Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Обмен генетической информацией с геномом клетки или с другими плазмидами происходитпутем переноса определенных участков плазмиднойДНК, способных к перемещению (транспозиции), содной молекулы ДНК на другую и называемых поэтому транспозонами.Транспозоны - участки ДНК, способные к перемещению содной молекулы на другую, - часто содержат генырезистентности (нечувствительности) к антибиотикам. Гены, которые оказались в транспозоне,могут переходить от плазмид к хромосомной ДНК иобратно. Таким образом, вследствие переноса плазмид при конъюгации гены резистентности могут быстро распространяться в популяции бактерий.ВИРУСЫ,ПОРАЖАЮЩИЕПРОКАРИОТ,используют в качестве генетического материала какДНК, так и РНК. РНК в данном случае всегда бываетодно-цепочечной (гл. 5).
ДНК может быть идвухцепочечной (как в бактериофагах Т2, Т4, Т5 и Т6),и одноцепочеч-ной (как в бактериофаге фХ 174). Одноиз существенных различий в организации ДНК междунекоторыми вирусами прокариот, с одной стороны, ипрокариоти-ческими клетками — с другой, состоит втом, что у этих вирусов в отличие от клеток естьперекрывающиеся гены.Перекрывание генов наблюдается в том случае, когда одна ита же нуклеотидная последовательность кодирует дваили три разных белка.
Такие гены были впервыеобнаружены в колифаге (т. е. бактериофаге, поражающем Е. coli) фХ174 Сэнгером с сотрудниками в1977 г. Определив нуклеотидную последовательностьфаговой ДНК, они обнаружили, что три гена (обозначаемые буквами К, С и А) занимают одно и то же положение в молекуле ДНК, но соответствующие этимгенам последовательности нуклеотидов прочитываются каждая в своей системе отсчета (со своей рамкойсчитывания). Такое использование ДНК, хотя и даетзначительную экономию генетического материала,сильно ограничивает возможность варьирования последовательности, особенно в области кодонов инициации и терминации различных белков. Так, для гена Апоследним основанием первого изображенного на рисунке кодона обязательно доложен бытьаденин, с которого начинается стартовый кодон гена С, кодирую-щий fMet.
Аналогичным образом первым основаниемв третьем кодоне гена С также должен быть аденин,поскольку им оканчивается терминирующий кодонгена А.КЛЕТКИ ЭУКАРИОТ используют в качестве генетического материала лишь двухцепочечную ДНК. Структурные гены, функционирование которых тесно связаносо специфическими последовательностями в молекулеДНК, называемыми регуляторными участками, подразделяются на независимые гены, повторяющиеся геныи кластеры генов. В кодирующие последовательностиэтих генов могут вклиниваться некодирующие, называемые интронами.
Кроме того, между генами могутнаходиться участки ДНК с большим числом повторов(сателлитной ДНК) и спейсерной ДНК, транскрибируемой или нетранскрибируемой.Независимые гены — это гены, транскрипция которых,как и у прокариот, не связана с транскрипцией другихгенов в рамках транскрипционной единицы. Ихактивность может, однако, регулироваться экзогенными веществами, например гормонами.Повторяющиеся гены присутствуют в хромосомев виде повторов одного гена. Ген рибосомной 5S-PHKповторяется много сотен раз, причем повторы располагаются тандемом, т.
е. следуют вплотную друг задругом, без промежутков. Близкие к нему в функциональном отношении гены 5,8S-, 18S- и 28S-pPHK также присутствуют в виде многочисленных повторов, нолокализованы в ядрышковой ДНК.Кластеры генов — это локализованные в определенныхучастках (локусах) хромосомы группы различныхгенов с родственными функциями. Кластеры тожечасто присутствуют в хромосоме в виде повторов.Например, кластер гистоновых генов повторяется вгеноме человека 10—20 раз, образуя тандемную группу повторов.Интроны - это участки ДНК, разбивающие экспрессируемую, т. е. кодирующую, часть гена на участки, называемые экзонами. Впервые феномен существования прерывистых генов был открыт при изученииаденовируса и подтвердился в 1977 г.
при исследовании гена глобина мыши и рибосомных генов плодовой мушки Drosophila melanogaster. В одном гене можетнаходиться довольно много интронов; например, геняичного альбумина курицы содержит 8 интронов, общая длина которых превышает сумму всех кодирующих последовательностей в этом гене. В процессетранскрипции РНК-полимераза снимает копию совсего гена. Затем специальные сплайсинг-ферментыосуществляют «монтаж» (сплайсинг) транскрипта,т.
е. вырезают интроны и «склеивают» экзоны друг сдругом, в результате чего образуется зрелая, но ещенемодифицированная мРНК. Чтобы подобный «монтаж» мог осуществиться, на границах интронов с экзонами в ДНК должны быть особые нуклеотидныепоследовательности. Такая последовательность изображена на рис. 27.2; она встречается в геноме довольно часто и после транскрипции может служитьучастком узнавания для сплайсинг-ферментов. Далеепроисходит нормальное созревание и трансляциямРНК(гл.
22).Рис. 27.2.Сателлитная ДНК состоит из обладающих характерными особенностями нуклеотидных последовательностей (их длина может составлять от 10 до 200нуклеотидов), которые расположены тандемно и сотни раз повторяются. Функция этой ДНК пока не выяснена.ВИРУСЫ.ПОРАЖАЮЩИЕЭУКАРИОТ,используют разные формы организации гена;известны и такие вирусы, в которых есть какперекрывающиеся,такипрерывистыегены.Перекрывающиеся гены обнаружены, например, ввирусе млекопитающих SV40, в ДНК которого имеетсяучасток (с 1488 по 1601 нуклеотид-ный остаток, считаяот точки начала репликации), кодирующий два белка:VP1 и VP2.
Таким образом, увеличение емкостигенетического материала благодаря использованиюнескольких систем отсчета (рамок считывания) прикодировании встречается у вирусов как прокариот, таки эукариот, но в геномах клеток ничего подобного покане обнаружено. В вирусе SV40 есть также прерывистыегены. Один из генов поздней транскрипции,кодирующий антиген TL (называемый обычно«большим Т»: L = large = большой), расщеплен на дваэкзона. Длина первого экзона (Т,) составляет 246 пароснований, второго (Т2) — 1879. Единственный разделяющий их интрон имеет в длину 345 пар основанийи вырезается из транскрипта гена TL при сплайсинге,после чего происходит «склеивание» двух кодирующихпоследовательностей.28.
Регуляция экспрессии геновЭкспрессия генов как у прокариот, так и у эукариотрегулируется при помощи целого ряда механизмов. Некоторые из механизмов такого рода, действующие в бактериальных системах, изучены довольно хорошо, и дваиз них будут рассмотрены ниже, но о том, как действуют регуляторные механизмы в клетках эукариот, известно немного.Прокариоты— это простейшие одноклеточныеорганизмы, которым для того, чтобы выжить, требуетсялишь благоприятная химическая среда. Если дляобеспечения жизнедеятельности клетке необходимкакой-то метаболит, она должна быть способна к синтезу ферментов, которые «пристроят» его в нужноеместо. Однако синтезировать такие ферменты в отсут-ствие соответствующего метаболита было бы дляклетки расточительством.Предположение об индукции синтеза ферментовбыло высказано Жакобом и Моно в 1961 г.
для того,чтобы объяснить, каким образом бактериальные клетки реагируют на изменения окружающей их среды.После введения в эту среду лактозы (молочного сахара) в качестве субстрата содержание в бактериальнойклетке (β-галактозидазы — фермента, участвующего врасщеплении лактозы, — увеличивается в 100 раз. Такая активация транскрипции называется индукцией.Одновременно с лактазой индуцируются еще два белка: галактозидпермеаза (белок, осуществляющийтранспорт лактозы через мембрану) и тиогалактозидацетилтрансфераза. Три структурных гена, кодирующих эти белки, обозначаются соответственно буквамиZ, Y и А и вместе с операторным участком образуюттак называемый lac-оперон.
Было показано, чтотранскрипционная активность входящих в оперон генов регулируется четвертым, регуляторным геном.Ген-регулятор (ген I) в lac-системе расположен рядомсо структурными генами Z, Y и А. Существование генаI было доказано генетическими методами. Когдабыли выделены мутантные бактерии, лишенные гена I(I--бактерии), то оказалось, что в таких бактерияхэкспрессия генов Z, Y и А поддерживается на высокомуровне даже в отсутствие лактозы, т. е. происходитконститутивно.
После того как в I—бактерии ввелифрагмент ДНК, содержащий ген I, экспрессия геновZ, Y и А вновь стала чувствительной к присутствиюлактозы. Отсюда был сделан вывод о том, что ген I кодирует какое-то диффундирующее регуляторное вещество, названное репрессором.Репрессор — это белок, блокирующий транскрипцию гена. В lac-системе репрессор представляет собойтетрамерный белок и называется lac-репрессором. Онсвязывается с определенным участком на ДНК, который называется оператором.Оператор(О) представляет собой небольшой участок ДНК,граничащий с первым структурным геном. Бе-локрепрессор может связываться с этим участком,блокируя тем самым инициацию транскрипции. Операторная последовательность, с которой связываетсярепрессор, содержит участок палиндромной ДНК.Последовательность с осью симметрии 2-го порядка,изображенная на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
