Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

. Комплементарные взаимодействия кетоформы бромурацила с аденином (а) и гидроксиформы с гуанином (б)

168

-(3) -(2)

i BrsU ?

—??-?

Рис. 46. Схема замены пары ? · А на пару С · С при репликации в присутствии наряду с тимидином его аналога 5-бромдезоксиуридина (Br5U); символ d всюду опущен

к замене одних пар нуклеотидов другими, могут происходить и более сложные события: выпадение одного или нескольких нуклеотидных звеньев — делеция: вставки дополнительных нуклеотидов — инсерция. Пути их возникновения рассматриваются в специальных курсах молекулярной биологии и молекулярной генетики. Если возникшие мутации сопровождаются появлением полезных для организма признаков, то при благоприятных условиях они могут закрепиться в популяции организмов данного вида и дать носителям этих мутаций определенные преимущества при естественном отборе. Мутации в сущности являются первичным, происходящим на молекулярном уровне событием, лежащим в основе изменчивости живых организмов, которая в сочетании с естественным отбором является главной движущей силой эволюции.

Возникающие под действием различных факторов мутации приводят иногда к появлению у живых организмов полезных для человека признаков. Такие организмы могут быть использованы как исходный материал для селекции при выведении новых штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных с Ценными характеристиками. Облучение клеток микроорганизмов или семян растений рентгеновскими лучами или обработка их химическими мутагенами резко повышает выход мутаций и создает особенно богатый материал для селекции. В то же время мутации в сочетании с естественным отбором позволяют микроорганизмам и клеточным популяциям приспосабливаться к присутствию в окружающей их среде неблагоприятных для их роста и размножения веществ, в том числе

169

'If

?!

·!?"

?

II

ь* J

I

II II II

II II

ii.

Рис. 47. Схема гомологичной рекомбинации ДНК: / - исходные дв.унитевые структуры; ¦> - структура с четырехнитевым фрагментом: У - та же CTp.VKT.vija после рекомбинации; 4 - разошедшиеся двунптевые структуры после рекомбинации

лекарственных препаратов. Это, в частности, проявляется в возникновении и отборе патогенных микроорганизмов, устойчивых к определенным антибиотикам, и в разрастании популяций клеток злокачественных опухолей, устойчивых к действию противоопухолевых препаратов при применении последних в качестве химиотерапевтических средств для лечения онкологических заболеваний.

Рассмотренные процессы — репликация, транскрипция, репарация и мутагенез — не исчерпывают всего многообразия событий, происходящих с молекулами ДНК в ходе выполнения ими функций носителя наследственной информации. Наряду с ними молекулы ДНК могут претерпевать различные перестройки. Например, установлено, что в зародышевых клетках участки гена, кодирующие вариабельные и константные области цепей иммуноглобулинов, расположены значительно дальше друг от друга, чем в зрелых В-лимфоцитах, продуцирующих антитела. Это означает, что в ходе дифференцировки стволовых клеток в направлении, приводящем к формированию В-лимфоцитов, происходит сближение соответствующих участков генов, т. е. перестройка молекул ДНК в хромосомах, несущих гены иммуноглобулинов. При дифференцировке тех же стволовых клеток, приводящей к формированию эритроцитов, у млекопитающих на заключительной фазе вообще происходит полная элиминация ДНК.

Среди различных перестроек, претерпеваемых молекулами ДНК в составе живых организмов, особенно важной и повсеместно распространенной является гомологичная рекомбинация. Суть этого процесса состоит в том, что две идентичные или близкие по своей первичной структуре двунитевые ДНК объединяются в единую четырехнитевую структуру, в которой оказываются сближенными достаточно протяженные идентичные участки обеих исходных структур, и эти структуры обмениваются своими фрагментами. Схема такого обмена приведена на рис. 47. Видно, что фрагмент а, находившийся до акта рекомбинации в составе двуните-170

вой ДНК вместе с фрагментом Ь, оказывается связанным с фрагментом Ь', принадлежащим до этого второй двунитевой ДНК, а фрагмент ?'этой ДНК, наоборот, объединяется с фрагментом Ь первой из двунитевых структур.

Ферментные системы клеток, с помощью которых осуществляется гомологичная рекомбинация, и тем более лежащие в основе рекомбинации молекулярные события еще недостаточно изучены. Основные сведения о процессах рекомбинации получены генетическими методами путем наблюдения за возникновением новых комбинаций наследуемых признаков в потомстве. Если фрагменты а, а' и J, Ь' попарно неидентичны и несут различающуюся генетическую информацию, то после рекомбинации должны появиться особи, обладающие одновременно признаками, соответствующими информации, содержавшейся во фрагментах а и Ь', и/или признаками, определяемыми информацией, свойственной фрагментам а' и Ь.

В качестве примера можно привести результаты первого эксперимента, в котором была доказана рекомбинация у бактерий. Бактериальные клетки, содержащие в норме одну двунитевую ДНК, в некоторых специальных случаях могут объединяться попарно (конъюгировать) с передачей части ДНК от бактерии-донора бактерии-реципиенту. Такая конъюгация является проявлением полового процесса у бактерий, причем клетки-реципиенты рассматриваются как женские, а клетки-доноры — как мужские клетки. В клетке-реципиенте в таком случае возможна гомологичная рекомбинация. В описываемом эксперименте использовали два штамма Е. coli. Один штамм имел дефект в одном из генов, ответственных за биосинтез аминокислот изолейцина и треонина, и мог расти только на среде, содержащей эти аминокислоты. У другого штамма была повреждена система биосинтеза метионина и витамина биотина, и для роста этого штамма была необходима среда, содержащая эти компоненты. После смешения суспензий этих бактерий в условиях, благоприятствующих конъюгации и тем самым рекомбинации, среди последующих генераций были обнаружены потомки, способные расти на среде, лишенной всех четырех перечисленных соединений. Это означает, что в некоторых клетках произошла рекомбинация с образованием ДНК, получившей от одного из исходных штаммов неповрежденный участок, ответственный за синтез треонина и изолейцина, а от другого — участок, обеспечивающий синтез метионина и биотина.

Рекомбинация у эукариотических клеток была выявлена генетическими методами, а в отдельных случаях и путем наблюдения форм хромосом. Этот процесс происходит при созревании половых клеток, на первой фазе которого две пары хромосом, образовавшиеся в результате предшествующей репликации, вместо того чтобы разойтись по двум дочерним клеткам, как это имеет место при обычном клеточном делении — митозе, предварительно объединяются в единую структуру некоторыми гомологичными сегментами. Это создает благоприятные условия для гомологичной рекомбинации, которая у эукариот, в первую очередь у дрозофилы, была открыта задолго до выяснения рекомбинации у бактерий и получила название кросситооера. Рекомбинация сама по себе не создает новых генов, однако в результате нее возникают новые комбинации признаков, которые могут оказаться весьма существенными как при естественном отборе, так и в селекционных работах.

5.2, ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД ?

Информация о последовательности аминокислот в полипептидной цепи белка' программируемого информационной РНК, записана в молекуле этой РНК, а следовательно, и в соответствующем участке одной из цепей ДНК, в виде последовательности кодирующих эти аминокислоты тринуклеотидных фрагментов — кодонов. Необходимость как минимум трех нуклеотидов для кодирования каждой из 20 аминокислот, формирующих первичную полипептидную цепь при биосинтезе белков, вытекает из очевидных арифметических соображений: ни каждый из четырех нуклеотидов по отдельности, ни 16 мыслимых динуклеотид-ных фрагментов не могут однозначно кодировать 20 аминокислот. Соответствие между 64 кодонами и 20 аминокислотами, участвующими в биосинтезе полипептидных цепей на рибосомах, получило название генетического кода. Первое доказательство самого факта существования генетического кода и первый шаг к его расшифровке были получены в эксперименте Ниренберга и Маттеи. Эти авторы показали, что на рибосомах в присутствии всех компонентов, необходимых для биосинтеза белка, и построенной полностью из фрагментов уридин-5 '-монофосфата полиуридиловой кислоты в качестве информационной РНК,синтезируется полифенилаланин. Отсюда следовало, что фенилаланин кодируется несколькими, скорее всего тремя остатками уридиловой кислоты, т. е. кодоном для фенилала-нина является тринуклеотид UUU (в этом параграфе в табл. 5.2 символы межну-клеотидных фосфатов или заменяющие их черточки опущены).

Полная расшифровка генетического кода стала возможной в результате успехов, достигнутых в работах Корана по синтезу олигорибонуклеотидов, что позволило получить весь набор кодонов. Было найдено, что в присутствии каждого из кодонов, за исключением кодонов UAA, UAG и UGA, с рибосомами связывается тРНК, несущая определенную аминокислоту. Этим все кодоны были приведены в соответствие с одной из 20 аминокислот. В дальнейшем сравнение первичных структур многих ДНК или мРНК и независимо установленных структур программируемых ими белков подтвердили правильность проведенной расшифровки кода и продемонстрировали его практически полную универсальность. Найдены лишь немногочисленные примеры организмов, у которых используется генетический код, незначительно отличающийся от универсального. Полная структура генетического кода приведена в табл. 5.2.

Уже из соотношения 64 кодона на 20 аминокислот следует, что код должен быть вырожденным, т. е. одной аминокислоте должно соответствовать несколько кодонов. Как видно из табл. 5.2, распределение аминокислот по кодонам весьма неравномерно. Трем аминокислотам — лейцину, серину и аргинину — соответствует по шесть кодонов, пяти аминокислотам — глицину, аланину, валину, пролину и треонину — по четыре, изолейцину — три кодона, лизину, аспартату, аспараги-ну, глутамату, глутамину, фенилаланину

страница 41
< 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 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.05.2017)