Айала, Кайгер - Современная генетика - т.1 (947304), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Во-первых, знания о химической структуре ДНК были неполными и неправильно интерпретировались: считалось, что ДНК вЂ” соединение, химически недостаточно сложноорганизованное для того, чтобы содержать огромное количество информации, необходимой для управления развитием растений или животных. Во-вторых, многие ученые полагали, что химической основой генов служат белки, относительно которых было известно, что они устроены сложно.
Наконец, изучение основ наследственности бактерий в 1944 г. только начиналось, и еще не было четко установлено. что бактерии Бекзеряепьпая ХрОмосома Кчееочяея оболочке обладают генами, во всех отношениях аналогичными генам, изучавшимся на высших организмах.
Не было твердо установлено, что появление В-клеток и их обратное превращение в Я-клетки происходит в результате мутаций. Может быть, ДНК и является наследственным веществом бактерий, но какое вещество играет ту же роль у высших организмов, для которых известно существование генов? Нуклеиновые кислоты— наследственный материал вирусов Генетические исследования бактериофагов начались мнозо раньше, чем бактерий (отчасти вследствие проницательности Меллера1 и в 1952 г. удалось показать, что наследственным веществом фага Т2 является ДНК. Это открытие было встречено с большим воодушевлением и привлекло внимание к работам, выполненным на пневмококках за несколько лет до этого.
Бактериофаг Т2 — один из наиболее тщательно исследованных фагов Е, сой, Этот вирус содержит ДНК, заключенную в белковую оболочку. В !952 г. Альфред Херши и Марта Чейз выяснили роль каждого из этих двух компонентов в формировании потомства фага. Рис, 4.5. Трансформа- пия клеток 11К требует проникновения в зти клетки ДНК клеток типа 1Пб и включения ДНК в хромосомы клеток НК. Действие гена проявляется в синтезе клетками 11К полисахаридиой обо- лочки, характерной для клеток типа 1115.
Этот гея передается потом- ству, составляя часть наследственной иифор- мапии трансформиро- ванных клеюк НК. Организация и передача генетического тапмриала фЯ пгз 4Ж И!х 1515 па о хФ фФ 4. Природа генетического материала ь шг Лишь белковая составляющая Т2 содержит серу (в составе аминокислот метионина и цистеина). Фаг Т2 размножали на бактериях, культивируемых в среде с ралиоактивным изотопом ~~К, в результате чего белок фага был помечен этим изотопом. По меньшей мере 99',", всего фосфора в фаге Т2 приходится на ДНК, ее пометили радиоактивным изотопом ~~Р. Эти радиоактивные метки позволяли проследить пути белка и ДНК фага Т2 при инфекции.
Инфекционный процесс начинается с прикрепления фага к бактериальной клетке (рис. 4.б). Этот этап можно наблюдать в электронный микроскоп; результаты наблюдений подтверждаются тем, что при центрифугировании клеток на данной стадии инфекции фаги, содержащие как "Я, так и эгР, осаждаются вместе с бактериями. Херши и Чейз обнаружили, что вскоре после инфицирования большую часть меченного эеб белка можно отделить от бактериальных клеток, активно перемешивая и встряхивая культуру на мешалке; однако большая часть меченной эгР ДНК не отделяется при этом от бактериальных клеток, поскольку, вероятно„оказывается в этом время уже внутри их. Устранение из культуры пустых белковых оболочек фага, так называемых итснейяэ не влияет на дальнейшие события: бактерии лнзнруются, и из них выходит потомство фага точно так же, как в том случае, когда тени остаются прикрепленными к клеткам (рис.
4.6). Из этого опыта Херши и Чейз сделали вывод, что для образования копий фага в зараженной бактериальной клетке существенна лишь ДНК родительского фага, хотя сами копии содержат как ДНК, так и белок. Таким образом, было высказано предположение, что белковый компонент фага лишь защищает ДНК от расщепляющих ферментов и обеспечивает попадание ДНК в бактериальную клетку, тогда как ДНК представляет собой собственно вещество наследственности.
Эксперимент Херши . Чейза свидшельствовал о важной генетической роли ДНК. Существуют две причины, по которым именно этот экспернменз. был сразу признан в качестве решающего доказательства генетической роли ДНК, тогда как эксперименты Эвери, Мак-Леода и МакКарти по трансформации пневмококков не обратили на себя такого внимания.
Во-первых, эксперимент был поставлен на бактериофаге, относительно которого было хорошо известно, что по характеру наследования признаков он аналогичен высшим организмам; на фаге Т2 было продемонстрировано существование мутаций и, так же как у высших организмов, описана рекомбинация мутантных генов.
Во-вторых, проводившиеся между !944 и 1952 годами химические исследования состава ДНК многих различных организмов опровергли широко распространенное ранее представление о ДНК как о простом полимере, в котором один тетрануклеогид многократно повторяется во всех молекулах. Эти исследования обнаружили, что ДНК обладает достаточной химической сложностью, чтобы служить веществом наследственности. Опыты, проведенные на вирусе табачной мозаики (ВТМ), прямо показали, что белки вируса не играют генетической роли при заражении растений. Это послужило дополнительным аргументом в пользу того, что наследственным веществом вирусов служит нуклеиновая кислота, а не белковая составляющая. Подобно болыпинству вирусов растений, ВТМ (см. рис.
1.1) состоит из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК). РНК по химической структуре близка к ДНК, как мы увидим в следующем разделе. Каждая частица вируса содержит молекулу РНК, состоя- Организация и передача генегпическога лшгпериала Белковые оболочки специфически мегягся ««Б ДНК ме«иэся " Р Некоторые иэ в«ювь образов«нных фаговых частиц содержат в хромо- сомах «'Р, ио ни одна не содерлжт в оболочке 'Б вне вируса эяине Репликеция фагов хяе«ние на шэнои меш«лке Белковые '*тени", меченные «'5 ДНК, меченная «Р Встряхиванием удаляегся80% ' 5 я 93% клеток остаются неповрежденными 93% 35% Большая честь ««Р остается свяэ«иной с неловре«чдениой клеткой 8 1 2 3 4 5 6 7 Время встряхивания на мешалке, мнн Рнс.
4.6. А. Схема опыта Хсрнш— Чейза, показавшего, что компонен- том, ответственным за образование потомства фага Т2 в зараженной фа- гом клетке, является ДНК фага. Б. Судьбу ДНК фага Т2 можно просле- дить, измеряя радиоактивность. Изо- топ фосфора ««Р, который служит ы 100 е Р Б 80 о н о 60 Й 40 о Б Е 20 м меткой ДНК, остается связанным с зараженной клеткой, тогда как бе- лок фага, меченный радиоактивной серой ««Я, может быть удален с по- верхности инфицированной клс«ни; при этом инфекционный процесс не прервется. 99 лайз йр~ Ф ~ Ю Я ~ яа $ валек Деградация «Ф тяп 5 с о ОГ Сз НК-балок Даграцацяя НК-РНК т нк Позпмспю типа 3 шую примерно из б400 нуклеотидов, заключенную в белковую оболочку. Белковая оболочка состоит из примерно 2! 30 одинаковых субъединиц, каждая из которых представляет собой полипептидную цепь из 158 аминокислот, расположенных в определенной последовательности.
Существуют химические методы, позволяющие разделить РНК и белок вируса (рис. 4.7). Обычно очишенный препарат РНК ВТМ сохраняет не более 0,1% инфицирующей активности препарата интактного (неповрежденного) вируса. Однако при надлежащих условиях вирус можно в лабораторных условиях реконструировать из смеси очищенного белка. Субъединицы белка соединяются друг с другом н с РНК, образуя ннтактный вирус с нормальной способностью к инфекции, Известно множество разновидностей ВТМ, отличающихся по кругу растений-хозяев и по вирулентности на различных растениях. Между ними существуют заметные различия и в аминокнслотном составе белков. Например, в белковой оболочке ВТМ стандартного штамма отсутствуют гистндин и метионин, тогда как в вирусах штамма НК эти аминокислоты содержатся.
Были проделаны эксперименты по реконструкции гибридных вирусов из очищенного белка НК н очищенной РНК стандартного штамма. Такие вирусы обладали нормальной иифекционностью. Когда же этими вирусами заражали растения, то состав белко- 4. Природа генетического материала Ряс. 4.7, Разделение (деградация) частиц ви- руса табачной мозаики на РНК и белковые субьелиняцм. Из РНК одного штамма и белковых субъелцяиц другого могут быть сконструированы гибридные вирусные ча- стяцы. При заражении растительных клеток гибридным фатом РНК и белок потомства гибридного фага полностью определяются его РНК. Особенности белка гибридного ВТМ не наследуются его потомством. Организация и передача генетического материала 100 вой оболочки потомства гибридных вирусов совпадал с составом белков штамма, из которого была взята РНК. Состав белковой оболочки гибридного вируса не наследовался; потомство таких вирусов имело белковые оболочки, состав которых определялся исключительно РНК.
Оказалось, что лишь РНК обладает функциями, необходимыми для наследственной передачи этого признака (рис. 4.7). Неопровержимым доказательством того, что носителем наследственных свойств вирусов служат именно нуклеиновыс кислоты, можно считать демонстрацию инфекционных свойств очищенной нуклеиновой кислоты. Как уже указывалось, очищенная РНК ВТМ обладает слабой инфекционностью, Этот факт сначала объясняли тем, что в составе очищенного препарата РНК могло сохраниться некоторое количество ингактных вирусов. Однако дальнейшие исследования показали, что инфекционность препаратов РНК ВТМ разрушается в результате обработки очищенным ферментом поджелудочной железы млекопитающих, называемым рибонуклеазой.
Этот фермент гидролизует незащищенную РНК, но не влияет на инфекционность интактных частиц ВТМ. Пониженная способность к инфекции препаратов РНК ВТМ по сравнению с интактными вирусами объясняется отсутствием белковой оболочки, защищающей РНК от гидролиза. Рибонуклеазы растения разрушают ббльшую часть РНК до того, как они проникают в клетку. Однако тщательные исследования показали, что одна-единственная молекула РНК интактного вируса способна заразить растительную клетку и привес~и к образованию полноценных частиц ВТМ. Впоследствии было показано„что очищенная ДНК некоторых фатов, из которых наиболее известны фХ(74 и л..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
