1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Микроделеции и инсерции очень часто ведут к сдвигу рамки считывания и синтезу нефункционального белка (см. разд. «Синтез белка по матрице РНК»).ДелецияДупликацияИнверсияТранслокацияABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHIJKLMNOPДупликация +ABCDEFGHтранслокация + IJKLMNOPинверсияABCDGHABCCDEFGHABFEDCGHABCDGHIJEFKLMNOPABCDGHIJFEDCKLMNOPРис. 134. Основные типы хромосомных мутацийМутагенез всегда протекает независимо от условий внешней среды, которые могут только иногда повышать частоту возникновения мутаций (например, при ионизирующем излучении), но в целом не влияют на их распределение по геному.
Поэтому мутации в определенных генах, которыеприводят к повышению жизнеспособности в данных условиях, возникаютс одинаковой частотой как в присутствии, так и в отсутствие селективногофактора внешней среды. Впервые это было показано М. Дельбрюком и114С. Лурия в 1943 г. с помощью статистической обработки результатов мутагенеза бактерифагов («флюктуационный тест»). В 1952 г. Дж. Ледербергпредложил очень наглядную модификацию флюктуационного теста, нетребующую привлечения статистики («метод реплик»).Рис. 135.
Флюктуационный тест в варианте ЛедербергаВ варианте Ледерберга с чашки Петри («мастер-чашка»), на которойимеется множество случайно выросших в отсутствие селективного фактора колоний бактерий, делаются отпечатки, которые переносят точно так жерасположенные колонии на другие чашки, где селективный фактор при115сутствует (рис. 135). Если бы мутации, придающие бактерии устойчивостьк селективному фактору (например, антибиотику или бактериофагу), возникали случайным образом в популяции под действием этого фактора, токолонии на разных чашках-репликах должны были бы появляться в разных местах независимо друг от друга.
Если же мутации, придающие устойчивость к селективному фактору, возникают случайным образом в популяции независимо от действия этого фактора, то некоторые колонии намастер-чашке уже заранее несут признак устойчивости, и колонии на разных чашках-репликах должны появляться в одних и тех же местах. Это инаблюдалось в эксперименте, из чего был сделан вывод о независимостивозникновения мутаций от селективного фактора.
С тех пор флюктуационный тест в разных вариантах повторялся с одним и тем же результатоммногие десятки раз для самых разных организмов и селективных факторов, что позволяет считать его проявлением общей закономерности. Результаты флюктуационного теста являются мощным аргументом в пользударвиновской теории естественного отбора, в которой изменчивость и отбор полностью независимы, и против различных вариантов ламаркизма,которые постулируют селективное влияние факторов внешней среды наизменчивость в нужном (адаптивном) направлении.II.8.
ТранскрипцияТранскрипция – процесс синтеза РНК по матрице ДНК. Эту реакциюкатализируют ферменты ДНК-зависимые РНК-полимеразы (РНКполимеразы). Субстратами РНК-полимераз служат одноцепочечная ДНКматрица (либо локально расплетенная двуцепочечная ДНК), комплементарный ее части отрезок РНК со свободным 3’-OH-концом и нуклеозидтрифосфаты. На каждом шаге реакции катализируется включение 1 NTPпо принципу комплементарности следующему свободному звену одноцепочечной ДНК; как и в случае ДНК-полимераз, синтез РНК идет в направлении 5’3’. Таким образом, последовательность синтезированной РНКидентична последовательности одной из цепей двуцепочечной ДНК (которая называтся кодирующей цепью) и комплементарна последовательностидругой цепи ДНК (матричной цепи).РНК-полимеразы катализируют нуклеофильную атаку неподеленнойэлектронной парой атома кислорода свободной 3’-OH-группы РНК по атому фосфора приходящего NTP (рис.
136). При этом отщепляется остаток пирофосфата и образуется ковалентная связь O3’–P.В отличие от ДНК-полимераз, РНК-полимеразы не нуждаются в праймере, поскольку могут синтезировать его сами. Однако для этого РНКполимеразам необходим участок ДНК специфической последовательности– промотор, который сам не транскрибируется или транскрибируется частично. Элементарная единица транскрипции в ДНК таким образом состоит116из промотора, кодирующей последовательности (с кодирующей цепьюкоторой совпадает получающаяся последовательность РНК) и терминатора транскрипции – элемента, на котором транскрипция прекращается(рис. 137).
Точка в ДНК, совпадающая с 5’-концом РНК, называется точкой инициации транскрипции. При описании транскрипции принята нумерация звеньев ДНК, в которой точка инициации транскрипции имеет номер 1, в 3’-направлении (в сторону кодирующей последовательности) отнее идут положительные номера, а в 5’-направлении (в сторону промотора) – отрицательные.Рис. 136.
Реакция, катализируемая РНК-полимеразами117Рис. 137. Структура транскрипционной единицыС элементарной единицы транскрипции синтезируется одна молекулаРНК, которая может соответствовать одному или более генам. Только чтосинтезированная молекула РНК (первичный транскрипт) может в дальнейшем подвергаться процессингу – изменению ее первичной последовательности за счет разнообразных модификаций (модификация концов, редактирование, сплайсинг и другие виды специфического расщепления).Все виды клеточной РНК – матричная РНК (мРНК), рибосомная РНК(рРНК), транспортная РНК (тРНК), малые ядерные РНК (мяРНК) и др. –синтезируются в процессе транскрипции.Рис.
138. Расположение ДНК и РНК в комплексе с РНК-полимеразой: «транскрипционныйпузырь»РНК-полимераза E. coli представляет собой фермент из несколькихсубъединиц структуры 2’ (коровый фрагмент): 2 -субъединицы (белокRpoA, 40 кДа), (RpoB, 155 кДа), ’ (RpoC, 160 кДа); при инициациитранскрипции к ним присоединяется также одна из нескольких возможныхмолекул -фактора, что дает голофермент РНК-полимеразы. Коровыйфрагмент РНК-полимеразы, ведущей транскрипцию, покрывает 30–40 п.н.118ДНК, 12–20 п.н. из них находятся в частично расплавленном состоянии,образуя так называемый «транскрипционный пузырь». При продвижениипо ДНК РНК-полимераза раскручивает двойную спираль по ходу, а за нейпроисходит ренатурация ДНК. От 3 до 9 нуклеотидов синтезированнойРНК находится в составе гибрида РНК–ДНК, всего же с РНК-полимеразойсвязано ~25 нуклеотидов РНК (рис.
138). Скорость синтеза РНК при 37 °Cсоставляет около 40 нуклеотидов в секунду, что примерно в 20 раз нижескорости репликации. В клетке E. coli имеется около 9 000 молекул РНКполимеразы, из них в 2 000–5 000 в каждый момент ведут транскрипцию.Транскрипция насчитывает 4 основные стадии: узнавание РНКполимеразой промотора, инициация, элонгация и терминация. В ходе узнавания промотора происходит связывание с ним РНК-полимеразы иплавление ДНК.
На стадии инициации синтезируется короткий РНКолигонуклеотид (длиной до 9 нуклеотидов), при этом движения РНКполимеразы относительно ДНК не происходит и обычно протекает несколько актов абортивной инициации – синтеза РНК-олигонуклеотида иего деградации в активном центре РНК-полимеразы. После того, как РНКолигонуклеотид достигает критической длины (продуктивная инициация),начинается элонгация с движением транскрипционного глазка. Наконец,при терминации происходит коллапс транскрипционного глазка, диссоциация гибрида РНК–ДНК и высвобождение РНК.РНК-полимеразы некоторых бактериофагов (T3, T7) обладают высокимсродством к строго определенным промоторным последовательностям.Это позволяет им инициировать транскрипцию без каких-либо вспомогательных факторов, но резко сужает набор возможных вариаций промоторных последовательностей.
Коровый фрагмент РНК-полимеразы E. coliдостаточен для ведения элонгации, но связывает любую ДНК с примерноодинаковым сродством. Для специфического узнавания промоторов E. coliнеобходим -фактор, который повышает сродство голофермента к промоторным последовательностям примерно на 3 порядка величины и снижаетсродство к непромоторной ДНК на 4 порядка.
Поскольку размер промоторных участков относительно общей длины ДНК очень мал, поиск промотора происходит следующим образом: голофермент связывается с ДНКнеспецифически и быстро скользит вдоль нее, время от времени диссоциируя и связываясь в другом месте. Когда в ходе скольжения РНКполимераза достигает промоторного участка, она связывается с ним засчет повышенного сродства, и скольжение прекращается.Как правило, сродство голофермента РНК-полимеразы к промоторупримерно соответствует силе промотора – частоте инициации транскрипции с него. Например, константа ассоциации (Ka) РНК-полимеразы с промотором гена lacI равна 106 М–1, и инициация транскрипции с него осуществляется один раз в 30 с, а для промоторов генов рРНК Ka составляет1191012 М–1, и транскрипция с него инициируется в среднем один раз в секунду.
При связывании голофермента РНК-полимеразы с промотором сначалапроисходит образование закрытого комплекса (Ka ~ 106–109 М–1), в котором ДНК не расплавлена (рис. 139); РНК-полимераза при этом закрываетпромоторный район ДНК в области (–55)–(+20). Затем ДНК плавится собразованием открытого комплекса, что сопровождается уменьшениемразмера футпринта фермента до области (–35)–(+20); для сильных промоторов этот процесс практически необратим (k2 ~ 101–103 с–1).
В ходе дальнейшей инициации фермент не движется относительно 5’-области промотора, а втягивает в себя ДНК с 3’-стороны, как бы скомкивая ее. Посленескольких быстро протекающих (ki ~ 103 с–1) и также практически необратимых актов абортивной инициации образуется тройной комплекс, вкотором длина синтезированного РНК-олигонуклеотида достигла 9–10,после чего происходит необратимый переход в стадию элонгации, который является скоростьлимитирующим для всего процесса инициации(k ~ 0,5–1,0 с–1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
