1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Молекулярные основы наследственности107Рис. 5.1. Схема эксперимента Ф. Гриффитса по трансформации пневмококков.Объяснение в текстеУ пневмококков известны два типа штаммов, различающихсяпо характеру роста на плотных средах и одновременно по свойствупатогенности по отношению к подопытным животным — мышам.S -форма пневмококка образует на агаре гладкие блестящие колонииблагодаря тому, что клетки заключены в полисахаридную капсулу.S-форма патогенна для мышей, так как полисахаридная капсула предохраняет бактериальные клетки от иммунной системы зараженногоживотного. Мыши, которым вводили живые клетки S-формы пневмококка, погибали. По антигенным свойствам капсулы различаютнесколько типов S-форм: IS, IIS, IIIS и т.
д.Другая форма пневмококка — R-форма — не имеет капсулы, образует шероховатые колонии и непатогенна для мышей. Известны редкие мутационные взаимопревращения S- и R-форм. При этом мутацииR «-►S всегда строго специфичны: IS <-►IR, IIS<-> IIR, IIIS <-►IIIR и т. д.Ф. Гриффитс обнаружил, что если мышам ввести убитые нагреванием до 65 °С клетки формы III S и одновременно живые клеткиформы IIR, то мыши погибают, а из их трупов выделяют клетки формы IIIS. В контрольных экспериментах мыши, зараженные толькоубитой формой IIIS или только живой формой IIR, не заболевали.Следовательно, живые клетки IIR трансформируются в присутствииубитых нагреванием клеток IIIS, тем самым приобретая свойства патогенности (рис.
5.1).108 #Часть 1. НаследственностьВ дальнейшем другие экспериментаторы показали, что такое жепревращение — трансформация типов S. pneumaniae — может происходить in vitro, т. е. в пробирке. Используя этот подход, О. Эвери,К. МакЛеод и М. МакКарти в 1944 г. идентифицировали трансформирующий агент как ДНК. ДНК, выделенная из клеток типа IIIS идобавленная в культуру клеток IIR, трансформировала часть клетокв форму IIIS, и они приобретали способность стойко передавать этосвойство при дальнейшем размножении. Добавление дезоксирибонуклеазы (ДНКазы) — фермента, специфически разрушающегоДНК, — препятствовало трансформации.Таким образом, было получено первое прямое доказательство генетической роли ДНК у бактерий.
В дальнейшем многочисленныепопытки трансформации низших эукариот — дрожжей, водорослей,а также многоклеточных животных и растений — оставались безуспешными до конца 70-х годов XX в., когда стала развиваться технология генной инженерии и были разработаны методы так называемойвекторной трансформации (см. гл. 12). В настоящее время проблематрансформации эукариот решена, и роль ДНК как универсального носителя генетической информации не вызывает сомнения.Размножение бактериофагов.
Второе прямое доказательствороли ДНК в наследственности было получено при изучении размножения бактериофага Т2, инфицирующего кишечную палочкуЕ. coli. Строение близкого к нему бактериофага Т4 схематическипредставлено на рисунке 5.2. Бактериофаги — это вирусы бактерий. Частица бактериофага заражает клетку Е. coli. Внутри клеткиобразуются новые частицы бактериофага. Через 20 мин при 37 °Склетка лизируется, и около 100 дочерних частиц выходят наружу.Бактериофаг состоит только из двух макромолекулярных компонентов — белка и ДНК, заключенной в головке бактериофага. В 1952 г.А. Херши и М. Чейз выяснили, какой из этих двух компонентовотвечает за размножение бактериофага (рис.
5.3). В этих экспериментах белок бактериофага метили радиоактивным изотопом серы35S, поскольку серу содержат только аминокислоты метионин и цистеин, входящие в белок. ДНК метили радиоактивным изотопомфосфора 32Р. Около 99 % фосфора бактериофага Т2 заключено в егоДНК. Для того чтобы ввести эти радиоактивные метки в бактериофаг, им заражали бактерии, выращенные в среде, содержащей соответствующие изотопы в компонентах питательной среды.Мечеными бактериофагами заражали клетки Е. coli, не содержащие 35S и 32Р. После начального периода адсорбции бактериофага наклетках последние тщательно отмывали, освобождая их от так назы-Глава 5. Молекулярные основы наследственности$8 109Рис. 5.2.
Строение Т-четного бактериофага (Т4)А — электронная микрофотография. Длина отрезка — 1000 нм (L. Simon, Т. Anderson, 1967), Б — схема строения частицы бактериофагаРис. 5.3. Схема эксперимента А. Херши и М. Чейз, которые доказали роль ДНК вразмножении бактериофага Т2. Объяснение в текстеваемых «теней» бактериофага — их пустых оболочек, оставшихся наповерхности бактериальных клеток. Оказалось, что такая процедураудаляет из культуры бактерий не менее 80 % 35S, и это никак не влияет на дальнейшее размножение бактериофага.
В то же время основная масса 32Р не может быть удалена, поскольку проникает внутрьбактерий (рис. 5.4), и в дальнейшем при размножении бактериофага32Р передается потомству. Таким образом, именно ДНК, а не белокопределяет размножение бактериофага в зараженных клетках.Только эти два явления: передача признаков путем трансформации и размножение вирусов (бактериофагов) — можно рассматри-110 ФЧасть 1. НаследственностьРис. 5.4. Впрыскивание ДНК бактериофага Т4 в клетку Е. coli (L. Simon, Т.
Anderson,1967)А — адсорбция фага на оболочке клетки Е. coli, сопровождаемая сокращениемхвостового чехла. Виден осевой канал, или игла, через которую впрыскиваетсяДНК бактериофага в клетку; Б — тонкий срез, показывающий проникновениеиглы осевого канала (стрелка) через оболочку и впрыскивание ДНК (фрагмент прибольшом увеличении — вверху). Длина отрезка 1000 нмвать как прямые доказательства роли ДНК как носителя наследственной информации. Кроме того, существует ряд фактов, которыехорошо согласуются с этими представлениями.Сопоставление плоидности и содержания ДНК в клетке.
Параллелизм в поведении хромосом и генов натолкнул исследователейна мысль сопоставить плоидность (число наборов хромосом) клеток и содержание в них ДНК. Наиболее показательные результатыбыли получены X. Рисом и А. Мирским (1949). Они исследовалипечень крысы, в которой вследствие эндомитоза обнаруживаютсяклетки различной плоидности: часто хромосомы реплицируются иостаются в материнской клетке, которая не делится.
Для выявленияДНК ядра клеток окрашивали по методике Фельгена, специфичнойдля дезоксирибозы. Интенсивность окраски может быть измеренацитоспектрофотометрически и таким образом зарегистрирована количественно. X. Рис и А. Мирский обнаружили в печени крысы триГлава 5. Молекулярные основы наследственностиФ 111группы ядер, интенсивность окраски которых по Фельгену соотносилась как 1:1,9:3,6. В то же время в печени крысы цитологическибыли найдены клетки трех уровней плоидности: 2п, 4п, 8п. Эти результаты показали, что содержание ДНК в клеточном ядре меняетсяпропорционально изменению плоидности, что согласуется с представлениями о генетической роли ДНК.Видовая специфичность нуклеотидного состава ДНК.
Наоснове правила Чаргаффа (количество А равно Т, а количество Gравно С; см. гл. 1) видовая специфичность ДНК выражается соотношением— A + T /G + C , получившим наименование коэффициента нуклеотидной (видовой) специфичности. Это положение легло воснову новой отрасли биологии — геносистематики, которая оперирует сравнением состава, а ныне уже и первичной структуры нуклеиновых кислот для построения естественной системы организмов.Некоторые примеры варьирования коэффициента нуклеотиднойспецифичности у разных организмов приведены в таблице 5.1.Генетическую роль нуклеиновых кислот подтверждает такжемутагенный эффект аналогов пуриновых и пиримидиновых оснований для бактерий, а также ультрафиолетового света с длиной волны260 нм, поглощаемой азотистыми основаниями.РНК как генетический материал. Подавляющее большинство организмов содержат ДНК в качестве генетического материала. Лишь некоторые вирусы, например вирус табачной мозаики(ВТМ), лишены ДНК и состоят из белка и рибонуклеиновой кислоты — РНК.
РНК отличается от ДНК по химическому составу тем,что в ней содержится сахар — рибоза, а пиримидиновое основаниетимин заменено на урацил (рис. 5.5).Генетическая роль РНК была доказана для вируса табачной мозаики в экспериментах Г. Френкель-Конрата, А. Гирера и других вконце 50-х гг. XX в. Каждая частица ВТМ содержит одиночную нитьРНК длиной около 6400 нуклеотидов, заключенную в белковуюоболочку. Оболочка ВТМ состоит примерно из 2130 идентичныхсубъединиц, каждую из которых составляют 158 аминокислотныхостатков. Известны штаммы ВТМ, различающиеся по способностиинфицировать различные формы растения-хозяина, по симптомам,которые сопровождают вирусную инфекцию, а также по аминокислотному составу субъединиц белка оболочки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
