Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 96
Текст из файла (страница 96)
д. Во ~всех исследованных случаях было показано, что,мутация одного гена,ведет к утрате активност>г одного специфического фермента. Таким образом, гены ~контролгвруют определенные метаболические реакции, асонтролируя биосвнтез ферментов. Это нашло отражение в утверждении «один ген — один фермент»*. Такие жс исследования,~квк на )Уеигозрога, были проведены на ыутантах вирусов, ба~ктерий, высших растений и животных.
25.2. Материальный носитель генов — ДНК Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что гены контролируют синтез ферментов,,но не дают никакой информации о химической природе гена. Множеспво данных указывает на то, что материальным носителем генов является ДНК. 1. Содержание ДНК в клетке строго постоянно лля каждого вида, что согласуется с ролью ДНК как носителя генетической информации. 2. Мутации генов могут быть вызваны ультрафполетовы|м облучением. Спектр лейепвия образования мутаций хорошо соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот. Сходным образом физические в химические агенты, способные вызвать мутации, изменяют .нуклеитговые,кислотьь 3.
Различные ~вирулентиыс штаввмы пневмоксмков немеют химически различные капсульные аолнсахариды. Беоквпсульные клетки одного типа могут быть трансформированы в культуре в капсулярные клетки лругого типа введением ничтожного, количества ДНК, выделенвой из капсульных организмов. Этот эффект называется трансформацией. Так, ничтожное количество ДНК из каосулярных пневмококков типа П1 индуцирует образование бескапсульныы пмевмококком типа П полисахарялов типа 1П. Апалогнчным образом ДНК из,различных штаммов бактерий испольэовали лля * Следует подчеркнут>в что само понятие стен» в последние годы сугцествспно изменилось !показано перекрывание структурных генов у некоторых баьтериофагов, а именно одни и те же последовательности генома могут кодировать более одного белка) за счет не«третей терминации трансляции нли сдвига рамки считывания Кроме того, пекоторыс участки внутри структурных генов зукаряот !так называемые интроны) не находят отражения в продуктах генов.
--Лрнас перва, 25. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТЛВОЛИЗМЛ, ! трансформации различных членов этого же вида по другим признака!м. ДНК работает как генетический фактор во всех этих случаях, так как трансформированные клепки размножаются дальше как итхзуцированлые, без добавления трансформирующего фактора. 4. Болыаивство вирусов бактерий (бамтерпофагов) и многие животные вирусы содержат только ДНК н белок. Для бактериофага Т2 (гл. 25) было показано, что перенос генетической внформации к пото!яству осуществляется исключительно с помощью ДНК. Белок служит только для того, побы сделать возможным провимновение Д|НК внутрь клетки„и далее ве иепользуется.
Вся лрмведенная выше информация обосновывает тот факт, что генетическим !материалом является ДНК. Поэтому ДНК должна обладать основными свойствами гена. Она должна обеспечивать смнтез точной реплики самой себя, должна обладать способностью направлять щ!нтез ферментсв и других белков. Детали этих процессов будут обсуждены,в этой и следующих грех частях. Говоря коротко, репликация ДНК является полуконсервативным процессом (см. ниже), который начинается в определенной точке и .приводит,к одновременному копированию обеих цепей двунитевой ДНК (дуплекса).
Мономерными единицами, используемыми в этом процессе, являются дезавсирибонуклеозид-5'-трифосфаты. Полнмеризация нуклеотидов идет в результате;нуклеофильной атаки 3'-г!щроксидной группой растущей цепи ДНК по нуклеотидной фосфатной группе деэоксцрпбонуклеозндтрифосфата с образованием 3',5'-фосфодиэфирной связи и РРИ Цепь, комплементарная растущей цели, служит матрицей,и определяет лоследовательность полимеризующихся ауклеотидов, чтобы образовались ~комллементарные пары — адепмна с тимином и гуанина с цитозином. Выражение генетического материала достигается путем синтеза РНК-гранскрнпта, который комплементареи одной из двух цепей двунитевой ДНК (дуплекса) . При этом образуются три тип!а РНК вЂ” транспортная (тРНК), рибосомная (рРНК) и ннформаГГН- онная, или матричная (мРНК).
Послед!няя трансларуется в белок с,помощью тРНК н частиц, содержащих рРНК и называющих~я рибосомами. 25.2.1. Некоторые генетические методы Хотя классические генетические исследования были проведены пренмущественно на диплоидных животных и растениях (эукарнотах), драматические успехи были достигнуты !на однаклеточных га~плоидвых Гмнмроорганизмах, таких, как бактерии Е. соД и Яа1- тоиеНа (урйГтиГГипГ, а также на бактериофагах Е. сой. У выси!их организмов гаплондны только гаметы — яйцеклетки и спермии, остальные (соматические) клепки диплоидны.
У аскомицетов ()теиго- 1004 иь метАБОлизм Брага, Азрегд11!из, различные дрожжи) клетки гаплоидны только в вегетативной фазе. Экспериментально возможно заменить часть генетического материала у бактерий и фагав; эта замена сопровождается вегетативным диплоидным состоянием организма. Некоторые из этих методов коротка описаны ниже. Между клетками Е. го(1 может происходить гвнетичеакая рекомбинации.
У этого организма имеются два скрещивающихся типа, обозначаемых Г+ (мужской) и à — (женский). Клетки ГА имеют а~втономную ДНК, называемую Г-фа~втором илп половым фа~втором, который при контакте Г"- и Г -клеток может переходить в Г' клетки, переводя их в Г1-состояние. Обладание Г' фактором отражает способность клетки переносить хромосаммый' материал в клеаку4реципиемт.
Перевосимый хромосомный материал поступает в аглепку рвципнент линейно, сохраняя последовательность гено~в. Прерывая спаривание через определенные промежутки времени и определяя экспрессию генов ~в реципнентнай клетке, можно определять последовательность (картировать) расположение генов в хромосоме. Другую вазиожность генетического обмена дает трвнсдукция, которая проя~вляепся у ~некота~рых типов бактериофэгов.
При росте в клетке-хозяине фаги могут включать небольшие фрагменты генетического материала хозяина и затем переносить этот материал в реципиентную |клетку дри инфицироввнше Этот метод был применен, в частности, на штамма К-12 Е. Бой а нп разлцчных штаммах 5а1пюпе11а. Ежли бвктериалниую клепку, например Е. со11, нифицировать одновременно двумя фаговыми частицами, которые отличаются по одному пли более генов, идет процесс, очень похожий па рекомбинацию хромосом (кроссимговер) у высших организмов. В результате этого ~в потомстве можно обнаружить как чистые родительские генотипы, так и рекомбинантные. Исследование бактериофата Т4 с,помощью этого ~метода позволило создать кольцевую ~карту расположения генов на единсввенной хромосоме этого вируса.
У .Многих бактерий и ДНК-содержащнх вирусов генетический ~материал расположен на единственной кольцевой хромосоме. Изучение генетики и генетических аспектов метаболизма особенно удобно проводить на гаплоидных,мнкроорга~низмах. Кутации, которые возникают спонтанно илн индуцируются с высокой частотой (облучением, нагреванием, алкилирующнми агентамн), проявляются немедленна, и продолжительность генерации исключительно ~мзда. Более того, потребности для раста обычно просты, количество генов по сравнению с высшими организмами мало. н мутанты легко выделить.
Особенно ценный метод для выделения мута1нтов, нес~пасобных,расти,без добавки определенных компонентов в питательную среду (ауксотрофов), сводится к использованию пенициллина, который убивает только растущие клетки. Если ж. Генетические Аспекты метАБо.чизмл.
! 1005 смесь бактерии дикого типа и ауксогрофа растить на минимальной среде, содержащей пенициллин, то бактерии дикого типа будут расти н погибнут, а ауисотрофные клетки останутся жиеы и качнут расти аргг переносе на среду с добавлением необходнтаопо фа~итера роста, например аминокислоты, пуринаг жирнмиднна, витамина н т.
д. На предыдущих страницах этой книги много раз упоминалось иапользоаание мутантных штаммов для выяснения метаболичеокнх путей; многие из этих штаммои были аыделены с помощью пенициллинового метода. 25.3. Полуконсервативная репликация ДНК Как уже отмечалось (гл. 7)„гипотеза Уотсона и Крика о структуре натинной ДНК сводится к тому, что каждая молекула ДНК представляет собой гьаухнитеиую спираль„а которой обе нити опя- родигпенас«ая моле«чла первая генерация 1дочер«ие моле«5«ы) Рис.
252. Полуконсерватнвная реплнкацня ДНК. Две ннтя родительской молекулы (черные) содержат гзь). В дочерних молекулах каждая ДНК содержит одну нить с ИМ н одну с '4М. Во второй генерации две молекулы содержат только ЫМ, а две молекулы равное колнчество ")ч н ии.
Стрелкк показывагот направление цепей. )чг тыва я, что фосфодняфнпная связь соеднняет С-3' н С-5' соседние остатков сахара (Иезс!зоп М., 5)ай! г., Со16 Ьрг)пи Нагьог 5)тпр. Г;)цап1. В)о1., 23, !О. 1953). 1006 пь метлаолизм за~вы водородными связями с участием специфических амино-, нмино- и кетогрупп: аденнн (Л) с ти~мюном (Т), гуанвн (6) с цитозином (С). На основе этого было предположено, что репликация может идти путем разделения двух цепей иобразоваиия на вих новых цепей таким образом, чтобы, нуклеотиды новых цепей были комплементарны старой цепи. Таким образом, каждая цепь должна служить матрицей для образования новой цепи ДНК, которая не идентична, а комплементарна матраце.
По окончании этого процесса должны образоваться две новые двунитевые молекулы ДНК,одна нить в которых служила матрнцей, а вторая синтезировиьа вновь. Первое подтверждение этой гн~потезы было получена в опытах, н ходе которых Е. сой выращивали на среде с ('Щ и вся ДНК была мечена ('Щ. Затем бактернальпые клепки тщательно отмывали и пРоводили одно скнхронизованное клеточное деление,в среде, где весь азот .был в виде ('"Щ. Прп этом общее количество ДНК в культуре удваивается. Изопнкннческим центрифугпро~ванием в концентрированном растворе СзС! (равд.
7.2.7) было пока~вано, что ДНК в этой культуре не .представляет собой смесь двух ДНК вЂ” одной с "Х и другой с "Х; но вся ДНК предста~вляет собой гибрид, содержа1ций равные количества "Х и "М. Такого результата можно было ожидать прп опнсанноьч выше механизме реплнкацни. Во время репликацин двухнитевая молекула "Х-ДНК разделяется на дзе одиночные ннтв, каждая пз ксгорых в свою очередь служит матрицей, па которой синтезируется ыХ-ДНК, что приводит к образованию гибридной двухнитевой молекулы, одна нить которой содержит "Х, а другая — "~. Этот процесс, называемый полуконсервативной репликацией, схематически показан на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
