Том 1 (1129743), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Они в некоторой степени разошлись по профилям экспрессии и по уровнямих активности на участках экспрессии, но по-прежнему сохраняют важные черты сходства. В некоторыхучастках они экспрессируются совместно и независимо друг от друга выполняют ту же самую старуюфункцию, что и предковый ген G (чередующиеся голубые и желтые полосы); на других участках ониэкспрессируются индивидуально и могут выполнять новые задачи. б) Из-за наложения функций потеряодного из этих двух генов вследствие мутации (красный крестик) выявляет только часть его роли; и лишьпри потере обоих генов в двойном мутанте раскрывается полный репертуар процессов, за которые этигены ответственны.
Аналогичные принципы применимы и к дуплицированным генам, которые работаютв одном и том же месте (например, в одноклеточном организме), но приводятся в действие — вместеили индивидуально — в ответ на изменяющиеся условия. Таким образом, наличие дуплицированныхгенов сильно усложняет их генетический анализ.92Часть 1. Введение в мир клеткиДля более точной оценки того, насколько близко виды млекопитающих схожидруг с другом генетически, мы можем сравнивать последовательности нуклеотидовсоответствующих (ортологичных) генов или же аминокислотные последовательности белков, кодируемых этими генами.
Результаты для отдельных генов и белковимеют широкий диапазон значений. Но обычно, если мы выравниваем аминокислотную последовательность какого-либо белка человека с таковой ортологичногоему белка, принадлежащего, скажем, слону, то около 85 % аминокислот окажутсяидентичными. Подобное сравнение между человеком и птицей показывает идентичность аминокислот приблизительно на уровне 70 % — вдвое больше различий,потому что линии родословной птиц и млекопитающих разошлись вдвое раньше,чем отошли друг от друга предки слона и человека (рис. 1.52).Рис. 1.52. Временнáя шкала дивергенции различных позвоночных.
На шкале слева указан оцениваемыйпериод времени и геологическая эра жизни последнего общего предка каждой указанной пары животных.Все временные оценки основаны на сравнении аминокислотных последовательностей ортологичныхбелков; чем дольше два животных эволюционировали независимо друг от друга, тем меньшая доляаминокислот остается идентичной. Данные по многим различным классам белков пришлось усреднить,чтобы прийти к заключительным оценкам, а временнáя шкала откалибрована с учетом палеонтологических данных, согласно которым последнийобщий предок млекопитающих и птиц жил310 миллионов лет назад.
Цифрами справапредставлены данные о дивергенции последовательностей одного определенного белка(выбранного наугад) — α-цепи гемоглобина.Обратите внимание, что для этого белка, хотяи наблюдается явная общая тенденция увеличения расхождения с течением времени,имеется также и несколько нарушений. Ониотражают хаотичность эволюционного процесса и, вероятно, действие естественногоотбора, вызвавшего особенно быстрые изменения последовательности гемоглобинау некоторых организмов, которые испытывали особые физиологические потребности.В среднем, в пределах любой отдельно взятой эволюционной линии, гемоглобины накапливают изменения со скоростью около 6-тиаминокислотных замен на 100 аминокислотза каждые 100 миллионов лет.
Некоторыебелки, подвергнутые более строгим функциональным ограничениям, эволюционируютнамного медленнее, а иные в 5 раз быстрее.Все это порождает серьезные сомнения в достоверности временн�й оценки дивергенции,и некоторые эксперты полагают, что основныеветви млекопитающих отошли друг от другана целых 60 миллионов лет позже, чем показано здесь. (Переработано из S.
Kumar andS. B. Hedges, Nature 392: 917–920, 1998. С разрешения Macmillan Publishers Ltd.)Глава 1. Клетки и геномы 93Мышь в силу малого размера, выносливости и быстрого размножения сталалучшим модельным организмом для экспериментальных исследований в молекулярной генетике позвоночных. Известно много происходящих в природе мутаций,которые являются зеркальным отражением эффектов, наблюдаемых при соответствующих мутациях у людей (рис. 1.53). Кроме того, разработаны методы,позволяющие проверить функцию любого выбранного нами гена мыши или любойнекодирующей части генома мыши путем искусственного внесения мутаций в них;подробно мы объясним это позже.Одна «сделанная под заказ» мышь-мутант может дать цитобиологу море информации. Можно установить эффекты заданной мутации в легионе различныхконтекстов, одновременно проверяя действие гена в различных видах клеток тела,которое, в принципе, может пострадать от этой мутации.1.3.17. Человек сам являет миру свои особенностиБудучи людьми, мы проявляем особый интерес к геному человека.
Мы хотимзнать полный набор деталей, из которых мы собраны, и открыть механизм их работы. Но даже если бы мы были мышами, озабоченными молекулярной биологиеймышей, люди были бы привлекательны для нас в качестве модельных генетическихорганизмов благодаря лишь одной характерной особенности: в ходе медосмотрови жалобных исповедей перед врачами мы создаем каталог своих собственных генетических (и иных) расстройств. Человеческое население огромно, насчитывает насегодняшний день приблизительно 6 миллиардов индивидов, а самодокументация,накопленная человечеством, означает, что собрана огромная база данных с информацией о мутациях у человека. Полная последовательность генома человекаиз более чем 3 миллиардов пар нуклеотидов уже определена, облегчая, как никогдапрежде, опознание на молекулярном уровне именно того гена, который отвечаетза интересующий нас мутантный признак у человека.Сводя воедино данные исследований, проведенных на людях, мышах, мухах,червях, дрожжах, растениях и бактериях — используя подобия последовательностейгенов, чтобы отобразить соответствия между тем или иным модельным организмом, — мы обогащаем свои знания по всем этим организмам.Рис.
1.53. Человек и мышь: подобные гены и подобное развитие. Младенец человека и мышь, показанные на этом рисунке, имеют подобные белые пятна на лбу, потому что оба имеют мутации в одноми том же гене (названном Kit), необходимом для развития и поддержания пигментных клеток. (Любезность R. A. Fleischman.)94Часть 1. Введение в мир клетки1.3.18. В деталях все мы различныЧто в точности мы имеем в виду, когда говорим о геноме человека? О чьемгеноме идет речь? В среднем любые два человека, взятые наугад, отличаютсяпримерно одной или двумя из 1 000 пар нуклеотидов в последовательности ДНК.В проекте «Геном человека» ДНК для секвенирования была произвольно выбранаиз небольшой группы анонимных индивидов. Геном человека — геном биологического вида «человек», — строго говоря, это более сложная вещь, охватывающаяполную совокупность различных вариантов генов, которые встречаются в человеческом населении и непрерывно обмениваются и перераспределяются в ходеполового размножения.
В конечном счете мы можем надеяться задокументироватьтакже и это разнообразие. Это поможет нам понять, например, почему некоторыелюди предрасположены к одной болезни, а другие — к другой; почему однихорошо переносят тот или иной лекарственный препарат, а другие — плохо.Оно также дает нам новые ключи к приоткрытию многих тайн нашей истории:переселению людей и смешению наших предков, инфекциям, которыми онистрадали, рационам питания, которых они придерживались. Все эти моментыоставляют «следы» в различных формах генов, которые выжили в человеческихобщинах.Знание и понимание дают власть, позволяющую вмешиваться в биологию человека — чтобы избежать или предупредить болезнь, в биологию растений — чтобыполучать более обильные урожаи, в биологию бактерий — чтобы использовать ихдля наших собственных нужд. Все эти биологические предприятия взаимосвязаны,потому что генетическая информация всех живых организмов написана на одноми том же языке.
Недавно обретенная молекулярными биологами способность читатьи расшифровывать этот язык уже начала преобразовывать наши отношения с живым миром. Сведения по биологии клетки, приведенные в последующих главах,мы надеемся, подготовят читателя к ее пониманию, а возможно, и к тому, чтобывнести свой вклад в это невероятное по своим масштабам научное приключениеXXI века.ЗаключениеЭукариотические клетки, по определению, хранят свою ДНК в отдельной,окруженной мембраной полости — ядре. Кроме этого, у них есть цитоскелетдля опоры и движения, замысловатые внутриклеточные полости для переваривания и выделения, способность (у многих видов) поглощать другие клеткии метаболизм, который зависит от окисления органических молекул митохондриями.
Эти свойства предполагают, что эукариоты, возможно, зародились какхищники по отношению к другим клеткам. Митохондрии — как и хлоропластыу растений — имеют свой собственный генетический материал и, очевидно,эволюционировали от бактерий, которые были захвачены в цитоплазму клеткиэукариота и выжили как симбионты. В эукариотических клетках, как правило,в 3–30 раз больше генов, чем в прокариотических, и часто в тысячи раз большенекодирующей ДНК. Некодирующая ДНК позволяет осуществлять сложноерегулирование экспрессии генов, что необходимо для построения многоклеточныхорганизмов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
