Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 21
Текст из файла (страница 21)
26.5). Это - надежная проверка правильности всего генетического кода и егоуниверсальности.Почему код не изменился за миллионылет эволюции? Обсудим действие мутации,изменяющей считывание мРНК. Такая мутация изменит последовательность аминокислот в большинстве, если не во всех белках, синтезируемых в клетках мутантногоорганизма. Многие их этих изменений, безусловно, окажутся губительными, и, следовательно, должно существовать сильное давление отбора против таких мутаций.26.10.
Последовательность оснований генаи последовательность аминокислотсоответствующего полипептида коллинеарныОбратимся теперь к взаимоотношениям между генами и белками. Как показала работаСеймура Бензера (Seymour Benzer) по генетическому картированию высокого разрешения, гены - неразветвленные структуры.Этот важный результат согласовывалсяс установленным фактом, что ДНК представляет собой линейную последовательностьпар оснований. Полипептидные цепи такжеимеют неразветвленную структуру.
Поэтому в начале 60-х годов возник следующийвопрос: существует ли линейное соответствие между геном и его полипептиднымпродуктом?ПодходЧарлзаЯнофски(CharlesYanofsky) к этой проблеме состоял в использовании мутантов E.coli, у которых образуется измененная молекула фермента. Было выделено много мутантов по α-цепитриптофан-синтазы и определена локализация мутаций на генетической карте α-цепис помощью рекомбинационных экспериментов с трансдуцирующим фагом.
Некоторыеиз этих мутаций были локализованы близкодруг к другу на генетической карте, тогдакак другие были сильно удалены в пределаходного гена. Следующей важной задачейбыло определить положение аминокислотной замены для каждого из этих десяти мутантов. Прежде всего была определена последовательность 168 аминокислот α-цепидикого типа.
Затем с помощью метода «отпечатков пальцев» были установлены местои природа аминокислотной замены в каждом случае. Порядок расположения мута-ций на генетической карте был таким же,как порядок соответствующих замен в последовательности аминокислот полипептидного продукта (рис. 26.5). Другими словами,ген, кодирующий α-цепь, и его полипептидный продукт коллинеарны.26.11. Некоторые последовательностивирусных ДНК кодируют более одного белкаОткрытие того факта, что ДНК фага φХ174кодирует больше белков, чем позволяетимеющееся в ней количество нуклеотидов,было совершенно загадочным.
Как этот вирус может кодировать более 2000 аминокислотных остатков, если он содержит всеголишь 5375 нуклеотидов? Ответ был получениз полной последовательности оснований(разд. 24.29), когда обнаружилось, чтов ДНК фага φХ174 некоторые гены перекрываются. Определенные участки соответствующих транскриптов транслируются в различных рамках считывания, что приводит кобразованию белков с различными последовательностями аминокислот (рис. 26.6).Например, одни и те же 300 нуклеотидовкодируют белок гена Е и большую частьбелка гена D. Еще более поразительныйТаблица 26.5. Мутации в гемоглобине человека, триптофан-синтазе E.coli и белке оболочки вируса табачной мозаики (ВТМ)БелокЗаменааминокислотыГемоглобинGlu—>ValГемоглобинGlu—>Lys1)ГемоглобинТриптофан-синтазаТриптофан-синтазаТриптофан-синтазаБелок оболочкиВТМБелок оболочкиВТМБелок оболочкиВТМGlu —>GlyGly —>ArgGly—>GluGlu —>AlaLeu —>PheGAA —>AAAGAA —>GGAGGA —>AGAGGA —>GAAGAA —>GCACUU—>UUUGlu —>GlyGAA —>GGAPro —>SerCCC —>UCCПредполагаемое изменениекодона1)GAA—>GUA1)Замена Glu—>Val и Glu—>Lys происходит в положении 6 в β-цепи гемоглобинов S и С человека соответственно.26.
Генетический код.Зависимость гены-белки77Рис. 26.5.Коллинеарность гена и аминокислотнойпоследовательности α-цепи триптофан-синтазы.Положение мутаций в ДНК(желтая линия) было определено методами генетическогокартирования.Аминокислотные замены в последовательности аминокислот (синяялиния) расположены в том жепорядке, что и соответствующие мутации. (Yanofsky С.,Gene Structure and ProteinStructure, Sci. Amer., 1967.)пример представляет родственный бактериофаг G4, в ДНК которого некоторые короткие участки кодируют три различныхбелка.
Эти вирусы используют перекрывающиеся гены, чтобы ввести больше информации в маленькие молекулы ДНК. Однако заэту генетическую экономию приходитсяплатить: на последовательности аминокислот, кодируемые перекрывающимися генами, накладываются строгие ограничения.Поэтому перекрывающиеся гены, по-видимому, широко используются лишь в тех случаях, когда количество ДНК строго лимитировано, как в случае вирусов с белковойоболочкой строго определенных размеров.78Часть IV.Информация26.12. Гены эукариот представляют собоймозаику из транслируемых и нетранслируемых последовательностей ДНКУ бактерий полипептидные цепи кодируются непрерывной последовательностью триплетных кодонов. В течение многих лет считалось, что гены высших организмов такженепрерывны. Эта точка зрения была неожиданно опровергнута в 1977 г., когда в нескольких лабораториях было открыто, чтонекоторые гены имеют прерывистое строение.
Например, ген β-цепи гемоглобина прерывается в области, кодирующей аминокислотную последовательность, длинной некодирующей вставочной последовательностьюиз 550 пар оснований и короткой последовательностью из 120 пар оснований. Такимобразом, ген β-глобина разделен на три кодирующие последовательности:Эта удивительная структура была открытас помощью электронно-микроскопическихисследований гибридов между β-глобиновой мРНК и фаргментом ДНК мыши, содержащим ген β-глобина (рис. 26.7). Двухцепочечная ДНК частично денатурируется,что позволяет мРНК гибридизоватьсяс комплементарной цепью ДНК. Затемодноцепочечный участок ДНК образуетпетлю и на электронных микрофотографияхвыглядит как тонкая линия в отличие отдвухцепочечной ДНК или ДНК-РНК-гибридных участков, которые выглядят значительно толще.
Если бы ген β-глобина былРис. 26.6.Перекрывающиесягеныв ДНК фага φХ174. Рядом споследовательностью оснований показаны две последовательности аминокислот, детерминируемые различными рамками считывания.непрерывен, была бы видна одна петля. Однако на электронных микрофотографиях таких гибридов (рис. 26.8) отчетливо виднытри петли. Это показывает, что ген прерывается по крайней мере одним участкомДНК, которого нет в соответствующеймРНК.
Дополнительные данные о вставочных последовательностях были получены при картировании рестрикционныхфрагментов гена β-глобина и продуктаобратной транскрипции мРНК. Большиеразличия между этими картами показали,что геномная ДНК содержит нетранслируемые последовательности между кодирующими последовательностями.
Рестрикционные карты позволили уточнить локали-зацию таких вставочных последовательностей.На каком этапе экспрессии гена удаляются вставочные последовательности? Новосинтезированные РНК, выделенные из ядра,значительно длиннее молекул мРНК, которые из них получаются. В частности, первичный транскрипт гена β-глобина содержит две нетранслируемые области.
Этивставочные последовательности в первичном 15S-транскрипте вырезаются, а кодирующие последовательности одновременносоединяются под действиемферментасплайсинга. Этот фермент обладает высокой точностью. Так, образуется зрелая9S-мРНК (рис. 26.9). Кодирующие последовательности прерывистых («разорванных»)генов называются экзонами, а вставочныепоследовательности - интронами (от англ.слов expressed regions - экспрессирующиесяучастки и intervening sequence - прерывающая последовательность).Еще один прерывистый эукариотическийген - ген овальбумина куриного яйца, который состоит из восьми экзонов, разделенных семью длинными интронами(рис.
26.10). Еще более удивителен ген кональбумина: он содержит не менее 17 экзонов. Общее свойство экспрессии этих генов - то, что их экзоны располагаютсяв мРНК и в ДНК в одной и той же последовательности. Таким образом, прерывистыегены, подобно непрерывным генам, коллинеарны своим полипептидным продуктам.Все картированные до настоящего времени гены птиц и млекопитающих, кроме геновгистонов (разд. 29.13), содержат интроны.Почему практически все гены высших эукариот содержат вставочные последовательности? Один из возможных ответов состоитв том, что прерывистые гены отражают процесс эволюции.
Экзоны могут соответствовать крупным структурным или функциональным элементам (доменам), которыесоединились и образовали белки с новымисвойствами. Другая возможность состоитв том, что вырезание вставочных последовательностей регулирует поток мРНК из ядрав цитозоль. В соответствии с этой гипотезойсплайсинг (сращивание) первичного транскрипта играет ключевую роль: он определяет, какие белки синтезирует клетка. Открытие прерывистых генов у высших организмов ввело нас в увлекательную область26. Генетический код.Зависимость гены-белки79Рис. 26.7.Выявление вставочных последовательностей с помощьюэлектронноймикроскопии.Молекула мРНК (красная линия) гибридизуется с геномнойДНК, содержащей соответствующий ген.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
