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Chapter 14

Biology 1A03 Chapter 14 Textbook Notes

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Department
Biology
Course Code
BIOLOGY 1A03
Professor
Ben Evans

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Description
Biology 1A03 Notes Chapter 14: DNA and the Gene­ Synthesis and Repair What Are Genes Made Of? • Initially most biologists thought that genes were made of proteins instead of DNA  because proteins were more complex and so were genes The Hershey­Chase Experiment • To determine whether genes were made of protein or DNA, they began studying the T2  virus (composed mostly of protein and DNA) • To determine the viral composition that enters the host cell and acts as the hereditary  material, they used the fact that o Proteins contain sulphur but not phosphorus o DNA contains phosphorus but not sulphur • They grew the virus in the presence of either a radioactive isotope of sulphur or  phosphorus, this caused viruses with radioactively labeled protein or DNA • They then let them infect cells, if the hereditary molecule was DNA then radioactive  DNA should be found inside a cell and the protein should be outside the cell • Hershey and Chase then spun the cultures in a kitchen blender to separate the cell from  the ghost capsid • After putting them in a centrifuge they found that all the radioactive DNA was in the  pellet and the radioactive protein was in the solution • This indicated that the DNA was inside the cell, making it the hereditary molecule The Secondary Structure of DNA • DNA molecules have two major components o A ‘backbone’ made up of the sugar and phosphate groups of deoxyribonucleotides o A series of nitrogen­containing bases that project from the backbone • DNA has a 3’ and a 5’ end • Watson and Crick realized that DNA is a double helix • The secondary structure is stabilized by hydrogen bonds that form between the bases  (adenine with thymine and guanine with cytosine) • They suggested that the existing strands of DNA served as a template (pattern) for the  production of new strands, with bases being added to the new strands according to  complementary base pairing • Example a T on the template strand would correspond to an A on the new strand Testing Early Hypotheses about DNA Synthesis: The Meselson­Stahl Experiment • Complementary base pairing provided a mechanism for DNA to be copied • Biologists had 3 hypotheses about how this was done 1. Semiconservative Replication­ each new daughter DNA molecule would consist  of one old strand and one new strand (the old strands being used as a template for  each new daughter strand) 2. Conservative Replication­ bases temporarily turned outward so they could serve  as a template for the synthesis of an entirely new double helix. The result was an  intact parental molecule and a daughter DNA molecule consisting entirely of  newly synthesized DNA strands 3. Dispersive Replication­ the parental helix is cut in short sections before being  unwound, copied and put back together. This would cause stretched of old DNA  to be interspersed with new DNA down the length of each daughter molecule • Meselson and Stahl realized that if they could tag parental and daughter strands of DNA,  they could tell whether replication was conservative, semi­conservative or dispersive • They decided to work with E. coli because it is small and grows readily in the lab • Bacterial cells copy their entire complement of DNA or their genome before every cell  division • They grew the cells for successive generations in the presence of N  and N  (N  is  15 heavier) • The logic of the experiment: o If different nitrogen isotopes were available in the growth medium when different  generations of DNA were produced, then the parental and daughter strands will  have different densities o The technique called density gradient centrifugation separates molecules based on  their density. Low­density molecules cluster in bands high in the centrifuge tube;  higher­density molecules cluster in bands lower in the centrifuge tube o When intact, double­stranded DNA molecules are 14bjected to density gradient  centrifugation, DNA strands that contain N  should form a band higher in the  centrifuge tube; DNA strands that contain N  should form a band lower in the  centrifuge tube 15 • They began by growing E. coli in N  only, then they purified DNA from a sample of  these cells and transferred the rest to a growth medium containing only N   14 • After enough time had passed for the cells to divide once, they removed a sample and  isolated the DNA • After the remainder of the culture had divided again, they removed another sample and  isolated its DNA o If the replication is conservative, then the daughter cells should have double­ 14 15 stranded DNA with either N  or N  but not both. AS a result, two distinct DNA  bands should form in the centrifuge tube­ one high density band and one low  density band o If replication is semiconservative or dispersive, then all of the experimental DNA  14 15 should contain an equal mix of N  or N  after one generation, causing all of the  DNA to form one band, intermediate in density, in the centrifuge tube o After two generations, the situation changes. If replication is semiconservative,  then half of the daughter cells should appear in the centrifuge tube. But the  dispersive model predicts that after two generations, there will still be just one  band, intermediate in density • The results were a lower density band as well as an intermediate density band after two  generations, this suggests that DNA replication is semiconservative (each newly made  DNA strand consists of one old strand and one new strand) A Comprehensive Model for DNA Synthesis
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