Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (Л. Страйер - Биохимия в 3-х томах)

Л.СтрайерSecond EditionBIOCHEMISTRYLubert StryerStanford UniversityW.H.Freeman and CompanySan FranciscoВ 3-х томахЛ.СтрайерПеревод с английского канд. биол. наук М.Д.Гроздовойи канд. биол. наук А.М.КолчинскогоПод редакцией академика С.Е.СеверинатомМосква «Мир»1985ББК 28.072С 83УДК 577.1Страйер Л.С 83Биохимия:400 с., ил.В 3-х т. Т.3 Пер. с англ.- М.: Мир, 1985,-В книге ученого из США на самом современном научном уровне рассмотрены основные проблемы биохимии и молекулярной биологии.Третий том посвящен хранению, передаче и реализации генетической информации,а также молекулярным основам ряда физиологических процессов (иммунной защите, действию гормонов, транспорту веществ в клетке, работе биологических мембран).Предназначена для биохимиков, молекулярных биологов, физиологов, химиков, медиков, для студентов, аспирантов и преподавателей биологических, химических и медицинских специальностей.С2001040000-372041(01)-85ББК 28.07257.04св.

пл. подп. изд., 1985Редакция литературы по биологии1975, 1981 by Lubert Stryerперевод на русскийязык,«Мир»,1985ИнформацияЧастьХранение, передача и экспрессиягенетической информацииМодель пары дезоксирибонуклеотидных мономеров двойной спирали ДНК. В этой пареаденинсвязанводороднойсвязью с тимином.ГЛАВА 24ДНК: генетическая роль,структура и репликацияДезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) молекула наследственности.

ДНК - оченьАденин(А)Гуанин(G)длинная нитевидная молекула, состоящаяиз большого числа рибонуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые основания ДНКнесут генетическую информацию, тогдакак сахарные и фосфатные группы выполняют структурную роль. В настоящейглаве обсуждаются структура, генетическаяроль и репликация ДНК, причем основное внимание уделяется ДНК прокариот,так как эти организмы устроены проще и подчиняются общим для всех организмов законам. Хромосомы эукариотических клеток рассматриваются в гл.

29.24.1. Ковалентная структураи номенклатура ДНКОстов ДНК имеет одинаковое строение навсем протяжении молекулы. Он состоит изостатков дезоксирибозы, связанных фосфодиэфирными мостиками. 3'-гидроксильнаягруппа остатка сахара одного дезоксирибонуклеотида соединена с 5'-гидроксильной6Часть IV.Информациягруппой соседнего сахара фосфодиэфирнойсвязью. Вариабельной в ДНК является последовательность оснований. ДНК содержит четыре типа оснований: два пуриновых основания - аденин (А) и гуанин (G);два пиримидиновых основания - тимин (Т)и цитозин (С). Строение цепи ДНК показано на рис. 24.2.Тимин(Т)Цитозин(С)Строение ДНК можно изобразить и более кратким путем.

В этом случае для обозначения четырех основных нуклеотидовиспользуются следующие символы:Вертикальные линии в приведенных символах соответствуют остаткам сахара,буквы A, G, С и Т - основаниям. Диагональная линия с символом(на схеме,приведенной ниже), обозначает фосфодиэфирную связь. Эта диагональная линиясоединяет конец одной вертикальной линии с серединой другой.

Точки соединения соответственно означают 5'-ОН- и3'-ОН-группы. В приведенном ниже примере символуказывает, что дезоксиаденилат связан с дезоксицитидином фосфодиэфирным мостиком. 3'-ОН-группа дезоксиаденилата присоединена к 5'-ОН-группедезоксицитидина через фосфорильную группу:Предположим теперь, что с дезоксицитидином этого динуклеотида связан дезоксигуанилат. Соответствующий тринуклеотидможно представить следующим образом:Сокращенное обозначение этого тринуклеотида - pApCpG или ACG.Глюкуронатбактерий. Они вызывают пневмонию у человека и других чувствительных млекопитающих.

Мутанты, лишенные полисахаридной оболочки, не патогенны. Бактериидикого типа обозначают буквой S (от англ.smooth - гладкий), так как они образуютгладкие колонии, а мутантные бактерии, неимеющие капсулы,- буквой R (от англ.rough - шероховатый), так как они образуют шероховатые колонии. У однойгруппы R-мутантов отсутствует ферментдегидрогеназа, превращающий UDP-глюкозу в UDP-глюкуронат.

Фермент необходим для синтеза капсульного полисахарида, который у этих пневмококков состоитизчередующейсяпоследовательностиостатков глюкозы и глюкуроната:ГлюкозаЦепьДНКхарактеризуетсяполярностью. Один конец цепи несет 5'-ОНгруппу, а другой - 3'-ОН-группу, которая несвязана с другим нуклеотидом. Согласнопринятым сокращениям, символ ACG означает, что свободная 5'-ОН-группа принадлежит дезоксиаденозину, а свободная3'-ОН-группа - дезоксигуанозину. Итак, последовательность оснований пишется в направлении 5'—>3'. Напомним, что аминокислотная последовательность белка пишется в направлении от N-концевой аминокислоты к С-концевой аминокислоте.Следует отметить, что ACG и GCA - разные соединения, точно так же, как Glu-PheAla отличается от Ala-Phe-Glu.24.2. Трансформация пневмококковс помощью ДНК показала, что генысостоят из ДНКБактерии пневмококки сыграли важнуюроль в открытии генетической функцииДНК.Пневмококки обычно окружены слизистой блестящей полисахаридной капсулой.Этот наружный слой имеет существенноезначение для проявления патогенностиГлюкуронатГлюкозаВ 1928 г.

Фред Гриффит (Fred Griffith)обнаружил, что непатогенный R-мутантможно трансформировать в патогеннуюS-форму следующим путем. Он инъецировал мышам смесь живых бактерий Rформы и убитых нагреванием пневмококков S. Поразительное открытие Гриффитасостояло в том, что эта смесь вызывалагибель мышей, хотя ни живые R-пневмококки, ни убитые нагреванием S-пневмококки мышей не убивали. Кровь погибшихмышей содержала живые S-пневмококки.Следовательно, убитые нагреванием Sпневмококки каким-то образом трансформировали живые R-пневмококки в живыеS-пневмококки.

Это изменение было стабильным: трансформированные пневмококки давали патогенное потомствоS-формы. Затем было установлено, что такая трансформация R—>S может происходить in vitro. Некоторые клетки в растущейкультуре R-формытрансформировалисьв S-форму при добавлении бесклеточногоэкстракта убитых нагреванием пневмококков S. Это открытие заложило основу для24. ДНК: генетическая роль,структура и репликация7чала результат был близок к расчетномудля ДНК; 2) оптические, электрофоретические свойства, поведение при ультрацентрифугировании и диффузия очищенногоматериаласоответствовалисвойствамДНК; 3) при экстрагировании белков илилипидов не происходило потери трансформирующей активности; 4) трипсин и химотрипсин не влияли на трансформирующуюактивность; 5) рибонуклеаза (которая, какизвестно, гидролизует рибонуклеиновуюкислоту) не влияла на трансформирующееначало; 6) при добавлении дезоксирибонуклеазы трансформирующая активность, наоборот, терялась.Эта работа - памятная веха в историибиохимии.

До 1944 г. считалось, что генетическую информацию несут хромосомныебелки, а ДНК играет вторичную роль. Такая преобладающая точка зрения была решительно опровергнута открытием строгодоказанного факта, что очищенная ДНКобладает генетической специфичностью.В 1943 г. Эйвери (Avery) живым языкомописал это исследование и его последствияРис.

24.1.Схема структуры ДНК. Сахарофосфатный остов показанчерным цветом, а пуриновыеи пиримидиновые основанияразноцветные. (Kornberg A.,The synthesis of DNA; ScientificAmerican, Inc., 1968.)изучения химической природы трансформирующего начала.Исследователи стали фракционироватьбесклеточный экстракт убитых нагреванием пневмококков S и определять трансформирующую активность его компонентов (рис. 24.3). В 1944 г. Освальд Эйвери,Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти(Oswald Avery, Colin MacLeod, MaclynMcCarty) опубликовали результаты своейработы. Оказалось, что «нуклеиновая кислота дезоксирибозного типа - основное действующее начало трансформирующего экстракта пневмококка типа III.» Экспериментальные доказательства этого заключения состояли в следующем: 1) при элементном химическом анализе очищенного,высокоактивного трансформирующего на8Часть IV.ИнформацияРис.

24.2.Строение одной цепи ДНК.Показана часть цепи.Рис. 24.3.Трансформация непатогенногопневмококка R (мелкие колонии) и возникновение патогенного пневмококка S (крупныеблестящие колонии) под действием ДНК из убитых нагреваниемпневмококковS.[Avery О. Т., MacLeod С. М.,McCarty M., J.

Exp. Med., 79,158 (1944).]в письме, направленном брату в другойуниверситет (рис. 24.4).Новое подтверждение генетической роли ДНК было получено при изучении одного вируса (бактериофага), заражающегоЕ. coli. Бактериофаг Т2 состоит из сердцевины (ДНК), заключенной в белковую оболочку.

В 1951 г. Роджер Херриот (RogerHerriott) предположил, что «вирус, очевидно, действует, как крошечный шприц дляподкожных инъекций, наполненный трансформирующим началом; вирус как таковой никогда не проникает в клетку; толькоотросток вступает в контакт с клеткой-хо-зяином и, возможно, ферментативно проделывает небольшое отверстие в наружноймембране (рис. 24.5).

Затем нуклеиноваякислота из головки вируса перетекаетвнутрь клетки». Чтобы проверить этопредположение Альфред Херши и МартаЧейз (Alfred Hershey, Martha Chase) поставили следующий опыт. Фаговую ДНК пометили радиоактивным изотопом 32Р,а белковую оболочку - изотопом 35S. Этиметки весьма специфичны, так как ДНК несодержит серы, а в белковой оболочке нетфосфора. Культуру Е. coli заразили помеченным фагом, который за непродолжительное время инкубации прикреплялсяк бактерии. Суспензию обрабатывали в течение нескольких минут в гомогенизатореУоринга при 10000 об/мин. В этих условиях зараженные фагом клетки подвергались воздействию значительных сил сдвига, которые разрушали связи между вирусами и бактериями. Затем суспензию центрифугировали, чтобы осадить бактерии надно пробирки. Полученный осадок содержал зараженные бактерии, а надосадочнаяфракция - более мелкие частицы.