Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

каждый раз таким образом, что только один из четырех нуклеотидов содержал 32Р-метку в у-положении трифос-фатного остатка. Определить количество 32Р и 3Н, включившихся в РНК, в каждой реакции можно, измерив радиоактивность осадка с помощью сцинтилляционного счетчика, позволяющего независимо регистрировать излучение от 32Р и 3Н благодаря достаточно большим различиям в энергиях частиц, испускаемых этими изотопами. Какие выводы можно сделать из этих данных?

11.2. Напомним, что ДНК, выделенная из фага фХ174, является одноцепочечной. При инфекции чувствительных клеток ДНК этого фага переходит в двухцепочеч-ную репликативную форму (РФ). Молекулы РНК, синтезируемые в клетках, инфицированных фХ174, пометили in vivo с использованием [3Н]-уридина. Выделенную меченую [3Н]-РНК инкубировали с одноцепочечной фаговой ДНК или с выделенной из клеток денатурированной РФ ДНК фХ174, что приводило к образованию РНК—ДНК-гибридов между комплементарными последовательностями РНК и ДНК. Данные о количестве [3Н]-РНК, обнаруженном в гибридных молекулах, приведены в таблице 11.3. Какие выводы можно сделать на основании этих данных?

11.3. Какое количество богатых энергией фосфодиэфирных связей, входящих в состав АТР и GTP, должно быть подвергнуто гидролизу для образования одной пептидной связи в ходе белкового синтеза? Сколько связей должно быть ги-дролизовано в процессе полного синтеза белка, содержащего 50 аминокислотных остатков?

11.4. С культивируемыми клеточными линиями млекопитающих можно проводить генетические эксперименты, используя подходы, аналогичные тем, которые применяются при генетическом исследовании микроорганизмов. Например, можно отобрать температурочувствительные мутанты, растущие при 34° С, но не при 40°С. При обработке мутагенами культуры клеток яичника китайского хомячка удалось получить целый ряд мутантных линий с фенотипом чувствительности к температуре. Клетки некоторых из этих линий не растут при 40°С из-за нарушения способности к синтезу белков. Этот же дефект проявляется и в опытах in vitro при 40°С. Однако мутантные клетки приобретают способность к росту при 40°С на среде с 10-100-кратным превышением концентрации одной из 20 содержащихся в обычной среде аминокислот. Для каждого типа мутантов «спасительным» оказывается избыток только одной определенной аминокислоты. На основании ваших знаний о механизме биосинтеза и об особенностях функционирования белков ответьте на вопрос:

а) какова возможная функция генов, мутации в которых вызывают описанный фенотип?

б) сформулируйте предложения по проверке вашей гипотезы.

11.5. Гены, кодирующие p- и р:субъединицы РНК-полимеразы Е. coli, картируются очень близко друг от друга и транскрибируются в составе общей полицистронной мРНК. Ряд температурочувствительных штаммов, мутантных по

области РР', содержат РНК-полимеразу,

которая после выделения и очистки проявляет при рестриктивной температуре

аномальные свойства. Субъединицы очищенной РНК-полимеразы можно разделить, а после этого снова осуществить

сборку фермента с восстановлением исходной активности. Эксперименты по

сборке РНК-полимеразы из субъединиц

проводили для того, чтобы установить,

какие из субъединиц дефектны в ферментах, образуемых тремя мутантными

штаммами (ХН56, R120 и A2R7). Из

данных, приведенных в таблице 11.4, определите дефектную субъединицу в каждом

из штаммов.

11.6. Антибиотики рифампицин

и стрептолидигин убивают чувствительные клетки за счет ингибирования

синтеза РНК. Изучение очищенной РНКполимеразы in vitro позволило установить, что рифампицин блокирует процесс инициации синтеза РНК, а стрептолидигин препятствует транслокации РНК-полимеразы по цепи ДНК и тем самым обрывает начавшийся синтез цепей РНК. Мутантные штаммы Е. coli, устойчивые к одному из этих антибиотиков, образуют РНК-полимеразу, которая после очистки проявляет устойчивость к тому же антибиотику in vitro. При проведении экспериментов по сборке фермента из субъединиц подобно тому, как это описано в задаче 11.5, были получены данные, приведенные в таблицах 11.5 и 11,6, Определите, на какие субъединицы действуют вышеназванные антибиотики.

11.7. Некоторые эукариотические ци-топлазматические мРНК не содержат по-лиаденилатного «хвоста». Это наиболее характерно для гистоновых РНК. Учитывая специфическую роль гистонов в цикле клеточного развития, предложите гипотезу относительно функциональной роли polyA-хвоста в структуре мРНК.

12

Генетический код

Понятие «генетический код» часто упоминалось в гл. 11, поскольку оно лежит в основе представления о механизме биосинтеза белка. Современные знания о генетическом коде накапливались параллельно с детальным изучением молекулярных основ процессов транскрипции и мутагенеза. Эти вопросы, к решению каждого из которых исследователи подходили незавимимым путем, в действительности тесно связаны между собой. Мы уже отмечали, что основными знаками генетического кода служат нуклеотидные триплеты, считываемые последовательно без перекрывания от 5'- к З'-концу цепи мРНК. Трансляция начинается со специализированного инициаторного кодона AUG, который определяет рамку считывания последующих кодонов, и продолжается до тех пор, пока не встретится терминаторный кодон. Этот процесс сопровождается сборкой полипептида с фиксированной аминокислотной последовательностью. Синтез полипептида ведется в направлении от N-конца к С-концу.

Пожалуй, самой впечатляющей особенностью генетического кода является его универсальность. Так, все кодоны, входящие в состав мРНК, кодирующей аминокислотную последовательность куриного овальбумина, имеют абсолютно такой же смысл, что и в мРНК, кодирующих аминокислотные последовательности белков Е. coli, фага фХ174, табака или человека. И в то же время, как мы еще увидим в этой главе, нельзя сказать, что генетический код абсолютно не подвержен эволюции.

Сразу после того, как модель строения ДНК Уотсона-Крика, включая ее представление о том, что последовательность нуклеотидных пар в ДНК кодирует последовательности аминокислот в белках, была приРис. 12.1. Иллюстрация трех теоретически возможных способов считывания нуклеотид-ного триплетного кода с включением трех соседних аминокислотных остатков (аа) в последовательность полипептида.

Полиостью перекрывающийся код •AUCCGUCGAAU-I 1

аа,

I I

Частично перекрывающийся код

AUCCGUCGAAU-i I

аа.

I I

аа3

Неперекрывающийся код

?AUCCGUCGAAU-I II II I

знана, многие исследователи сосредоточили свое внимание на установлении истинной природы генетического кода. Было ясно, что, поскольку в состав белков входит 20 различных аминокислот, каждый кодон должен состоять не менее чем из трех нуклеотидов. Нуклеотидные дублеты могли бы образовать не более 16 (42) различных кодонов, в то время как на основе триплетов можно составить до 64 (4Э) различных кодонов.

Можно представить себе несколько способов построения триплетного кода. Код мог бы быть перекрывающимся (рис. 12.1), однако функциональная особенность перекрывающегося кода заключается в том, что точечная мутация, приводящая к замене одной пары оснований, вызывала бы изменение двух или трех соседних аминокислот в последовательности мутантного белка. В то же время определение аминокислотной последовательности ряда мутантных белков показало, что замена одного нуклеотида соответствует замене только одной аминокислоты. Гипотеза перекрывающегося кода должна также накладывать ограничения на то, какие аминокислоты в белке могут оказаться соседними. Анализ же реальных белковых последовательностей показывает, что таких ограничений нет и рядом могут находиться две произвольные аминокислоты. Эти наблюдения заставляют отказаться от представления о перекрывающемся коде и тем самым свидетельствуют о том, что генетический код в действительности является неперекрывающимся.

Можно было бы предложить два варианта неперекрывающегося триплетного кода. Поскольку из 64 возможных кодонов только 20 необходимы для кодирования 20 аминокислот, то остальные 44 могли бы быть ничего не значащими (нонсенс-) кодонами. Такой код, в котором каждой аминокислоте соответствовал бы только один кодон, можно было бы назвать невырожденным. В другом варианте большая часть или все 64 кодона могли бы кодировать какую-либо аминокислоту. Такой код, в котором одной аминокислоте соответствуют один или несколько кодонов, называют вырожденным. (Термин «вырожденный» для

Таблица 12.1. Генетический код1'

Второе положение

UUU -UUC -UUA -| UUG J

Phe

Leu

UCU UCC UCA UCG J

Ser

UAU

Tyr

UAC UAA Ochre UAG Amber

UGU

Cys

UGC UGA Opal UGG Trp

CUU

cue

CUA CUG

Leu

ecu

CCC CCA CCG

Pro

CAU CAC CAA CAG J

His

Gin

CGU CGC CGA CGG J

Arg

He

AUU AUC AUA J AUG Met

ACU n ACC АСА ACG

Thr

AAU AAC AAA AAG Asn

Lys

AGU -i AGC -AGA -AGG-I

Ser

Arg

GUU i GUC GUA GUG

Val

GCU GCC GCA GCG

Ala

GAU i GAC GAA ! GAG

Asp

Glu

GGU GGC GGA GGG

Glv

11 Нуклеотиды первого положения в кодоне (5'-конец) приведены в левой колонке. Сокращенные обозначения аминокислот см. на рис. 10.13.

данного контекста был позаимствован из квантовой механики «новообращенными» физиками, которые посвятили себя зарождавшейся науке - молекулярной биологии.) Уяснение истинной природы генетического кода и последовавшее за этим экспериментальное определение смысла каждого кодона можно отнести к самым выдающимся достижениям современной науки. Полного успеха в решении этих вопросов удалось добиться всего за несколько лет благодаря осуществлению серии изящных генетических и биохимических экспериментов, которые будут рассмотрены в этой главе. Расшифровка генетического кода (табл. 12.1), полностью завершенная к 1966 г., подтвердила гипотезу неперекрывающихся кодонов и явилась дополнительным обоснованием центральной догмы молекулярной биологии, о которой уже шла речь в гл. 11.

Генетическое изучение кода

Основная часть генетических экспериментов, выявивших природу генетического кода, была осуществлена Фрэнсисом Криком, Сиднеем Бреннером и их коллегами с использование

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)