Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Такая мутация с образованием неправильного антикодона будет, очевидно„ легальна для гаплоидной клетки и вредной, если не летальной, для диплоидной клетки. Неправильное агрочтение кода продуктом супреосорного гена (см. ниже) является, зб. генетические Аспекты метлволизьбл. и !Об! по-видимому, редким явлением, которое приводит к выживанию только в том случае, если дает клетке новые преимущества. О происхождении и причинах универсальности генетического кода нет ясной информации. Химическая ло~ика не связывает антикодон тРНК или подои мРНК с кодируемой аминокислотой. Нет также никаких очевидных сведений, объясняющих, почему одни аминоквслоты кодируются одним или двумя колонами, а другие имеют шесть кодонов, Тем не менее появившийся однажды код должен стать неизменным.
Его универсальность является одним из сильнейших аргументов в пользу того, что все живые организмы произошли от единого предшественника. Механизмы репликации ДНК, образования РНК и трансляция белка практически одинаковы для всех организмов. Эволюционные изменения, приведшие к бесконечному разнообразию организмов, происходили не в результате существенных изменений биосинтетических процессов, а путем образования новых генов для синтеза новых ферментов или других белков, обладающих вовыми структурами и функциями. Эти проблемы будут рассмотрены ниже.
26.4.2.' Мутации Изменение последовательности оснований в любой цени ДНК приведет к устойчивым наследственным изменениям, так как последующая репликация увековечит эти изменения. Каждое изменение геиомной ДНК отразится на мРНК и, следовательно, на кодируемом белке цлн на рибосомальиых нли транспортных РНК*, Точечные мутации отражают изменения единичных оснований (или пар оснований в двухнитевой ДНК), как показано при изучении с помощью кроссинговера тонкой структуры одиночных генов. Это может привести к единичной замене основания в мРНК и к замене аминокислоты в пептидной цепи, что является наиболее обычным генетическим изменением. Точечные мутации возникают в результате включения неправильного основании или за счет ошибок копирования.
Действие азотистой кислоты на нуклеиновую кислоту, например на рНК вируса табачной мозаики, приводит к дезаминированию оснований, превращая С в 13 и А в 1, который читается кав Ст. Последующие изменения аминокислотной последовательности вирусного белка согласуются с теми, которые предсказываются изменениями кодонов (табл. 26.1). Гпдроксиламнн превращает цитозин в Н'-оксицитозии, что и вызывает .мутации. Как была отмечено выше (гл, 7), ° Это утверждение недостаточно строгое, поскольку значительную часть ДНК занимают регуляторные последовательности, модификация которых не отражается ма структуре транскриптоз. — Призе нерва. пс мятлволизм некоторые аналоги пурииов или пиримидинов либо соответствующие иуклеозиды или нуклеотиды, которые включаются в ДНК, являются мутагенами, так как они могут вызывать ошибки при репликации.
Среди таких а~налогов следует отметить 5-бром- и 5-иодурацилы, 2-аминопурин, 2,6-диамннопурин и т. д. Некоторые акридиновые красители, например профлавин, которые могут интеркалировать между основаниями в цепи ДНК, вызывают делеции (или вставки) отдельных нуклеотидов, а не точечные замены (равд. 26.4). Делеции отдельных аминокислот обнаружены в гомологичных белках из различных видов организмов, даже в гемоглобине человека (гл. 31). Хотя механизм таких чприродныхэ делеций неизвестен, они, вероятно, возникают в результате разрывов цепи ДНК и утраты отдельных нуклеотидов. На самом деле, такие делеции в геноме:можно обнаружить непосредственно при наблюдении гетеродуплексов (гл.
25). Алкилирующие агенты также могут вызывать разрывы хромосом — за счет реакции с фосфатной группой и последующего расщепления лабильных тризфиров по связи между сахарным остатком и фосфатной группой. Гомологичные хромосомы спариваются во время конъюгации в диплоидных организмах. Если хромосомы совмещены неправильно, может произойти неравный кроссинговер; в результате этого происходят удлинение одной хромосомы и укорочение другой. Одна из многих возможных интерпретаций такого события приведена ниже место мрсссинпжерв На основе результатов, полученных при изучении структуры белков, можно предположить, что таким путем происходит удлинение цепи гемоглобина (гл. 31), гаптоглобина (гл.
29), иммуноглобииов ,(гл. 30) и т. д. Изменение терминирующего кодона (табл. 26.1) приводит к удлинению полипептидной цепи на С-конце, если новый кодон допускает включение аминокислоты (раза. 26.5,6.1). ТеоретЇчески возможно также удлинение полипептидной цепи с 51-конца. Гомо- логичные цитохромы с из различных видов различаются числом аминокислотных остатков иа Х-конце. Неизвестно, представляют лн собой более длинные цепи примитивные типы, хотя то, что онп обнаружены только у растений, грибов и беспозвоночных, свидетельствует о том, что зти остатки были утрачены в ходе эволюции (гл.
27). СЕ. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. Г! ~О63 26.4.3. Супрессорные гены Многие генетические исследования показали, что мутация в определенном положении генома может быть ревертирована н результате второй мутации. Такая,реверсия н нормальному или динолГу фенотппу может произойти просто в результате восстановления исходной последовательности у измененного кодона. Однако в некоторых случаях вторая мутация происходит в другом гене; такая реверспя за счет мутации в другом гене известна под названием сулрессорной мутации. Один из классов таких мутаций обусловлен мутациями в гене, нодируюГцем тРНК.
Представим себе следующие три типа мутаций а нодирующей последовательности: 1) нодон дикого типа превращается в нодон терминации, или нонсенс-нодон, что приводит к преждевременному обрыву трансляции; это так называемые нонсенс-мутации; 2) нодон дикого типа превращается в другой нодон, кодирующий другую аминокислоту, что приводит н аминояислотной замене,в полипептидной цепи; это таи называемые миссенс-мутас(ии 3) в коднрующей последовательности появляется дополнительное основание, что приводит к сдвигу ракеки считывания; это мутации сдвига рамки. Каждый из этих типов мутаций может быть супрессирован продуктом супрессорного гена, который возникает в результате изменения последовательности оснований в тРНК. Примеры каждого типа супрессин приведены ниже.
26.4.3Л. Супресснп нонсенс-мттацнд Изменения последовательности, которые приводят н изменениям тирозпновых кодонов 5'-1)АС-3' и 5 -1)А1)-3' в 5'-1)АО-3', являются нонсенс-мутациями, приводящими к преждевременному обрыву полипептидной цепи. Мутация в гене триптофановой тРНК, приводящая н превращению антикодона 3'-А()О-5' в 3'-А1 1С-5', позволяет транслировать колон терминации 5' 1)АС-3' тирозином и, таким образом, супрессирс вать нонсенс-мутацию, 26А.3.2. Супресснн ннссенс-мутацнд Введение А в 5'-положение глпцинового кодона 5'-ООО-3' приводит к аргнн~новому нодону.
Такая миссенс-мутапия может быть супресспрована в результате мутации в гене тРНКС'т ', приводящей к превращению антикодона 3'-ССС-5' в 3'-1)СС-5', такая мутантная тРНК может узнавать аргининовый нодон. Как видно из табл. 26.3, глипнповый колон 5'-ООО-3' может быть прочитан другой глицнновой тРНК (тРНКС'тп), поэтому мутация в гене тРНКотт не препятствует трансляции кодонов 5'-ООО-3' в других местах генома. 11!. метАБОлизм 2б.4.3.3. Мутации сдвига рамки Мутации сдвига рамки, которые возникают в результате включения дополнительного основания, также могут быть супрессиронаны за счет мутаций в генах тРНК.
Так, мутация в гене тРНКО"г приводит к появлению дополнительного основания в антикодоновой петле тРНК и антикодон 3'-ССС-5' преврашается в 3'-СССС-5'. Введение дополнительного основания позволяет тРНК прочитывать четыре нместо трех оснований в мРНК. Предполагается, что это сопровождается смешением МРНК вдоль поверхности рибосомы на четыре, а не на три нуклеотида.
Это испранляет сдвиг рамки, вызванный добавлением лишнего основания в мРНК. Супрессия делеционных мутаций до снх пор ие обнаружена. 26Л. Транскрипция Посредником при транскрипции генома является ДНК-зависилтая РНК-полилераза. Добавление к кле~кам опеци1рического ингибитора транскрипции — актиномицина О, который блокирует мнз снз снз актинсмннин и стадию элонгации при синтезе РНК, интеркалируя между парами П-С в двуспиральной ДНК, блокирует синтез всех типов РНК— матричной, рибосомальной и транспортной. Следовательно, РНК- о 11 с сн з сн-нс Сиз-М Смз с=о НзС о=с н ~."нзс-сн з с=о сн-н~~ Нз гМН Ожс г сн — сн Снз НМ с=о о и СН3 С ~сн-нс 3 ~ з о=с Смн сн;и с=о о не~ сн н НМ СН вЂ” О сн-нс мн снз о-с кав 26.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ А1ЕТАБОЛИЗМА И полимераза ответственна за синтез всех клеточных РНК, РНК-полимераза,катализнрует инициацию, злонгацню и терминацию полануклеотидиой цепи и нуждается в присутствии всех четырех рнбонуклеозидтрифосфатовв качестве субстратов. Реакция абсолютно- зависит от присутствия зовов нвухвалентных металлов (Муз+ или Мпз+) и нуждается в ДНК или полидезоксприбонуклеотиде в качестве матрицы. В простейшем внле РНК-полимеразную реакцию можно записать следующим образом: днк л мтР— ~ (х,ТГР)а-Р АРР; В отличие от ДНК-полимеразы (гл. 25) при работе РНК-полимеразы матрица полностью сохраняется в исходном состоянии н может быть использована повторно, т. е.
играет чисто каталитическую роль; она не является затравкой, которая должна быть удлииена и включена в продукт. В отличие от бактерий, которые содержат один внд РНК-полимеразы, эукариотические клетки содержат несколько различных полимераз, которые локализованы в различных субклеточных фракциях и ответственны за синтез различных типов РНК.
Более детально зто будет обсуждено ниже. 26.5.1. Структура бактернальных РНК-полимераз Наиболее хорошо изученным ферментом такого рода являетси РНК-полимераза Е. со(1, Это белок большой молекулярной массы (М 480000), состоящий из четырех субъединиц, обозначаемых Д, и и а (М 160000, 150000, 40000 и 86000 соответственно). Эти субъединицы входят в фермент в количественном соотношении 1:1;2;1. Комплекс, содержащий только а-, Р и 6'-субъединицы называется кор-ферментом. Мутанты Е. Со(1, устойчивые к рифампицину и стрептолидигину, которые являются специфическими ингибнторами РНК-полимеразы, содержат измененную Р-субъединицу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
