Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Ретровирусы кодируют н содержат в инфекционных частицах фермент, называемый обратной транскриптазой, который может нспользо- ( тРНК кпоткп-хозяина ро!у А А Коп и цз ьтн ьтн Б лй Свобоанап ДНК Провпруо Рис. 1!.!4. Обратная транскрипция и интег- рация ДНК-копни ретровирусного генома в хромосому. А.
Структура ретровирусного одноцепочечного РНК-генома. Как и в слу- чае клеточных мРНК, иа 5ьконце вирусной РНК находится «кзп>), 3чконец полиаденили- рован. Повторы нуклеотидной последова- тельности, расположенные на концах генома, отмечены символом (Ь Две уникальные иук- леотидные последовательности, располо- женные у 5ч н Зсконца РНК ((35 и Ы3 со- ответственно), при образовании двухцепочеч- иой ДНК-копии, которое направляется обратной транскриптазой, объединяются Экспрессия генетического материала и формируют длинные концевые повторы (ЬТК). Хозяйская молекула тРНК, связанная водородными связями с граничной областью участка Ы5 РНК-генома, выступает в роли затравки для действия обратной транскрип- тазы на первой стадии обратной транскрип- ции. Б.
Двухцепочечиая молекула ДНК, образуемая при действии обратной траи- скриптазы. В. Возможные промежуточные структуры, образование которых постулн- руется для интерпретации процесса интегра- ции ретровирусной ДНК в хозяйскую хро- мосому. Г. Интегрированный провирус. 11. ПереДача информации в клепиках вать одноцепочечную вирусную РНК в качестве матрицы для синтеза комплементарной ДНК-цепи. Эта цепь в свою очередь служит матрицей для направляемого также обратной транскриптазой синтеза еще одной комплементарной ДНК-цепи и образования двухспиральной молекулы ДНК, содержащей ту же генетическую информацию, что и вирусная РНК. Возникшая таким образом двухцепочечная ДНК может встроиться в хромосомную ДНК хозяйской клетки с образованием провируса.
Механизм такой интеграции, по-видимому, аналогичен механизму инте~рации бактернофага Х в бактериальную хромосому (рис. 11.!4). Будучи встроенным в хромосому, провирус передается дочерним клеткам, поскольку реплнцируется вместе с хозяйской ДНК, и за счет этого дочерние клетки также трансформируются в раковые, Пролнферация раковых клеток приводит к возникновению опухоли. Транскрипция провирусной ДНК выражается в образовании как мРНК, трансляция которых обеспечивает наработку вирус-специфических белков, включая и обратную транскриптазу, так и геномных РНК-цепей, которые одеваются в оболочку и формируют новые инфекционные вирусные частицы. Последние выходят из клетки, при этом трансформированная клетка не погибает.
Ретровирусы оказались очень полезным инструментом современных генно-инженерных исследований. Они служат источником для получения практически чистой обратной транскриптазы — фермента, играющего важнейшую роль в многочисленных работах, основанных на клонировании эукариотических генов (см. гл, 9).
Так, очищенную индивидуальную мРНК, кодирующую интересующий нас белок, как правило, выделить гораздо легче, чем фрагмент ДНК генома, кодирующий тот же белок. Затем с помощью обратной транскриптазы можно получать ДНК-копию этой мРНК и встроить ее в подходящую плазмнду для клонирования и наработки значительных количеств нужной ДНК. В дальнейшем мы еще вернемся к обсуждению этих методических подходов. Трансляция ДНК Третий вид специализированного переноса информации от ДНК непосредственно к белку наблюдался только в лаборатории щ чйго.
Некоторые антибиотики, такие, как стрептомицин и неомнцин, взаимодействующие с рибосомами, могут так изменять их свойства, что вместо мРНК рибосомы в качестве матрицы для трансляции начинают использовать одноцепочечную ДНК. Таким образом последовательность оснований в одноцепочечной ДНК непосредственно переводится в аминокислотную последовательность синтезируемого полипептнда. Перенос этого типа вряд ли имеет место в природе. Запрещенные (неизвестные) варианты переноса информации Под переносом генетической информации от белка к ДНК или РНК следовало бы подразумевать процесс перевода амннокислотной последовательности в определенную нуклеотидную последовательность ДНК Экспрессия генетического материала или РНК.
Для осуществления этого процесса потребовался бы переход от 20-буквенного алфавита к 4-буквенному, который, если бы и был возможен, то только с использованием не менее сложного трансляционного аппарата, чем тот, что переводит информацию, закодированную в мРНК, в структуру соответствующих белков. Мы не располагаем никакими экспериментальными данными, которые позволили бы предпопожить существование такого аппарата. Соответственно процессы переноса информации от белка к ДНК илн РНК никогда не наблюдались и, по-видимому, в действительности не происходят. Третий запрещенный вид переноса информации от белка к белку (от аминокислотной последовательности к аминокислотной последовательности) также никогда не был зарегистрирован.
Нет никаких оснований полагать, что белки в принципе способны к репликацни. Способность к самовоспроизведению, очевидно. присуща исключительно нуклеиновым кислотам. Колинеарность генов и полипептидов (прокариоты) Представление о колинеарности генов и полипептилов логически вытекает из основной гипотезы, согласно которой наследственная информация кодируется линейной последовательностью оснований в ДНК и выражается в виде линейных последовательностей аминокислот в полипептидах. Соотношение колинеарности представляется естественным отражением того, что и ДНК, и белки являются линейными полимерами.
Однако лишь прямое подтверждение того, что гены и полипептиды действительно колинеарны, полученное в 1964 г., явилось окончательным разрешением более чем десятилетней дискуссии, основанной на более или менее правдоподобных гипотезах. Триптофансинтаза Е. сой состоит из двух полнпептидиых цепей А и В, кодируемых генами ггрА' и ггрВ'. Многочисленные мутации, лишающие активности триптофансинтазу, были картированы в гене ар А. Используя методы, описанные в главе 8, эти мутации можно расположить по порядку на линейной генетической карте. Удалось определить аминокислотную последовательность А-цепи нормальной триптофансинтазы (рис. 11.15) и нескольких неактивных вариантов фермента, продуцируемых набором штаммов, содержащих мутантные гены ггрА.
Оказалось, что каждая нз этих мутаций обусловливает замену одной или нескольких аминокислот в А-цепи дикого типа. Относительное расположение всех этих аминокислотных замен и соответствующих мутаций, локализованных на генетическои карте, показано на рис. 11.16. В этом случае налицо полное соответствие между генетической картой мутаций и расположением измененных аминокислот в молекуле белка. Например, мутация ггрАЗ, обусловливающая замену О!п — ~ Ча! в положении 49 от Х-конца полипептида, картируется левее мутантного локуса прА44б, изменяющего аминокислоту в положении 175 (Туг — Сув). Мутация же ггрА44б в свою очередь картируется левее мутации ггр А58, изменяющей аминокислоту в положении 234 (О!у — Азр), и так далее.
Заметим, что в положении 234 возможны две аминокислотные замены: мутация и р А58 обусловливает замещение О!у — Азр, а 53 !1. Передача информации е кяеглках 1 1О 20 Ме! — С!и — Агк — Туг — С!ц-5ег — Ьец — РЬе — А14-С!и-!ец-Ьуа-С!ц-Агк-Ьуа-С!ц-С!у-А!а-РЬе — У41- 21 30 40 Рго-РЬе-Ча1-ТЬг-Ьец-С!у-Аар-Рго-С!у- Ие -С!и-С1п-5ег — Ьец — Ьуа- Ие — Ие — Аар — ТЬг-Ьец- 41 50 60 Ие -С1ц-А!а-С17-А14-Аар-А1а-Ьец-С!ц — Ьец-С!у- Ие -Рго — РЬе — 5ег-Азр-Рго — Ьеи — А1а-Аар- 61 70 80 С1у — Рго — ТЬг- Ие -С!и-Аап-А1а-ТЬг-Ьец-Агк-А1а-РЬе-А!а-А1а-С1у-Ча1-ТЬг-Рго-А1а-С!и— 81 90 100 СУа-РЬе-С!ц-Мее-Ьец-А14-Ьец- Ие -Агл-С!п-ЬУа-Н!а — Рго-ТЬг- Ие -Рго- Ие -С!У-Ьец-Ьги— 101 110 120 Ме! †Туг А!а-Аап-Ьеи- Уа! — РЬе-Аап- 1 уз -С!у в Ие -Аар-С!и-РЬе-Туг- А14-С1п-Суа-С!ц- Ьуа- 121 130 140 Ча1-С!у- Ча1-А ар- 5ег - Ча!- Ьец - Ч41- А!а -лап — Ча1- Рго — Уа1 -С! и — С!и — 5ег - А1а- Рго — РЬе — Ага- 141 150 160 С1п-А!а-А!а-! ец — Агл-Ни-Аап-У41-А1а-Рго- Ие -РЬе- Ие -Суг-Рго-Рго-Аап-А1а-Аар-Аар- 161 170 180 Аар-Ьец †Ьец †Ага!и- Ие -А!а в 5ег †Т-С!у-Агл-С!у †Туг †ТЬг в-Ьец-!ли †5ег †-А1а- 181 190 20О С1у-Ча!-ТЬг-С!у-А!а-С!ц-Аап-Ага-А1а-А!а-Ьец-Рго-Ьец-Аап-Н!а-Ьец-Ча!-А!а-Ьуа-1ец- 201 210 220 Ьуг-С1и-Туг-Аап-А!а-А!а-Рго — Рго-!ец-С1п-С!у-РЬе — С1у- Ие -5ег-А1а-Рго-Аар-С1п-Ча1— 221 230 240 Ьуа-А1а — А1а — Ие — Агр — А14 — С1у-А1а — А!а — С!у — А!а — Ие -5ег-С1у-5ег — А1а — Ие -Ча1-Ьуа- Ие— 241 250 260 Ие -С!и — С!и — На — Аап — Ие — С!ц — Рго — С!ц — Ьуа — Мег-Ьец-А!а-А!а — Ьеи — Ьуа — Уа1-РЬе-Ча1 †С1п- 261 268 Рго-Мег-Ьуа-А!а-А1а-ТЬг-Агл-5ег Рис.
11.15. Аминокислотнал последовательность А-цепи триптофансинтазьг Е. сой. Экспрессия генетического матерыала 54 рурВ !реп ! рг зррВ врЛ ,,авяразФИЗВПЯ17ФФ%ехй ре.врет!аз з Л44 Лзр лззз лзз ) лавр лрв!Азер ( ! ° 1 й! ! йй(В!В)й!йзв ьрг Л457 Л444 вы лзв МиаК1' 1 а-о,в сз н лы н 44 С!» ча! 175 177 153 211 211 213 234 тур !.е» тьр С!у Сзу С!у С!у ! Сув АК Ле А В Ие ЧаЗ Суе 234 235 265 С!у Зер Аеу !.ее Рнс. 11.1б.
Соответствие генетической карты гена ггрА н расположения вмн- нокнслотных замен в А-цепн триптофвнсннтазы Е. сой. (По УапоувЗ!у С. 1967. Бс(епг(бс Атепсвп, Мву, р. 80.) ггрА78-О1у -р Сув. При рекомбинации этих мутаций активность белка восстанавливается, следовательно, они должны локализоваться в различных участках одного и того же кодона. С помощью таблицы генетического кода (табл. 12.1) можно убедиться в том, что эти мутации затрагивают соседние нуклеотиды в одном и том же кодоне. Это свидетельствует о том, что рекомбинация ДНК может происходить и между соседними нуклеотиднымн парами.
Дополнительное подтверждение этому выводу дает и сопоставление двух мутаций, затрагивающих аминокислотный остаток 211: ггр А23 (О1у -р Агя) и ггрА4б (О!у -р О!и). Эти мутации также подвержены рекомбинации друг с другом, прн этом восстанавливается исходная активность фермента дикого типа и, по всей видимости, исходная нуклеотидная последовательность.
Аналогичным образом колинеарность генетической карты и соответствующего полипептнда была продемонстрирована для гена белка головки фага Т4 (обсуждается в гл. !2) н гена !ась', кодирующего ()-галактозидазу Е, со(Е Убедиться в колинеарности нуклеотидной и соответствующих аминокислотных последовательностей можно, сопоставив нуклеотидную последовательность ДНК фага фХ!74 (гл. !2) с белками фХ174, для которых известна аминокислотная последовательность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
