И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Веай!е) и Э. Тейтум (Е. 1.. ТаГшп) получили Нобелевскую премию в !958 г. Если мутации комплементарны, т. е. появляется гибрид дикого типа, то их относят к разным генам. Если гибрид оказывается мутантным, то обе мутации относят к одному гену, т. е. считают их аллельными. Прн скрещивании двух особей. одна из которых несет оба этих генотипических изменения, а другая представляет собой дикий тип, образуется зигота с йис-конфигурацией мутаций.
Гибрид дикого типа возникает и тогда, когда обе мутации затрагивают один ген, и когда оказываются мутантными два разных гена. Таким образом, г(ис-транс-тест сводится фактически к трггнстесту, т. е. к функциональному критерию аллелизма. предложенному ранее Морганом. Огромный вклад в понимание структуры и функции гена внесли Дж. Бидл и Э. Тейтум, которые в начале 40-х гг. впервые исследовали биохимические мутации у 74еягоярого сказка. Эти исследования показали, что мутации ауксо- трофности у нейроспоры прерывают цепи метаболизма на конкретных этапах.
Причем аллельпые мутации всегда затрагивали один и тот же этап биосинтеза. На основе своих результатов Дж. Бидл и Э. Тейтум сформулировали принцип «один ген --- один фермент», означавший, что каждый ген контролирует синтез какого-либо определенного фермента. В 1961 г. С. Бензер изучал область г11 фага Т4. Он сопоставил молекулярные размеры этой области — 2700 пн и рекомбинационную длину — — 10%. В экспериментах были получены минимальные частоты рекомбинации —- около 0,02 %, т. е. 1/500 от всего рекомбинационного расстояния (10%К Если весь район имеет длину 2700 пн, значит, рекомбинация происходит между каждыми 5 — 6 нуклеотидами (2700: 500). Позже Ч.
Яновский показал, что кроссинговер происходит между любой парой нуклеотидов (реконом). Таким образом, не только ген, ио и любая его часть может быть разделена с помощью кроссинговера. В 1957 г. С. Бензер предложил называть участок хромосомы, в пределах которого обнаруживается Лис-транс-эффект, цистроном. Цистрон определяет одну функцию.
Ген по современным представлениям можно определить как единицу наследственной информации, занимающую определенное положение в геноме или хромосоме и контролирующую выполнение определенной функции в организме. Организация генов несколько различна у про- и у эукариот. Сначала будет рассмотрен оперонный принцип строения генов у прокариот, затем, после характеристики современных методов изучения генов, будут изложены основы организации генов у эукариот. Лпгпература к разделу 7.1 1олубовский М. Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Научно-исторические очерки. СПбэ Борей Арт. 2000.
262 с. Дубинин Н. П. Избранные труды: В 4 т. Т. 1. Проблемы гена и эволюции. Мс Наука, 2000. С, 64- ! 30. Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. Мн Высш. шк., ! 989. С. 370 — 380. Лобашев М. Е. Генетика. Лл Изд-во Ленингр. ун-та, 1967. С. 454-464. Серебровский А. С., Дубинин Н. П. Искусственное получение мутаций и проблема гена Л Классики советской генетики. Лэ Наука, 1968. С.
2<)4 †3. (Успехи эксп. бион, !929. Т. 4. С. 235-247). Хесин Р. Б. Теория гена в работах А. С. Серебровского Л Природа. 1972. № 8. С. 16-27. 149 Ггооо 7. СТРУКТУРА ГЕ11А 7'.2. ОПЕРОННЫЙ ПРИНЦИП ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ 1ас2 Р 1ас1 РО ДНК 1лпина и пн) 82 351() 1040 780 825 Поп и и сг г гид: аминокислот 1021 125 000 360 38 ООО 260 30 000 275 30 000 Бспогг: Мембранный белок 30 ООО тстрамср 500 000 Тсгрпзгер 152 000 Димср 60 000 Трпнсацстилаза структура размер, кДа Функция белка мРНК Д-Галактозилаза Псрмсаза Один трпнскрипг Рспрсссор Размеры генов, белков н их функции в лактозиом опсронс у Е.
сод 1).снйп, 1994. Р. 416). Р†. промогор, Π— оператор Бактериям необходимо уметь бысгро отвечать на изменения в окружающей среде. Их выживаемость зависит от способности переключать метаболизм с однопг субстрата на другой, поскольку поступление питательных веществ может постоянно меняться. Бактерия не синтезирует ферментов того или иного метаболического пути в отсутствие соответствующего субстрата, но способна в любое время начать их синтез при появлении такового.
Для осуществления подобного реагирования гены бактерий обьединены в кластеры таким образом, что ферменты, необходимые для определенного пути биосинтеза, кодируются генами„находящимися под общим контролем. Клетки Е. со11 в отсутствие р-галактозида содержат очень незначительное число молекул фермента, расщепляющего его, -- буквально несколько штук.
Функция фермента сводится к расщеплению молекулы 13-галактозида на составляющие сахара. Например, лактоза разлагается на глюкозу и галактозу, которые в свою очередь используются в дальнейшем метаболизме. При добавлении галактозида в бактериальных клетках очень быстро усиливается активность фермента в результате синтеза новых молекул, которые появлякгтся уже через 2-.3 мин.
Вскоре их число в клетке превышает 5000. При удалении субстрата из среды синтез фермента прекращается так же быстро, как был начат, Быстрое увеличение активности фермента за счет его синтеза под действием субстрата называется индукцией, а уменьшение активно- сти, также под действием субстрата ---- репрессией генов.
Гены можно поделить на две группы по принципу действия их продукта. Гены, которые кодируют белки, необходимые для ферментативных или структурных функций, называются структурными. Большинство генов бактерий попадают в эту категорию, которая, таким образом, представлена огромным разнообразием функций и структур белков. Гены, кодирующие белки, которые регулируют экспрессию других генов, называются регуляторными. Поскольку продукты регуляторных генов свободно диффундируют и находят подходящие мишени для активирования, такой тип взаимодействия генов называют транс-регуляцией.
Транс-действующий белок может регулировать ген-мишень либо позитивно, если в результате взаимодействия регулируемый ген включается, либо негативно, если он выключается. Белок-регулятор связывается с Оис-регулирующей последовательностью регулируемого гена, которая располагается обычно (но не всегда) рядом с геном-мишенью. Структурные гены бактерий имеют тенденцию бьггь организованными в кластеры генов„ кодируюгцих белки„чьи функции связаны. Пример кластерной организации у Е. сой представляют лактозные гены, которые индуцируются и репрессируются под действием субстрата. Весь кластер генов занимает около 6000 пн (рис.
7.3). Ген!ас! имеет свои промотор и терминатор. Конец района 1ггс1 непосредственно примыкает к промотору Р, оператор О за- 150 ОБ!ЦЛЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА Нобелевские лауреаты 1965 г. Андрэ Львов, Франсуа Жакоб и Жак Моно в аэропорту после прилета из Стокгольма, В портфеле нобелевские дипломы нимает первые 26 пн гена (ас7. После гена (ас2, который имеет необычно большую длину, расположены гены /ас1' и /асА, а также общий терминатор транскрипции.
Гены имеют следующие функции: продукт (ас2 расщепляет р'-галактозид на составляющие его сахара, продукт гена (асу является Р-галактозид-пермеазой, он транспортирует р"-галактозид в клетку. Ген!асА кодирует белок трансацетилазу — энзим, который переносит ацетильную группу с ацетил-СоЛ на р-галактозид.
Мутации генов /ас2 и !асУ дакзт фенотип 1 ас, когда клетки не могут использовать лактозу. У мутантов /ссс2 отсутствует ферментативная активность (3-галактозидазы. Мутанты по гену (асу не могут усваивать лактозу из среды. Мутанты по гену (асА не имеют фенотипического проявления, что довольно неожиданно. Вся эта система, включающая структурные гены и элементы, контролирующие их экспрессию„формирует общую единицу регуляции, называемую опероном. Модель оперона была предложена в 1961 г. Ф.
Жакобом и Ж. Моно (рис. 7.4). В короткое время эта модель оказа- За открытие механизмов генетического контроля синтеза ферментов Нобелевскую премисо в 1965 г. получилы Ф. Жакоб (Ргапсой (асоЬ), Л. Львов (Ланге 1.во!О и Ж. Моно ((асяоев Мопос(). лась в центре внимания не только генетиков, но и огромного числа биологов во всем мире. Она позволила увидеть реальный механизм регуляции активности генов. Транскрипция генов (ас2, К А контролируется белком-репрессором, кодируемым геном /ас(. Гены /ас2 К А контролируются негативно: транскрипция их идет до тех пор, пока не выключается белком-репрессором.
Мутации гена-репрессора обусловливают постоянную транскрипционную активность генов /ас2 У, А. Белок 1ас-репрессор связывается с оператором О, на старте транскрипции кластера /ас2 К А и предотвращает движение РНК-полимеразы и инициацию транскрипции (рис. 7.5). Белок-репрессор имеет два сайта связывания: один для индуктора, другой для оператора. Когда индуктор (лактоза) поступает в клетки и связывается со своим сайтом, это так изменяет конформацию молекулы белка, что нарушается связывающая способность другого сайта. В результате репрессор становится не способным сдерживать транскрипцию и она начинается. При удалении индуктора репрессор вновь занимает положение на операторе, останавливая транскрипцию.
Основным преимуществом оперонной организации генов у микроорганизмов является координация регуляции активности: все гены экспрессируются или не экспрессируются в унисон. Матричная РНК транслируется всегда с 5'-конца. Это объясняет, почему индукция всегда обусловливает появление в клетке р'- галактозидазы, (3-галактозид-пермеазы и только затем р-галактозид-трансацетилазы. А факт трансляции единой мРНК объясняет, почему относительные количества всех трех ферментов остаются одинаковыми независимо от условий индукции.
По данным, полученным в ходе реализации геномного проекта Е.со/(, завершившегося в 1997 г. полным секвенированием ДНК, в геноме кишечной палочки выявлено и предсказано 2584 оперона. Среди них 73 % содержат один цистрон, 16 % - — 2 цистрона, 4,6% — - 3 цисз.- рона (в том числе (ас-оперон), 6% — 4 и более цистрона (в том числе (гр-, /с(я-опероны). Все они имеют не менее одного промотора и управляются регуляторными белками через специфические функциональные сайты управления (В!а!!пег е! а!., 1997; Ратнер, 2002!. У эукариот опероны не обнаружены. Литерал!ура к разделу 7.2 Алихаиян С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
