И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 34
Текст из файла (страница 34)
получающих значение генов. Мало-помалу число этих боковых цепей, размещенных в определенных пункгах генонемы, увеличивалось н самые радикалы все более усложнялись. Микроскопическая картина хромосом в слюнных железах дрозофилы представляет картину уже очень высокой дифференцировки генонем. Если признать, что поперечные диски соответствуют генам, то здесь мы должны поместить именно боковые радикалы или цепи радикалов, которые адсорбируют ярко окрашенный хроматин. В таком случае неокрашиваемые сегменты, в которых мы различаем продольные нити, придется признать основными цепями, не осложненными сложными боковыми придатками. Но при дальнейшей дифференцировке и сюда могут присоединяться боковые радикалы --- новые гены, а, с другой стороны, уже имеющиеся боковые радикалы могут осложняться и упрощаться в мугационном процессе» [Кольцов, 1935.
О. 1!91. н' ' (ген) йз (ген) По-видимому, самую первую гипотезу о физико-химической природе генов и хромосом предложил Н. К. Кольцов в 1927, а в более развернутой форме -- в 1935 г. (дополнение 6.1). Как уже упоминалось в разд. 5.11, в результате изучения явления трансформации у бактерий было впервые показано, что именно ДНК может служить генетическим материалом. Несколько позднее были получены новые доказательства этого в экспериментах другого типа. Как известно, фаг Т2 является вирусом, инфицирующим бактерию Е.
соД. Фаговые частицы адсорбируются на наружной поверхности клетки, их материал проникает внутрь и примерно через 20 мин бактерия лизируется, освобождая большое число фаговых частиц --- потомков. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз инфицировали бактерий фагами Т2, которые были мечены радиоактивными соединениями: ДНК— с помощью ыР, белковая часть фага — "б (рис. 6.1). После инфекции бактерий фагами с помощью центрифугирования удалось выделить две фракции: пустые белковые оболочки фага и бактерии„инфицированные фаговой ДНК. Оказалось, что 80% метки ззб осталось в пустых фаговых оболочках, а 70% метки "Р --- в инфицированных бактериях.
Фаги-потомки получили только около 1 % исходного белка, меченного ззб, однако в них же обнаружилось около 30 % метки пР. ОБН)АЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА ДНК РНК Э Белок потряхивание Ливис Схема опыта, доказывающего, по генетическим материалом фага Т2 является ДНК. Белки фаге мечены об (светло-серый цвет), ДНК вЂ” мр ( темно-серый цвет) Результаты этого эксперимента прямо показали, что ДНК родительских фагов проникает в бактерии и затем становится составляющей развившихся новых фаговых частиц [см. дополнительно: Ратнер, 1998].
Современные представления о роли ДНК в передаче наследственной информации лучше всего отражает «центральная догма молекулярной биологии». сформулированная Ф. Криком в 1956 г. и доработанная в 70-х гг. (Рис. Гь2). Генетическая информация в молекуле ДНК записана в виде последовательности нуклеотидных остатков, которые содержат одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин !О), цитозин !С) и тимин (Т) (рис.
6.3). Азотистые основания делятся на два типа: пиримидиновые и пуриновые. Пиримидины 6.2. СТРУКТУРА ДНК «Центральная догма молекулярной биологиин /Сг)с)с, 1970). Сплошные стрелки показывают обычный путь переноса генетической информации, пунктирные— более рсдкнс пути, также. возможно, сушествуюшне в природе по ллненню чл.
Крика За исследования нуклеотидов н нуклеозидов Нобелевскую премию в 1957 г. получил Александр Тодд !А. ТоИ). В 196') г. Альфред Д. Херши !А.!). Негвйеу) получил Нобелевскую премию за открытие генетической структуры вирусов. Автор предложил разделить все виды переноса биологической информации в клетке на три группы: 1) процессы, существование которых уже показано; ДНК - ДНК, ДНК -ь РНК, РНК -и белок, РНК -ь РНК; 2) процессы, которые не были экспериментально выявлены и с теоретической точки зрения не казались строго необходимыми: РНК ь ДНК, ДНК -ь белок; 3) невозможные переносы: белок ь белок, белок -ь РНК, белок -и ДНК.
Таким образом, информация во всех случаях в клетке переносится однонаправленно по цепи: ДНК -ь РНК -ь белок. Белок не может служить матрицей для синтеза ДНК или РНК, поскольку у молекул белка нет свойства комплементарности отдельных частей молекулы, что позволяло бы использовать ее как матрицу. состоят нз шестичленного кольца, а у пуринов по два кольца: одно — пятичленное и второе— шестичленное.
Каждая нуклеиновая кислота синтезируется из оснований только четырех типов. Одни и те же пурины (аденин и гуанин) входят в состав и ДНК, и РНК. Два пирнмидина, входящие в состав ДНК, -- это цитозин Гяаяо 6. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА 5 СН. Н11з ХНз О Р О ~~т Н~; С СН, Н О О н„с 1'чН Т ~н н~ С 11. Х О Н О О н н~ Х А О сн, Н О О .7 2 Н Фрагмент одной цепи ДНК.
Пуриновые основания аленин (А1 и гуанин (О) и пиримилиновые основания тимин (Т1 и питозин (С) прикреплены к полимерному остову, состоящел~у из черелузопзихся остатков фосфата (Р) и сахара лезоксирибозы и тимин, а в РНК вместо тимина находится урацил.
Тимин отличается от урацила только наличием метнльной группы в пятом положении пиримидинового кольца. Соединения, состояпеие из остатков азотистого основания и углевода рнбозы или дезоксирнбозы, называются иуклеозидами. Присоединение к нуклеозидам фосфата дает нуклеотиды. За открытие структуры нуклеиновых кислот Френсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс (Г.
Н. С. Спс1с,1.(з.*зуаззоп,М, Н. Н %11- (г(пз) в 1962 г. были награждены Нобелевской премией. Ниже приведены названия и принятые обозначения всех этих соединений: Основания Нуклеотиды Нуклеотиды Аденин (А) Аденозин Адениловая кислота (АМР или с(АМР) Гуанин (О) Гуанозин Гуаннловая кислота (бМР или с(ПМР) Цитозин (С) Цитидин Цитиднловая кислота (СМР или с(СМР) Тимидиловая кислота (с(ТМР) Урацил (()) Уриднн Уридиловая кислота (Е)МР) По ОБ11(АЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНГзТИКА 3 Малая бороздка А 3,4 нм 5 3' 2,0 нн Модель структуры ДНК по Уотсону и Крику 6.3.
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК 6.3.1. яяеханиамы репликации Уотсон и Крик уже во второй своей работе 1953 г. предположили возможный механизм копирования наследственного материала. Легко представить, что цепи молекулы ДНК расходятся и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь (рис. 6.6). В результате образуются две дочерние двуспиральные молекулы ДНК, не отличимые от родительской молекулы.
Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм копирования называется полуконсервативным. В то же время обсуждались две другие модели, одна из них «консервативная», другая —. «дисперсионная» (рис.
6.7), Доказали существование полуконсервативного ме- Дж. Уотсон (р. 1928) и Ф. Крик (1916 — 2004) у стереомолели молекулы ДНК Модель ДНК в форме регулярной двойной спирали (рис. 6.4) была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (рис. 6.5). Каждая цепь содержит последовательность нуклеотидов, строго соответствующую последовательности другой цепи.
Это соответствие достигается наличием водородных связей между направленными навстречу друг другу основаниями двух цепей: 6 и С или А и Т. Таким образом, цепи комплементарны. Поскольку цепи имеют противоположную направленность в расположении 5' и 3' свободных концов в молекуле пентозы, их называют антипараллельными.
ханизма М. Мезелсон и Ф. Сталь в 1958 г. Авторы выращивали бактерии Е. соЛ несколько поколений на минимальной среде, в которой единственным источником азота был '-')9Н,С! (хлорид аммония). В этом соединении нормальный изотоп м)4 был заменен на 'Ъ). В результате все клеточные компоненты бактерий, включая пурины и пиримидины в молекулах ДНК, содержали более тяжелый азот иХ. Затем клетки переносили на среду с изотопом "Х. Через 1 или 2 поколения выделяли ДНК и центрифугировали в градиенте СаС!.
Фракции, со- В 1959 г. Артуру Корнбсргу (А. КогпЬег8) была присуждена Нобелевская премия за открытие механизма биосинтеза ДНК. Глава е. СТРУКГУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА Роди ьсльсквк Родигсньскав цепь В ® «Ф сень Гсьиночные родительские ф цени Дочерние пепи Схема полуконсервативной репликацип ДНК Родительские молекулы Верное поколение Ф 4 л Второе поколение Модели репликации ДНК а — полуконсервативная, б — консервативная, в — дисперсионная. Родьпельскне цени наказаны серым цветом, вновь сннтешрованные — черным Нг ОБП1АЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА ДЫК в градиенте СяС! Культурлг Е сой Фщо фракций Состав ДИК Поколение 0 Т -' ДНК (их!"м) Среда содержит см Тяжелаяя~егкая Дик !" н ' 14) Поколение ! Р~эст кулгкур ка -"рсдс с гя , и Э!сгкая С'.-' )яя ! Тяжслафлкгкая ДИК !''Х'~Х) Поколение г Рост кульгур ка срслс ..
Поколение 3 Рост куды ур нк ,.„ч' среде 1Ч Схема опытов Меэелсона и Сталя, доказывающих полуконсервативность реиликации ДНК 1Кцаае!1, !99К Р. 346) держащие легкие или тяжелые цепи, а также гибридные 'Я)ля м)ь) легко разделялись (рис. 6.Х). ДНК, выделенная из бактерий первого поколения, дает при центрифугировании одну полосу, состоящую из гибридных мХД"Х цепей, второго поколения — — две полосы: м)~ДЯН и ')ь)рм)ь), что свидетельствует о полуконсервативной схеме репликации.
В 1957 г. А. Корнберг обнаружил у бактерии Е. сой фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов --- ДНК- полимеразу 1. Открытие Корнберга показало, что в основе удвоения молекул ДНК лежат обычные биохимические реакции. По современным представлениям в репликации ДНК у прокариот выделяются следующие особенности. Релаксация суперспирализованной ДНК. Этот процесс катализируегся ферментом топоизомеразой. Для того чтобы каждая из двух цепей ДНК стала матрицей для синтеза новой цепи, необходимо, чтобы нити ДНК расправились, или релаксировали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
