέλο του Chargaff για το DNA (1947!!) Moebius strip: μια τοπολογική κατασκευή όπου το ένα ήμισυ οδηγεί στο άλλο ήμισυ!! Εξασφαλίζεται η ισοδυναμία Α = Τ και C = G, αλλά δεν είναι η σωστή λύση!! Από: http://www.famousscientists.org/erwin-chargaff/ , 24/10/2016, 18.32.

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 18

Τα πειράματα της ομάδας Avery, και εκείνα της ομάδας Chargaff DNA/ μονάδα μάζας σταθερός, ανεξάρτητα από το είδος του οργάνου ή του οργανισμού (από βακτήρια μέχρι ανώτερα ζώα και φυτά). Αναλογίες Α:Τ/C:G σταθερές στον ίδιο οργανισμό, αλλά μεταξύ των διαφορετικές Συνεπώς το αναδεικνύεται σε φορέα του γενετικού υλικού, δηλ. της κληρονομικότητας.

William Lawrence Bragg (αριστερά), ιδιοφυής φυσικός και αναγεννητής του εργαστηρίου Cavendish, Cambridge (1945-55). Linus Pauling (δεξιά), μέγιστος χημικός του 20ού αιώνα. Προέβλεψε λανθασμένα τη δομή του DNA, από ελλιπή δεδομένα.

Rosalind Franklin (1920-1958), η φυσικός και κρυσταλ-λογράφος που τεκμηρίωσε τη διπλή έλικα του DNA

Πώς μια τέλεια έλικα θα δώσει περιθλασίγραμμα ακτίνων Χ σε σχήμα Χ και παράγωγά του

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ 2014 23

Από το εργαστηριακό τετράδιο της Rosalind Franklin: γραφική παρά- σταση πολλών πειρα- μάτων περίθλασης με διαφορετικές τιμές σχετικής υγρασίας. Η μετάπτωση από τη Μορφή Α στη Μορφή Β του DNA συμβαίνει σε σχετική υγρασία > 75 %

Περιθλασιγράμματα DNA στις μορφές Α και Β, όπως τα παρατήρησε η Franklin με τον βοηθό της Goslin (1953).

Ζευγάρωμα βάσεων στο DNA (κάτω)

Τρόπος διπλασιασμού (αντιγραφής) του DNA. “Δεν διέλαθε της προσοχής μας ότι η δομή την οποία προτεί- νουμε εδώ, αυτόματα παραπέμπει και στον τρόπο πιστού διπλα- σιασμού του γενετικού υλικού”. JD Watson, FH Crick, Nature, 1953. Από τη δημοσίευση για το πώς η δομή του DNA βοηθά στη λειτουργία του.

Πρώτη νύξη για δεσμούς υδρογόνου μεταξύ πουρινών και πυριμιδινών στο DNA (Νόττιγχαμ, 1947!!) Οι αρχικές καμπύλες διάστασης του τετρανατριακού άλατος του νουκλεϊκού οξέος δεοξυπεντόζης τύπου θύμου βοός (ΣτΜ: DNA) που προέκυψαν μετά από τιτλοδότηση με οξύ ή βάση, ξεκινώντας από pH 6,9, δεν είναι φυσιολογικές, και δεν ταυτίζονται με τις καμπύλες τιτλοδότησης προς τα πίσω. Η διαφορά μεταξύ των καμπυλών τιτλοδότησης απ’ ευθείας και προς τα πίσω διατηρείται και σε υψηλές συγκεντρώσεις άλατος. Συμπεραίνεται ότι οι υδροξυλομάδες πουρινών-πυριμιδινών και ορισμένες από τις αμινομάδες δεν είναι ελεύθερες αλλά δεσμευμένες, πιθανότατα με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ αυτών των ομάδων. Συζητείται η σημασία αυτής της σύνδεσης στη μακρομοριακή δομή του τετρανατριακού άλατος του νουκλεϊκού οξέος δεοξυπεντόζης. J. Masson Gulland,   D. O. Jordan and   H. F. W. Taylor  J. Chem. Soc., 1947, 1131-1141.

Ζευγάρωμα βάσεων στο DNA (κάτω)

ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA (συνεχής και ασυνεχής)

Rosalind Franklin (1920-1958) H επιστήμων που βρήκε τα τεκμήρια για τη διπλή έλικα του DNA. Πέθανε τόσο νωρίς από νόσο Χότζκιν. http://www.webofstories.com/play/aaron.klug/17;jsessionid=C38DCA9D3F9E74E2D4E138ADC531324E, Aaron Klug