Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Д. Обратите внимание, что эта структура на рис. Еможет быть разрезана по горизонтальной или по вертикальной оси. Воссоединение нитейна рис. Ж и З дает два различных набора рекомбинантов(И и К). Участки, содержащиепо одной цепи каждого из родительских дуплексов, отмечены звездочками. [Potter H.,Dressier D., Cold Spring HarborSymp. Quant. Biol., 43, 973(1979).]происходят при участии подвижных генетических элементов (табл. 31.1). Важный классподвижных генетических элементов - плазмиды.
Это кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК (рис. 31.9), размер которых колеблется от двух до нескольких сотен тысячпар оснований (kb). Плазмиды содержатгены, ответственные за инактивирование антибиотиков, метаболизм природных соединений и образование токсинов. В сущности,плазмиды представляют собой дополнительные хромосомы.
Они отличаются отбактериальной хромосомы тем, что без нихв определенных условиях клетка можетобойтись. Кроме того, плазмиды обладаютспособностью реплицироваться независимоот клеточной хромосомы. Клетка Е. coliобычно содержит около 20 копий мелкиххромосом и 1-2 большие.31.5. Фактор F позволяет бактериямпередавать гены реципиентам путемконъюгацииНекоторые плазмиды обусловливают перенос бактериями генетического материала31. Перестройки генов201Таблица 31.1.
Мобильные генетические элементыТипРазмер,kbСвойстваПлазмидыФактор F (факторфертильности, фактор плодовитости)Факторы F'Факторы R (факторы устойчивости)Факторы колициногенностиСообщаетклеткемужской фенотип,переноситсяприконъюгации>100 Переносят, помимогенов фактора F, гены Е. coli4-117 Содержат гены устойчивости к различнымвеществам:кроме того, некоторые из н и х с о д е р жат гены, обеспечивающие конъюгацию6-141 Переносят гены, продуцирующие колицин (токсин); некоторыесодержат,кроме того, гены,обеспечиваюшиеконъюгацию93Лизогенизирующие факторыРис. 31.8.Спаривание одноцепочечноймолекулыДНК(показанакрасным цветом) с комплементарной цепью (желтым) дуплекса, катализируемое белком rec A.
В результате образуется структура, называемаяD-петлей.в другие бактерии путем образования непосредственныхмежклеточныхконтактов.Этот процесс, названный конъюгацией, открыли в1946 г. Джошуа Ледерберги Эдвард Татум (Joshua Lederberg, EdwardTatum). При конъюгации клеток Е. coli одинпартнер (мужского пола) служит доноромгенетического материала, другой (женскогопола) - реципиентом. Бактерии мужскогопола имеют на поверхности особые отростки, получившие название половых пилей,а женские клетки несут рецепторные участки, которые связывают пили. Пиль связы202Часть IV.ИнформацияЛямбда48Мю38Послeдовательностивставки(IS-элементы)Небольшая часть фагов переносит геныЕ.
coli (gal или bio)наряду с вируснымигенамиВсе фаги мю несуткороткий участокгенома Е. coliОт 0,8 Гены, обрамленныедо 1,4парой IS-элементов,могут переноситьсяс места на местовнутри клеткивает между собой мужскую и женскую клетки (рис. 31.1).
Затем он сокращается, чтопозволяет клеткам вступить в непосредственный контакт для передачи ДНК(рис. 31.10). Бактерия мужского пола содержит плазмиду, называемую фактором F (отангл. fertility - плодовитость), которая несетгены, детерминирующие образование половых пилей и других компонентов, участвующих в конъюгации. При конъюгацииодна цепь плазмиды фактора F разрываетсяв одном месте, и происходит расплетаниедвухцепочечной молекулы (рис.
31.11). 5'-конец разорванной цепи входит в реципиент-ную клетку, и на ней синтезируется комплементарная цепь. При этом образуетсязамкнутая кольцевая двухцепочечная молекула. Присутствие плазмиды фактора F-в реципиентной клетке (первоначально F )+превращает ее в мужскую клетку (F ). Мужская клетка может спонтанно терять свойфактор и ревертировать таким образом к ге-нотипу F .Плазмида фактор F может интегрировать с бактериальной хромосомой. Интеграция происходит путем кроссинговера с одним из множества мест в бактериальнойхромосоме.
Частота интеграции составляетпримерно 10-5 в расчете на одну генерацию.Бактерии, несущие фактор F в своих хромосомах, называются клетками Hfr (от англ.high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). Клетки Hfr, каки клетки F+ , участвуют в конъюгации в качестве доноров (рис. 31.12). Различие междуними состоит в том, что клетка Hfr передает всю бактериальную хромосому (включая интегрированный фактор F), тогда какклетка F+ передает реципиенту только фактор F.
При скрещивании Hfr x F-- вся хромосома переносится примерно за 90 мин.Порядок входа передаваемых генов в реципиентную клетку зависит от места, в котором произошла интеграция фактора F и отего полярности. Поэтому порядок геновв хромосоме донора можно легко установить, прерывая конъюгацию в различныемоменты времени и определяя, какие маркеры успели перейти. Передаваемая хромосома донора может рекомбинировать с хромосомой реципиента. Частота рекомбинации выше всего для генов, которые вошлив реципиентную клетку первыми, так какони находятся там дольше всего.
Такимобразом, можно строить генетическиекарты, определяя время входа и частоту рекомбинации маркеров, передаваемых донором.При исключении фактора F из хромосомы Hfr-клетки она переходит в состояниеF+. Этот процесс, обратный интеграциифактора F, также происходит с частотойпримерно 10-5 за одну генерацию. В небольшой части ревертантов кроссинговерпроисходит в сайте, отличном от сайта интеграции. В результате образуется плазмида, содержащая, помимо генов фактора F,хромосомные гены (рис. 31.13). Такая плазмида называется фактором F'; штрих обозначает, что в ней присутствуют хромосом-ные гены. Конъюгация клетки F' с клеткой-F приводит к переносу этих хромосомныхгенов из донора в реципиентную клетку,которая в результате становится диплоидной по этим генам.Рис.
31.9.Электронная микрофотография небольшой плазмиды фактора R. (Печатается с любезного разрешения д-ра JackGriffith.)Рис. 31.10.Электронная микрофотография двух клеток Е. coli во времяконъюгации. (Печатается с любазногоразрешенияд-раLucien Саrо.)31. Перестройки генов203Рис. 31.11.Предполагаемыймеханизмпереноса нити фактора R приконъюгации. В суперспирализованную молекулу фактораR в клетке F+-донора вноситсяодноцепочечный разрыв, и после этого он расплетается,Перенос одной цепи фактораR в клетку F -- -реципиента сопряжен с репликацией этой цепи донора. Затем в реципиентной клетке синтезируется комплементарнаяцепь.[Warren G.J.,Twigg A.J.,Sherratt D. J., Nature, 274, 260(1978).]Рис. 31.12.Схема образования Hfr-клетокпутем интеграции фактора Fс хромосомой Е.
coli.204Часть IV.ИнформацияТаким образом, у бактерий имеется механизм для переноса целых хромосом или нескольких генов из одной клетки в другую.Фактор F можно рассматривать как особыйпереносчик (вектор), возникший специальнодля обмена генетическим материалом. Интересно отметить, что лизогенизирующиефаги также могут участвовать в обмене генов клетки-хозяина. Например, ДНК фагаλ может интегрировать между генами galи bio хромосомы Е. coli (разд.
30.16). Исключение профага из хромосомы обычно происходит точно, но не всегда. Примернов одном вирионе на 105 ДНК фага λ содержит оперон gal или ген bio. При заражениитакими фагами, называемыми λgal и λbio,эти гены вводятся в клетку Е. coli вместес генами фага λ. Другой родственный фаг,который называется φ80, интегрирует вблизи оперона trp и может переносить гены trpРис. 31.13. Аномальное исключение фактора F приводит к образованию плазмиды F', содержащейчасть хромосомы Е. coli.из одной зараженной клетки в другую. Бактериофаг μ интегрирует почти в любом месте хромосомы Е.
coli и при исключениивсегда захватывает кусок бактериальнойхромосомы. Эти трансдуцирующие фаги,подобно фактору F, представляют собойподвижные генетические элементы, которые обеспечивают взаимообмен бактериальных генов. Не исключено, что трансдукция ускоряет эволюцию бактерий.31.6. Плазмиды факторы R придаютбактериям устойчивость к антибиотикамПоразительным примером необычно быстрой эволюции бактерий может служитьэпидемия бактериальной дизентерии, протекавшая в 1955 г. Один из штаммов Shigelladysenteriae приобрел устойчивость одновременно к хлорамфениколу, стрептомицину,сульфаниламидам и тетрациклину. Такогорода множественная устойчивость к лекарственным препаратам в настоящее времяшироко распространена среди многих патогенных микроорганизмов. Гены, придающие устойчивость к многим антибиотикам,соединены вместе в плазмидных факторахR (от англ.
resistance - устойчивость), называемых также факторами устойчивости.Наиболее крупные из этих плазмид нарядус несколькими генами r содержат также фактор переноса устойчивости(resistancetransfer factor - RTF) (рис. 31.14). УчастокRTF позволяет плазмиде переноситьсяв другие бактерии с помощью конъюгации.В действительности гены участка RTF весьма сходны с аналогичными генами факторов F. Гены r кодируют ферменты, инактивирующие определенные лекарственные вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
