Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 43
Текст из файла (страница 43)
А. Палиндром, ини обреюенный повтор. Видно, что он обладает осевой симмет- рией. Ось снмметрни второго порвдке прово- дит через нентрввьную точку. Б. Крсстсобрез- нев структуре, вазнвквюпмв в том сдучее, есл» ссновеннв пвниндромв образуют пкрм не мен- ду пенвмгь е внутри кюкдой из цепей. В истин- ной зуквриотической ДНК пвдиндромы могут Содержите десвтки и деже сотни оснований.
3' 5' Б Размеры многих палиндромов достигают тысячи пар оснований. Более короткие палиндромы, так же как и в случае ре- ' Поскольку приведенные два палиндрома невозможно веревссти, мы даем в качестве примеров двв палиндрома на русском языке, состевленнык сотрудником Инсппуге биофизики АН СССР Б. Гольдппейном: Уж редка рукою окурок держу. Умер и мир ему. 884 ЧАСТЫЧ. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Ген питокрсма Ь Лидер 27.28. Многие эукириотические гены содержат встивочные иетраислируемые последовательности (митровы) А 3 2000 оснований В 1900 ссисваннй С 1500 оснований 0 750 оснований "Хвост" Рис 27-29.
Вставочные послеповательности (иитроны) а паук зукарнотичесвих генах. Ген овальбумина солернит шесть ннтроноа (оин обозначены серым пастон а буквами Л вЂ” Р) и, слековатепьнс, разделан иа семь участков, нли зкзонов (указаны красным пестом н пифрами 1-7). В гене питохрома Ь присутствуют четыре патрона (серые, Л-П) и пать зкзоноа (краоаые, 1 — 5). В обоих случаях интроны составляют ую чвс ДНК . Рк нований, вхолящих в состав ингронов гена пнтохрома Ь. стриктируемых последовательностей, выполняют роль особых сигналов. Длинные палиндромы способны образовывать крестообразные структуры за счет спаривания оснований внутри каждой из двухцепочечных петель (рис.
27-28). Функция длинных палиндро- мов пока неизвестна. Многие эукариотические гены (может быть, даже большинство их) обладают весьма загадочной структурной особенностью, которая состоит в том, что в их нуклеотидную последовательность вставлен участок ДНК, не кодирующий аминокислотную последовательность полипептидного продукта. Эти нетранслнруемые вставки прерывают строго коллинеарное соответствие между нуклеотидной последовательностью остальных участков гена и аминокислотной последонательностыо полипептида, копируемого этим геном (рис. 27-29). Такие нетранслируемые участки ДНК а генах называют лстабоч ными носледокательнаснгями, или интронамгс тогда как участки гена, кодирующие аминокислотную последовательность полипептида, называют зкзонами.
Хорошо известным примером может служить ген, кодирующий единственную полипептндную цепь пичного белка — оа)хльбумина. На рис. 27-29 видно, что в этом гене присутствуют шесть интронов, которые разделяют ген ональбумина на семь экзонов. Видно также, что интроны в этом гене гораздо длиннее экзонов — суммарная длина всех интронов составляет 35;/ общей длины ДНК гена. За немногими исключениями, ксе изученные к наогюящему времени зукариатическил гены содержат интроны, которые различаются но числу, но месту расположения, а также по тому, какую часть общей длины гена ани занимании. Например, ген сывороточного альбумина содержит 6 интронов, ген белка кональбумина куриных яиц-17 интронов, а ген коллагена — свыше 50 интронов. Исключение составляют гены гистонов, которые, по-видимому, не содержат интронов.
Смысл существования интронов до конца ие ясен и служит предметом множества гипотез. Одно из предположений ГЛ. 27, ДНК; СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ 885 заключается в том, что интроны играют роль регуляторных сигналов. Согласно другой гипотезе, интроны разделяют гены на отдельные, способные обмениваться участки («мини-гены»), которые могут рекомбинировать в ходе эволюции вида с образованием новых генов. Какона бы ни была функция интронов, очевидно, их исследование поможет решить ряд проблем, связанных с транскрипцией генов (гл. 28).
27.29. Нуклеотидиые последователыюсти иекоз орых ДНК уже расшифрованы В 1977 г. была определена полная нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага фХ174 (с. 850). Это выдающееся достижение ознаменовало собой начало новой эры в биохимии генов и хромосом.
С тех пор была расшифрована нуклеотнлная последовательность целого ряда генов, и в настоящее время, по крайней мере в принципе, можно определить последовательность оснований, повидимому, любой ДНК. До 1977 г. была расшифрована нуклеотидная последовательность многих тРНК и нескольких небольших МРНК.
Роберт Холли и его коллеги первыми определили нуклеотидную последовательность нуклеиновой кислоты-дрожжевой аланиновой тРНК. Это исследование, завершенное в 1965 гн потребовало нескольких лет работы. Хотя молекулы тРНК состоят менее чем из 100 нуклеотидных остатков, они содержат много необычных модифицированных оснований, которые необходимо было идентифицировать. При секвенировании (т.е. определении нуклеотидной последовательности) ДНК возникают также и другие трудности. Мы уже упоминали, что в среднем геи Е.
сой состоит из 1200 нуклеотидных пар„а целая молекула ДНК бактериофага фХ174-более чем нз 5000 пар. Раньше ие было методов, позволяющих избирательно расщеплять ДНК по определенному нуклеотиду — скажем, по всем остаткам А. Даже если бы такой метод существовал, при расщеплении образовался бы очень большой набор фраг- ментов меньше~о размера, которые чрезвычайно трудно было бы разделить. Более того, если бы даже удалось разделить и секвенировать эти фрагменты, восстановить из них полную последовательность оказалось бы практически невозможным.
Решающий успех был достигнут благодаря трем основным достижениям. Первым иэ иих явилось открытие ресгриктируннцих энлонуклеаз, которые расщепляют молекулы ДНК только в сравнительно небольшом числе специфических точек. Йспользование двух или большего числа рестриктирующих эндонуклеаз (табл. 27-7) позволило расщеплять молекулы ДНК на отдельные фрагменты разными способами с образованием перекрывающихся последовательностей-точно так же, как применение двух различных протеолитических ферментов (например, трипсина и химотрипсина) открыло в свое время возмож- 50 нм Рнс. 27-30.
Обезьлннй вирус 40 18У401 вызывает рак у хомачков н других мелких ннвотных. Он нрелстввлвет собой однн кз самых мелких каннеротснных внрусоа Белковак оболочка ВУ40 имеет форму нкосаздра, т. с, днаднатнтранннка. 336 ЧАСТЬ 1К МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Егс я1 Нэя Нга ы Н,в Позивкрмлам и Число нукявотидных 1! 1О 9 3 7 6 Направлени лвижвния пр эявкт1юфа1жэ ность расщеплять полипептидные цепи на разные наборы фрагментов и устанавливать аминокислотиые последовательности в перекрывающихся участках (разл. 6.7,е).
Например, ДНК обезьяньего вируса 40 (ВУ40) (рис. 27-30), способного превращать некоторые клетки в злокачественные, была расщеплена Рис. 27-31. Сайты рсстрэпщии кольцевой моле- кулы ДНК Бтао дла трех разньж рсстрикти- рующих згщануклеаз - Еса и1, Нм и Нра 1, каждая из которых узнает и каталиэирует рас- щепление двойной спирали в определенных участках, 4. Еса Я1 расщепляет обе цепи коль- цевой ДНК 5940 только в одном сайте„пере- водя ее в линейную форму.
Этот саят принят эа точку отсчета. От него определяют положе- ние сайгон рестрикции ДНК зт40 ллк лругмх ресгриктнрующнх зидоиуклевэ. Б. Нщ (смесь Нсл бц и Нм дщ) расщепляет ДНК в одиннадцати сайтах с образованием двена- лпа фрв е о . Д Нр 1 расще яет ДНК всего в четырех местах с образованием пати фрагментов. Данные ферменты были первыми рестриктнрующими эндоиуклевэамм„которые Даниэль Натане и его коллеги прмменили для картирования гемов в ДНК зт'40.
Сейчаа уже известны святы рестрикции генома зт40 для множества другик зндонуклеаз Рис 27-32. Электрофоретнчссхое разделение олигонуКлеотидов по длине цени на плаатинке полиакриламидиого гела Чем короче олигонуклеотиды, тем быстрее ани двюкутся к положительному электроду. Изменяя пористость полиаариламидного геля, данную процедуру можно ищэальзоиать для рюделсния довольно длннных алнгоиуклеотидов, содержащих до лвухсат м более оствтков. даже если эти олигонуюжотнды различаются всего лишь одним остатком. рестриктирующими зндонуклеазами в ряде специфических точек с образованием фрагментов, удобных для определения локализации отдельных генов. На рис. 27-31 схематически показаны сайты расщепления ДНК БУ40 с помощью трех рестриктирующих зндонуклеаз.
Вторым важным достижением оказа- 887 ГЛ. 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ Дополнение 27-1. Секвенирование короткого фрагмента ДНК при помощи химического метода Максама-Гилберта В приведенном ниже описании опущены некоторые детали для того, чтобы сконцентрировать внимание на основном принципе метода. Предположим, что у нас есть полученный в результате действия рестрнктируюшей эндонуклеазы фрагмент ДНК размером в 1О нуклеотидных остатков с последовательностью 8*.конец 8'-конец С-А-Т-С-А-С-С-Т-А-С Первый этап состоит во введении радиоактивной метки в 5'-концевой остаток (П), который показан на красном фоне: фА-Т-С-А-С С-Т-А-С После этого меченный по 5'-положению олигонуклеотнд распределяют на четыре порции.
Первую из них подвергают химической обработке, в результате которой олигонуклеотид распадается на небольшие куски за счет статистического выщепления остатков С. При таком расщеплении олигонуклеотида по С может получиться следующая смесь: 4А-Т-С-А-С Т-А-С ййА-Т А-С-С-Т-А-С А-С лось усовершенствование электрофоретических методов разделения фрагментов ДНК в соответствии с числом содержащихся в них нуклеотндных остатков Этн методы обладают настолько высоким разрешением, что позволяют разделять фрагменты ДНК размером ло 200 нуклео гидов даже если они отличаются друг от друга по длине всего лишь на один нуклеотид (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
