Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 35
Текст из файла (страница 35)
NatAcad. Sci., 75, 1783-1787.Ptashne M., Jeffrey A., Johnson A.D.,Maurer R.,Meyer B.J.,Pabo C.O.,Roberts T.M., Sauer R.T, 1980. Howthe λ represser and crо work, Cell, 19,1-11.Hershey A.D.(ed.),1971.TheBacteriophage Lambda, Cold SpringHarbor Laboratory. [Имеется перевод: Фаг лямбда.- М.: Мир, 1975.](Содержит множество сведений о фаге λ.)Reichardt L.,Kaiser A.D.,1971.Control of λ represser synthesis, Proc.Nat. Acad. Sci., 68, 2185-2189.К какому результату приведутследующие мутации?а) Делеция регуляторного гена lас-оперона.б) Делеция регуляторного гена trp-оперона.в) Делеция регуляторного гена аrа-оперона.г) Делеция гена сI фага λ.д) Делеция гена N фага λ.2.СуперрепрессированныемуSтанты по lас-оперону (i ) ведутсебя как неиндуцибельные мутанты.
Ген iS+доминирует над геном i в частичных диплоидах. Каким может быть молекулярный механизм этой мутации?3.Имеется мутант Е. coli, синтезирующий большие количестваβ-галактозидазы независимо от того, присутствует ли в среде индуктор. Частичныедиплоиды, образованные из этого мутантаи F i + o + z - - , также синтезируют много β-галактозидазы независимо от присутствияиндуктора. Какая мутация могла бы привести к такому результату?4.Из культуры дикого типа выделен мутант, неспособный растина галактозе, лактозе, арабинозе и рядедругих источников углерода.
Концентрация циклического AMP в клетках мутантанормальна. Какая мутация могла бы привести к такому результату?5.Клетка Е. coli, несущая профагλ, иммунна к литическому инфицированию этим фагом. Почему?6.Транскрипция сI может бытьинициированаспромотораpRE, предназначенного для установлениялизогении, или pRM, предназначенного дляее поддержания. Транскрипты с pRM начинаются с 5'-концевого кодона AUG λ-peпрессора, а в транскрипте pRE этому кодону инициации предшествует последовательность, комплементарная 3'-концевойпоследовательности 16S-pPHK. Для инициации на участке pRE необходимы белки,кодируемые фагом, которые не экспрессируются в лизогенном состоянии.а) Какой транскрипт будет транслироваться с большей эффективностью?б) Каково возможное физиологическое значение этого различия?Дополнительные вопросы см.: Hood L.E.,Wilson J.
H, Wood W. В., Molecular Biologyof Eucaryotic Cells, Benjamin, 1975, ch. 1.ГЛАВА 29Эукариотическиехромосомы и выражениегенов у эукариотЭукариотическая клетка содержит гораздобольше генетической информации, чемпрокариотическая. Например, в клетке человека в 1000 раз больше ДНК, чемв клетке Е. coli, и примерно в 100000 разбольше, чем в одном вирионе фага λ. Этоизобилие ДНК наделяет эукариот большими потенциальными возможностями, которых нет у прокариот. Другое отличие состоит в том, что ДНК высших организмовассоциирована с основными белками - гистонами, а хромосомы низших организмовтаких белков не содержат. Предназначениеэтих основных белков - упаковывать ДНК,с тем чтобы при контурной длине, равноймногим сантиметрам, она могла бы поместиться в объеме диаметром несколько микрометров.
Характерная морфология эукариотических хромосом, которую легко наблюдать в световом микроскопе, показывает, что они организованы значительносложнее, чем геномы прокариотическихклеток. К тому же форма эукариотическиххромосом резко меняется в ходе клеточного цикла. Еще одна важная особенность,которая собственно и отличает эукариотот прокариот, состоит в том, что эукариотические хромосомы окружены ядерноймембраной.
Этой мембраны у прокариотнет, равно как нет и других внутреннихмембран. Благодаря наличию мембранытранскрипция и трансляция у эукариотразделены во времени и в пространстве,тогда как у прокариот они тесно сопряжены. В ядрах высших организмов первичные транскрипты подвергаются значительной модификации, расщепляются и ихфрагменты соединяются. Лишь небольшаячасть синтезированных в ядре РНК выходят в цитозоль в виде мРНК. Очевидно,что у эукариот выражение (экспрессия) генов осуществляется значительно болеесложным путем, чем у прокариот. Исследования в этой области быстро развиваются, поскольку мы научились выделятьи клонировать гены эукариот, определятьв них последовательность нуклеотидови осуществлять их выражение в хорошоизученных системах.
По всему чувствуется,что мы находимся на пороге раскрытияодной из важнейших проблем биологии —механизма клеточной дифференцировки.Рис. 29.1.Фазово-контрастная микрофотография хромосомы типаламповой щетки из ооцита.(Печатается с любезного разрешения д-ра Joseph Gall.)29. Хромосомы и выражениегенов у эукариот127Рис. 29.2.РадиоавтографмолекулыДНК Drosophila melanogaster.Контурная длина этой ДНКравна 1,2 см. [Kavenoff R.,Klotz L. С., Zimm В. Н., ColdSpring Harbor Symp. Quant.Biol., 38, 4 (1974).]29.1. Эукариотическая хромосома содержитодну молекулу двухспиральной ДНКМожно ли утверждать, что хромосома содержит одну длинную молекулу ДНК?В течение многих лет на этот вопрос былотрудно ответить, так как очень длинныемолекулы ДНК невероятно чувствительнык разрыву под действием сил сдвига.
Бруно Зимм (Bruno Zimm) решил эту проблему с помощью метода вязкостной эластометрии, позволяющего измерять длинусамых крупных молекул ДНК в смеси. Молекулы ДНК растягивают в потоке жидкости, и затем им дают свернуться в нормальное состояние. Время, за котороесвертывается половина молекул, зависитот их молекулярной массы. Клетки плодовых мушек лизировали в камере для измерений, чтобы избежать разрывов ДНКпри переносе образцов. Нуклеазы инактивировали, инкубируя образцы в присутствии детергента при 65°С. Кроме того,для гидролиза связанных с ДНК белковдобавляли проназу.Масса самых крупных молекул ДНКв полученной смеси составляла 41•106 кДа.Эта величина хорошо согласуется с известным содержанием ДНК в самойбольшой хромосоме Drosophila melano128Часть IV.Информацияgaster - 43•106 кДа.
Превосходное совпадение результатов наблюдалось также в случае мутанта с транслокацией, затрагивающей самую большую хромосому. В этойхромосоме содержится дополнительный кусок ДНК, благодаря которому содержание ДНК в ней достигает 59•106 кДа. Измеренное количество ДНК в этой молекуле составило 58•106 кДа. Радиоавтографы ДНК D. melanogaster (рис. 29.2) подтверждают существование очень длинныхмолекул ДНК. Эти исследования показали, что хромосома дрозофилы содержитодну непрерывную молекулу ДНК. Крометого, эта молекула ДНК линейная и неразветвленная.29.2. Эукариотическая ДНК прочно связанас основными белками - гистонамиДНК эукариотических хромосом находится не в свободном виде, а прочно связанас группой небольших основных белков, называемых гистонами.
На долю гистоновприходится около половины массы эукариотических хромосом; вторую половинусоставляет ДНК. Этот нуклеопротеиновыйматериал хромосомы называется хроматином. Если обработать хроматин солью илиразбавленной кислотой, гистоны и ДНКможно диссоциировать. Образовавшуюсясмесь можно затем разделить с помощьюионообменной хроматографии. Гистоныподразделяются на пять типов, обозначаемых соответственно H1, H2A, Н2В, Н3и Н4.
Они имеют массу от 11 до 21 кДа(табл. 29.1). Удивительная особенность гистонов - высокое содержание положительнозаряженных боковых цепей: примернокаждый четвертый остаток - лизин или аргинин.Благодаря посттрансляционным моди-фикациям определенных боковых цепейкаждый гистон существует в несколькихформах. Например, лизин-16 гистона Н4может быть ацетилирован. Кроме того, гистоны могут быть метилированы, ADP-рибозилированы и фосфорилированы.
Изменения заряда, способности к образованиюводородных связей и формы молекул гистонов в результате таких ковалентныхмодификаций могут играть важную рольв регуляции доступности ДНК для репликации и транскрипции.29.3. Последовательности аминокислотв гистонах Н3 и Н4 почти одинаковыу всех животных и растенийЭмиль Смит и Робер Де-Ланж (EmilSmith, Robert DeLange) показали, что последовательности аминокислот в гистонеН4 из проростков гороха и из тимуса теленка различаются только по двум положениям из 102.
Замены эти очень незначительны: валин - вместо изолейцина и лизин - вместо аргинина. Таким образом, последовательность аминокислот гистона Н4сохранилась почти без изменений на протяжении 1,2•10 9 лет, прошедших со времениразделения всего живого на царства растений и животных.
Гистон Н3 также малоизменился на протяжении этого колоссального периода эволюции. Последовательности аминокислот в гистоне Н3 из проростков гороха и из тимуса теленка различаются по четырем положениям. Интересносравнить скорость изменения последовательности этих гистонов в ходе эволюциисо скоростью изменения других белков.Обычно для этого используется величинаединичного эволюционного периода. Онаравна времени, за которое последовательность аминокислот изменяется на 1% поТаблица 29.1.
ГистоныТипОтношение[Lys]/[Arg]ЧислоаминокислотныхостатковМасЛокализаса, кДа цияН1Н2А20,01,2521512921,014.5Н2ВН3Н42.50,720,7912513510213,815,311,3ЛинкерСердцевинаРис. 29.3.Последовательность аминокислот в гистонах Н4 из тимусателенка. Несколько остатковмодифицированы. α-Аминогруппа ацетилирована, равнокак и ε-аминогруппа Lys-16. εАминогруппа Lys-20 метилирована или диметилирована.Гистон Н4 из проростков гороха имеет такую же последовательность аминокислот, за исключением положений 60(изолейцин) и 77 (аргинин).сле того, как дивергируют две эволюционные линии. Эта величина для гистоновН3 и Н4 составляет 3•108 и 6•108 лет соответственно и значительно выше, чем длядругих исследованных до настоящеговремени белков, Например, для цитохромас единичный эволюционный период составляет 2•107 лет, для гемоглобина - 6•1066лет, для фибринопептидов - 1•10 лет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
