1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Г. Инге-Вечтомов, М. Д. Тер-Аванесян, 1986)ОбъектБольшая субчастицаМалая субчастицаКоэффициентседиментацииБелки(число)РНКкоэффициент седиментацииКоэффициентседиментацииБелки(число)РНКкоэффициент седиментацииПрокариоты(Е. coli)50S3423S5S30S2116SЭукариоты(цитоплазма)60S45-5028S5,8S5S40S3018SХлоропласты50S30-3523S5S4S-7S*30S20-2516S40S-60S32-5212S-21S5 S ***30S-55S24-3012S-15SМитохондрии*** Большая субчастица рибосом хлоропластов, помимо 23S и 5S рРНК, содержитдополнительную рРНК, размер которой варьирует у разных видов; ** Структурарибосом митохондрий у разных организмов весьма изменчива; *** 5S рРНК входит в состав большой субчастицы митохондриальных рибосом только у высшихрастений.Глава 16.
Теория генаft 445JI'ё1Ъ&е2Рис. 16.14. Модель рибосомы Е. coli, построенная на основании данных электронноймикроскопии (по А. С. Спирину, 1984)А: 1-3 — три различные проекции субчастицы 30S; Б: 1-4 — четыре проекции субчастицы 50S; В: 1-2 — две проекции рибосомы (70S), состоящей из субчастиц 30S и 50S16.7. Генетический кодКолинеарность гена и кодируемой им полипептидной цепиПредставление о том, что в гене закодирована информация о первичной структуре белка, было конкретизировано Ф. Криком в егогипотезе последовательности, согласно которой последовательностьэлементов гена определяет последовательность аминокислотныхостатков в полипептидной цепи.Jjac/яь 4.
Структура и функция генаРис. 16.15. Колинеарность расположения мутаций в гене trpА Е. coli и аминокислотныхзамен в а-субъединице триптофансинтетазы (по Ch. Yanofsky et al., 1967)В верхней части рисунка — генетическая карта, в нижней — участок полипептиднойцепи, в котором показаны мутационные замены аминокислотных остатковЭто положение было экспериментально доказано уже после расшифровки генетического кода, тем не менее логично рассмотретьполученное доказательство именно сейчас.Справедливость гипотезы последовательности доказывает колинеарность структур гена и кодируемого им полипептида. Этобыло показано в 1964 г.
с использованием гена trp А Е. coli и кодируемой им а-субъединицы фермента триптофансинтетазы, ав дальнейшем ряда других моделей. Ч. Яновский с сотрудникамиопределили последовательность 75 аминокислотных остатков из267, составляющих а-субъединицу триптофансинтетазы Е. coli.На этом участке вследствие мутаций в гене trp А были зарегистрированы замены семи аминокислотных остатков на девять новыхвследствие мутирования в девяти точках (рис. 16.15).Все девять мутаций были картированы на основе частот рекомбинации в попарных скрещиваниях с использованием трансдукции при помощи фага Р 1, а также на основе качественного тестас применением метода перекрывающихся делеций.
Расположениемутаций на карте гена и соответствующих им аминокислотныхзамен в полипептиде оказалось одинаковым, т. е. колинеарным(рис. 16.15).Глава 16. Теория гена#447Генетический анализ кодаВыяснение структуры генетического кода поучительно демонстрацией огромных возможностей генетического анализа и в то жевремя ограничений методологии конкретной области науки в исследовании многоуровневой организации биологических систем. Теоретические работы, в которых рассматривались возможные варианты структуры генетического кода, начались вскоре после описания в1953 г. Дж.
Уотсоном и Ф. Криком структуры ДНК. Впервые вопросо соотношении четырех оснований ДНК и двадцати основных аминокислот, входящих в белки, поставил физик Г. Гамов.Наиболее существенным достижением этого периода было соображение о том, что код скорее всего триплетен. Четыре пары оснований ДНК А-Т, Т-А, G-C, C-G — могут закодировать лишь четыреаминокислоты, если каждая пара соответствует одной аминокислоте. Если предположить, что каждой аминокислоте соответствуютдве пары оснований, то можно закодировать 16 аминокислот (4 * 4).Этого опять недостаточно.
Если же код триплетен, то из четырех пароснований можно составить 64 кодона (4 х 4 * 4), чего с избыткомхватает для кодирования двадцати аминокислот.Экспериментальные доказательства того, что код триплетен или,по крайней мере, кодовое число кратно трем, были опубликованыв 1961 г. в статье Ф. Крика, JI. Барнетта, С. Бреннера и Р.
УоттсТобина «Общая природа генетического кода для белков». В своихэкспериментах эти авторы использовали разработанную С. Бензером систему rll фага Т4 (см. раздел 16.3). Вся работа была построена на использовании в качестве мутагена одного из производныхакридина — профлавина (рис. 16.16, А).
В то время уже существовали данные о том, что акридиновые красители, интеркалируя вДНК, приводят в дальнейшем к вставке или выпадению пар оснований. Главный довод в пользу такого механизма акридинового мутагенеза авторы видели в том, что мутации бактериофага, индуцированные этим агентом, обычно не ревертируют под действиеманалогов оснований (см. гл. 13), и почти всегда проявляются четко,приводя к полной утрате функции гена, в то время как среди мутаций, индуцированных аналогами оснований, примерно половинаимеет нечеткое проявление. В дальнейшем, особенно с применением методов секвенирования ДНК, упомянутый мутагенный эффектакридинов был доказан более строго.Выяснилось, что акридин, внедряясь между основаниями ДНК(рис.
16.16, Б), увеличивает расстояние между соседними основаниями в 2 раза: с 0,34 до 0,7 нм. Далее такая искусственно удлиненная448 ftЧасть 4. Структура и функция генамолекула ДНК рекомбинирует синтактной молекулой, в результате чего образуются молекулыс лишней парой оснований или сделецией пары оснований.Приступая к своим экспериментам, Ф.
Крик с сотрудниками исходили из предположения,что код триплетен (или кодовоечисло кратно трем), что междукодонами нет «запятых», т. е.разделяющих знаков, что считывание кода в пределах гена происходит с фиксированной точкив одном направлении.Исходным материалом в этихэкспериментах послужил мутантFC0, индуцированный профлавином и несущий изменение влевой части гена rll В фага Т4.В результате спонтанного ревертирования мутанта FC0 былиРис. 16.16. Профлавин (А) и схемаполучены ревертанты, способинтеркаляции акридиновых красителей вные образовывать негативныеДНК (Б) (по Г.
Стенту, 1974)колонии на штамме Е. coli К12(см. 16.3). Большинство этих ревертантов имели нечеткий (промежуточный) фенотип между диким(г+) и мутантным (г). Генетический анализ показал, что ревертантывозникли за счет внутригенных супрессорных мутаций, т. е. повторных мутаций того же гена (rll В). При скрещивании с фагом дикоготипа каждый псевдодикий ревертант выщеплял два класса рекомбинантов типа rll. Один нес исходную мутацию FC0, другой — мутации, которые супрессировали мутацию FC0, но сами по себе тожеприводили к появлению фенотипа rll.Далее у этих рекомбинантов, несущих только супрессорныемутации, вновь получили ревертанты псевдодикого типа, которыетакже оказались супрессорными. Новые внутригенные супрессоры второго порядка путем рекомбинации отделили от супрессоровпервого порядка, убедились в том, что они тоже приводят к проявлению мутантного фенотипа, и с двумя из них повторили всюпроцедуру еще раз.
В результате было получено 80 независимыхГлава 16. Теория гена#449мутаций г//, которые были супрессорами мутации FC0, или супрессорами супрессоров этой мутации, или супрессорами супрессоров мутации FC0.Авторы не знали, была ли исходная мутация результатом вставки или выпадения пары оснований. Условно ей приписали знак «+»,супрессорам первого порядка — знак «-», супрессорам второго порядка — «+» и супрессорам третьего порядка — «-». Теперь путемрекомбинации стали объединять их в одном гене. Оказалось, что приобъединении трех мутаций одинакового знака фаги имеют псевдодикий фенотип. Таким образом, полученные результаты подтвердилиисходные предположения.
Так, если представить, что последовательность пар оснований... ABC ABC ABC ABC ABC ABC АВС ...считываемая слева направо, является участком гена г//, то вставкалишней пары оснований исказит записанную информацию вследствие сдвига рамки гипотетического читающего устройства:АI... ABC ААВ CAB CAB CAB CAB САВ С ...Если выпадет пара оснований вблизи вставки (слева или справа), то за пределами участка, ограниченного вставкой и выпадением(прямой мутацией и супрессором) нуклеотидных пар, исходная информация будет восстановлена благодаря сдвигу рамки (сдвигу считывания) в обратном направлении:АВIт...
АВС ААВ CAB САС ABC ABC АВС ...Очевидно, такое восстановление прежней записи невозможнопри двух последовательных вставках или двух последовательныхвыпадениях. В то же время три вставки и три выпадения должнынормализовать запись за пределами участка, ограниченного крайними мутациями:АВ С... АВС ААВ CAB ВСА ВСС ABC АВС ...или... АВС ВСА ВСА CAB ABC АВС ...i'>1>1АВ СВсе эти рассуждения исходили из предположения, что ген rll Вкодирует белок, что и было доказано позже.450 ftЧасть 4. Структура и функция генаКроме того, все рассмотренные взаимодействия между мутациями могли происходить только при том условии, что левую часть генаможно изменять без особого нарушения функции генного продукта.
Действительно, сейчас известно, что в генах и, соответственно,в белках существуют участки, допускающие вариации первичнойструктуры.Итак, если генетический код триплетен (предположение о том,что кодовое число кратно трем, Ф. Крик считал менее вероятным),то возникают два вопроса.1. Является ли код перекрывающимся или неперекрывающимся,т. е. принадлежит ли каждая пара оснований только одному кодону или трем кодонам?Если бы кодоны перекрывались, то замена одной пары основанийдолжна была бы приводить к замене сразу двух или трех аминокислот в белке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
