Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

цах генома, отмечены символом R. Две уникальные нук-леотидные последовательности, расположенные у 5'- и З'-конца РНК (U5 и U3 соответственно), при образовании двухцепочеч-ной ДНК-копии, которое направляется обратной транскриптазой, объединяются

? Провирус

и формируют длинные концевые повторы (LTR). Хозяйская молекула тРНК, связанная водородными связями с граничной областью участка U5 РНК-генома, выступает в роли затравки для действия обратной транскрип-тазы на первой стадии обратной транскрипции. Б. Двухцепочечная молекула ДНК, образуемая при действии обратной тран-скриптазы. В. Возможные промежуточные структуры, образование которых постулируется для интерпретации процесса интеграции ретровирусной ДНК в хозяйскую хромосому. Г. Интегрированный провирус.

вать одноцепочечную вирусную РНК в качестве матрицы для синтеза комплементарной ДНК-цепи. Эта цепь в свою очередь служит матрицей для направляемого также обратной транскриптазой синтеза еще одной комплементарной ДНК-цепи и образования двухспиральной молекулы ДНК, содержащей ту же генетическую информацию, что и вирусная РНК. Возникшая таким образом двухцепочечная ДНК может встроиться в хромосомную ДНК хозяйской клетки с образованием про-вируса. Механизм такой интеграции, по-видимому, аналогичен механизму интеграции бактериофага X в бактериальную хромосому (рис. 11.14).

Будучи встроенным в хромосому, провирус передается дочерним клеткам, поскольку реплицируется вместе с хозяйской ДНК, и за счет этого дочерние клетки также трансформируются в раковые. Пролиферация раковых клеток приводит к возникновению опухоли. Транскрипция провирусной ДНК выражается в образовании как мРНК, трансляция которых обеспечивает наработку вирус-специфических белков, включая и обратную транскриптазу, так и геномных РНК-цепей, которые одеваются в оболочку и формируют новые инфекционные вирусные частицы. Последние выходят из клетки, при этом трансформированная клетка не погибает.

Ретровирусы оказались очень полезным инструментом современных генно-инженерных исследований. Они служат источником для получения практически чистой обратной транскриптазы - фермента, играющего важнейшую роль в многочисленных работах, основанных на клонировании эукариотических генов (см. гл. 9). Так, очищенную индивидуальную мРНК, кодирующую интересующий нас белок, как правило, выделить гораздо легче, чем фрагмент ДНК генома, кодирующий тот же белок. Затем с помощью обратной транскриптазы можно получить ДНК-копию этой мРНК и встроить ее в подходящую плазмиду для клонирования и наработки значительных количеств нужной ДНК. В дальнейшем мы еще вернемся к обсуждению этих методических подходов.

Трансляция ДНК

Третий вид специализированного переноса информации от ДНК непосредственно к белку наблюдался только в лаборатории in vitro. Некоторые антибиотики, такие, как стрептомицин и неомицин, взаимодействующие с рибосомами, могут так изменять их свойства, что вместо мРНК рибосомы в качестве матрицы для трансляции начинают использовать одноцепочечную ДНК. Таким образом последовательность оснований в одноцепочечной ДНК непосредственно переводится в аминокислотную последовательность синтезируемого полипептида. Перенос этого типа вряд ли имеет место в природе.

Запрещенные (неизвестные) варианты переноса информации

Под переносом генетической информации от белка к ДНК или РНК следовало бы подразумевать процесс перевода аминокислотной последовательности в определенную нуклеотидную последовательность ДНК

или РНК. Для осуществления этого процесса потребовался бы переход от 20-буквенного алфавита к 4-буквенному, который, если бы и был возможен, то только с использованием не менее сложного трансляционного аппарата, чем тот, что переводит информацию, закодированную в мРНК, в структуру соответствующих белков. Мы не располагаем никакими экспериментальными данными, которые позволили бы предположить существование такого аппарата. Соответственно процессы переноса информации от белка к ДНК или РНК никогда не наблюдались и, по-видимому, в действительности не происходят.

Третий запрещенный вид переноса информации от белка к белку (от аминокислотной последовательности к аминокислотной последовательности) также никогда не был зарегистрирован. Нет никаких оснований полагать, что белки в принципе способны к репликации. Способность к самовоспроизведению, очевидно, присуща исключительно нуклеиновым кислотам.

Колинеарность генов и полипептидов (прокариоты)

Представление о колинеарности генов и полипептидов логически вытекает из основной гипотезы, согласно которой наследственная информация кодируется линейной последовательностью оснований в ДНК и выражается в виде линейных последовательностей аминокислот в полипептидах. Соотношение колинеарности представляется естественным отражением того, что и ДНК, и белки являются линейными полимерами. Однако лишь прямое подтверждение того, что гены и полипептиды действительно колинеарны, полученное в 1964 г., явилось окончательным разрешением более чем десятилетней дискуссии, основанной на более или менее правдоподобных гипотезах.

Триптофансинтаза Е. coli состоит из двух полипептидных цепей А и В, кодируемых генами trpA+ и trpB +. Многочисленные мутации, лишающие активности триптофансинтазу, были картированы в гене trpA. Используя методы, описанные в главе 8, эти мутации можно расположить по порядку на линейной генетической карте. Удалось определить аминокислотную последовательность А-цепи нормальной триптофан-синтазы (рис. 11.15) и нескольких неактивных вариантов фермента, продуцируемых набором штаммов, содержащих мутантные гены trpA. Оказалось, что каждая из этих мутаций обусловливает замену одной или нескольких аминокислот в А-цепи дикого типа. Относительное расположение всех этих аминокислотных замен и соответствующих мутаций, локализованных на генетической карте, показано на рис. 11.16. В этом случае налицо полное соответствие между генетической картой мутаций и расположением измененных аминокислот в молекуле белка. Например, мутация trp A3, обусловливающая замену Glu -+ Val в положении 49 от N-конца полипептида, картируется левее мутантного локу-са trpA446, изменяющего аминокислоту в положении 175 (Туг -*? Cys). Мутация же trp А446 в свою очередь картируется левее мутации trp А58, изменяющей аминокислоту в положении 234 (Gly -> Asp), и так далее.

Заметим, что в положении 234 возможны две аминокислотные замены: мутация trp А58 обусловливает замещение Gly ~* Asp, а

1 10 20

Met-Cln-Arg-Tyr-Glu-Ser-Leu-Phe-Ala-Gln-Leu-Lys-Glu-Arg-Lys-Glu-Gly-АЦ-Phe-Val21 30 40

Pro-Phe-Val-Thr-Leu-Gly-Asp-Pro-Gly- He -Glu-Gln-Ser-Leu-Lys- He - He -Asp-Thr-Leu41 50 60

He -Glu-Ala-Gly-Ala-Asp-Ala-Leu-Glu-Leu-Gly- He -Pro-Phe-Ser-Asp-Pro-Leu-Ala-Asp61 70 80

Gly-Pro-Thr- He -Gln-Asn-Ala-Thr-Leu-Arg-Ala-Phe-Ala-Ala-Gly-Val-Thr-Pro-Ala-Gln81 90 100

Cys-Phe-Glu-Met-Leu-Ala-Leu- lie -Arg-Gln-Lys-His-Pro-Thr- He -Pro- lie -Gly-Leu-Leu101 110 120

Met-Туг-Ala-Asn-Leu-Val-Phe-Asn-Lys-Gly- He -Asp-Giu-Phe-Туг-Ala-Gln-Cys-Qu-Lys121 130 140

Val-Gly-Val-Asp-Ser-Val-Leu-Val-Ala-AsD-Val-Pro-Val-Gln-Glu-Ser-Ala-Pro-Phe-Arg141 150 160

Gin-Ala-Ala-Leu-Arg-His-Asn-Val-Ala-Pro - He -Phe- lie -Cys-Pro-Pro-Asn- Ala-Asp-Asp161 170 180

Asp-Leu-Leu-Arg-Gin- He - Ala-Ser-Tyr-Gly-Arg-Gly-Tyr-Thr-Tyr-Leu-Leu-Ser-Arg-Ala181 190 200

Gly-Val-Thr-Gly-Ala-Glu-Asn-Arg-Ala-Ala-Leu-Pro-Leu-Asn-His-Leu-Val-Ala-Lys-Leu 201 210 220

Lys-Glu-Tyr-Asn-Ala-Ala-Pro-Pro-Leu-Gln-Gly-Phe-Gly- He -Ser-Ala-Pro-Asp-Gin-Val221 230 240

Lys-Ala-Ala- lie -Asp-Ala-Gly-Ala-Ala-Gly-Ala- He -Ser-Gly-Ser-Ala- He -Val-Lys- He

241 250 260

He -Glu-Gln-His-Asn- He -Glu-Pro-Glu-Lys-Met-Leu-Ala-Ala-Leu-Lys-Val-Phe-Val-Gln

261 268

Pro-Met-Lys —Ala —Ala-Thr-Arg- Ser

Рис. 11.15. Аминокислотная последовательность А-цепи триптофансинтазы Е.

coli.

cysB irpE trpD IrpC irpB trpA

A487

A4t>

I I

A58 A96 I

B5J

Aiib I A113 A13\A187 A78\A169 I

ti i 11 ii i l

trp A78- Gly -> Cys. При рекомбинации этих мутаций активность белка восстанавливается, следовательно, они должны локализоваться в различных участках одного и того же кодона. С помощью таблицы генетического кода (табл. 12.1) можно убедиться в том, что эти мутации затрагивают соседние нуклеотиды в одном и том же кодоне. Это свидетельствует о том, что рекомбинация ДНК может происходить и между соседними нуклеотидными парами. Дополнительное подтверждение этому выводу дает и сопоставление двух мутаций, затрагивающих аминокислотный остаток 211: trp А23 (Gly -*? Arg) и trp А46 (Gly -*? -* Glu). Эти мутации также подвержены рекомбинации друг с другом, при этом восстанавливается исходная активность фермента дикого типа и, по всей видимости, исходная нуклеотидная последовательность.

Аналогичным образом колинеарность генетической карты и соответствующего полипептида была продемонстрирована для гена белка головки фага Т4 (обсуждается в гл. 12) и гена lacZ +, кодирующего fj-ra-лактозидазу Е. coli. Убедиться в колинеарности нуклеотидной и соответствующих аминокислотных последовательностей можно, сопоставив нуклеотидную последовательность ДНК фага фХ174 (гл. 12) с белками фХ174, для которых известна аминокислотная последовательность. Зная генетический код (см. табл. 12.1), можно прямо по нуклеотидной последовательности ДНК читать аминокислотные последовательности соответствующих белков.

На полученных с помощью электронного микроскопа фотографиях разрушенных клеток Е, coli можно видеть, что транскрипция, осуществляемая РНК-полимеразой, непосредственно сопровождается трансляцией образующейся мРНК (рис. 11.12). Видно, как на синтезируемой цепи мРНК прямо по пятам за РНК-полимеразой, транскрибирующей ДНК, следуют рибосомы, осуществляющие синтез белка. РНК считы-вается в направлении 5'-3' (точка роста находится на З'-ОН-конце цепи), поэтому инициация трансляции рибосомами может осуществляться на 5-конце растущей цепи. Та рибосомная частица, которая первой начала трансляцию матрицы, изображенной на рис. 11.12, должна находиться ближе всех к месту рас

страница 9
< 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
(20.08.2019)