Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 23
Текст из файла (страница 23)
С какими относительными частотами в этом сополимере будут встречаться различные кодоны? Какие аминокислоты будут включаться в состав полипептидов, образующихся в бесклеточной системе синтеза белка, с использованием этой синтетической матрицы? 12.3. Нуклеотидный состав ДНК различных организмов, в особенности микроорганизмов; варьирует в очень широких пределах. Так, в ДНК Ы!сгасоссил !узас(ейс!сих относительное содержание (О+ С) достигает 72;,г„а в ДНК Вас!Иил сегеиз — 35%.
Для простейших, типа ТеггаЬутепа ругуогт!ж сумма (О+ С) составляет лишь 25% от общего числа оснований в ДНК. И в то же время белки организмов, существенно различающихся по нуклеотидному составу ДНК, характеризуются очень сходным аминокислотным составом. Как можно объяснить это наблюдение? Предложите способ проверки вашей гипотезы. 12.4. Внегенная супрессия некоторых мутаций сдвига рамки осуществляется за счет мутации, картируемой в структурном гене тРНК г. Как вы считаете, с какими изменениями структуры тРНК~В может быть связана эта супрессорная мутация? Как можно было бы проверить вашу гипотезу, не определяя непосредственно нуклео пшную последовательность нормально~ и'мутантной тРНК? з12.8.
Для гена, коднрующего (3-галактозпдазу Е. соИ, была обнаружена новая мутация, Мб813, вызывающая преждевременную терминацню полипептидного синтеза. Эта мутация не супрессируется в присутствии факторов Г', несущих атЬег- или асйге-супрессорные гены. Мутация картируется в непосредственной близости от известной ранее атЬег-мута- ции, вызывающей терминацию трансляции на том же аминокислотном остатке, что и Мб813. Дополнительная мутация, связанная с заменой одного основания, приводит к тому, что вместо Ь(б813 появляется мутантный кодаи 13АА, подверженный осйге-супрессии.
В то же время замена единичного основания в том же кодоне в гене дикого типа может сопровождаться возникновением нли атЬег-мутаций, или мутаций типа 1н'6813. Калсгва,природа мутации Ь(б813? ~,'12+ Все осйге-супрессорные гены служат сгдновременно и атЬег-супрессорами, но не все атЬег-супрессоры могут играть роль осйге-супрессоров. Объясните почему. 12.7. Как определить, может лн одноцепочечная РНК, выделенная из РНК-содержащего вируса, выполнять непосредственно роль мРНК или служить только в качестве комплементарной цепи, направляющей процесс образования мРНК после инфекции соответствующего хозяина? 12.8.
Известны температурочувствительные мутации гена хи 3 ' Е. саИ. Предложите метод обнаружения таких мутаций. По аналогии с известными температурочувствительными белками предложите интерпретацию феномена чувствительности к повышенной температуре этих тРНК гг-мутантов. 12лй Определенная атЬег-мутацня (Аат18) фага фХ!74 приводит к потере функции цистрона А при развитии на Би -хозяине. Размножение мутантного (Аат!8) штамма на Би ' -хозяине с последующей инфекцией Би -хозяина и выращиванием при 30 С позволяет отобрать спонтанные ревертанты и псевдоревертанты этого атЬег-мутанта.
Некоторые из отобранных штаммов оказываются неспособными к росту на Би -хозяине при повышенной температуре (42'С). Комплементация фенотипа температурочувствительности этих штаммов может наблюдаться при совместной инфекции Би хозяина ревертантом и исходным Аат18- мутантом. Предложите интерпретацию этих наблюдений.
Генетический контрОль синтеза ДНК Удивительная простота полуконсерватнвной модели репликации ДНК (см. гл. 4) скрывает сложнейшие биохимические процессы, обеспечивающие эту репликацию. Можно не сомневаться, что эволюция, в результате которой сформировался сложный репликацнонный аппарат, была подчинена стремлению обеспечить максимальную точность передачи информации от родительских к дочерним молекулам ДНК.
По существующим оценкам ошибки репликации, приводящие к появлению неправильного нуклеотида в молекуле ДНК Е. сой, происходят с частотой порядка одной на 1О'-10ге нуклеотидов. И в то же время синтез прокариотической ДНК происходит с очень высокой скоростью-около !000 нуклеотидов в секунду в области репликатнвной вилки.
Эукариотическая ДНК синтезируется медленнее, со скоростью порядка 100 нуклеотндов в секунду, однако частота возникновения ошибок репликации при этом не меньше, чем в случае прокариот. Более низкая скорость репликации эукариотической ДНК, по-видимому, обусловлена ее прочным связыванием с гнстоновыми белками, диссоциация которых является непременным условием продвижения репликативной вилки вдоль цепи ДНК.
Ферменты и другие белки, вовлеченные в процесс полуконсервативной репликации, представляют собой лишь небольшую часть всех белков, участвующих в метаболизме молекул ДНК. Существуют другие ферменты, входящие в систему репарации — устранения и замены неправильных или поврежденных нуклеотидов, удаленных от репликативной вилки. Некоторые из этих ферментов участвуют также в рекомбинации вместе со специализированными ферментами, функциональная роль которых сводится только к обеспечению рекомбинацнонных процессов. 104 Экспрессия генетического материала Таблвяа 13.1. Различные ферменты и типы ферментативной активности, вовлеченные в биосинтез ДНК Хеликаза (раскручивание двойной спирали) Белок, связываюшийся с одноцепочечиой ДНК (ББВ-белок) Топоизомераза (удаление супервитков спирали) ДНК-полимераза (рост цепи ДНК за счет поликонденсапни дезоксирибонуклеозидтрифосфатон) Праймаза [синтез РНК-затравки (праймера)1 5'- ° 3' экзонуклеаза (удаление РНК-затравки, репарация) У вЂ” 5' зкзонуклеаза (исправление ошибок репликацин) ДНК-лигаза (соедииение ЗиОН- и 5иРОл-коицов одноцепочечного разрыва) Эндонуклеаза (репарация) Гликозилаза (репарация) Многие из ферментативных функций, связанных с метаболизмом ДНК, характерны как для прокариот, так и для эукариот.
Обсуждение процессов репликации, репарации и рекомбинации в соответствующих разделах опирается на рассмотрение участия в них определенных типов ферментов, что позволяет выявить биохимические основы организации этих процессов у лрокариотических н эукариотических организмов. Некоторые из этапов метаболизма ДНК удается однозначно интерпретировать в рамках действия фермента определенного типа. В то же время в некоторых организмах данная функция может реализоваться при участии более чем одного фермента, и наоборот — один и тот же фермент может участвовать в нескольких различных процессах.
Судя по всему, эволюция породила целый ряд различных механизмов„обеспечивающих метаболизм ДНК и лолдержнваюшдх сохранность наследственной информации, закодированной в ДНК. В таблице 13.1 приведен перечень основных тинов ферментов, вовлеченных в процесс биосинтеза ДНК. В данной главе действие этих ферментов будет обсуждаться сначала в связи с их участием в полуконсервативной репликации ДНК, а затем в контроле репарационных процессов.
Как мы убедимся при рассмотрении материала гл. 14, эти же типы ферментов обеспечивают реализацию механизмов рекомбинации. Генетический анализ играет ключевую роль в изучении совокупности сложнейших биохимических процессов метаболизма ДНК. С помощью мутаций, модифицирующих или полностью инактивируюпщх тот или иной фермент, участвующий в метаболизме ДНК, удается выявить функциональную роль этого фермента (и ч!чо. Если такая мутация является летальной или условно-летальной, то соответствующему ферменту с большой вероятностью принадлежит ключевая роль в рассматриваемом процессе.
Полимеризация ДНК в репликативной вилке После расплетаиия и разделения родительских цепей двойной спирали ДНК они могут выступать в роли матриц, по которым синтезируются растущие комплементарные дочерние цели. Синтез новых целей напра- 13. Генетический контроль синтеза ДНК 105 вляется ДНК-полимеразой, использующей в качестве субстратов дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (йАТР, дОТР, бТТР и 0СТР). Для осуществления реакции матричной сополимеризации этих субстратов любым ДНК-полимеразам необходимо наличие затравки со свободным 3'-ОН-концом (см. рис. 4.8), к которому мог бы присоединиться следуютций нуклеотид растущей цепи ДНК. Реакция, катализируемая ДНК-полимеразой, может быть отражена следующей схемой: (и) )р)„б) (.„+ П)ТР (й) )р)„„д) (.„+ Р-Р, где (с))чр)„д)ь) „— это растущая цель ДНК с 3'-ОН-группой на конце, д)ь(ТР- молекула дезоксирибунуклеозидтрифосфата, а Р-Р-молекула неорганического пирофосфата, Очередной нуклеотид присоединяется к 3'-концу растущей цепи, прн этом происходит отщепление пирофосфата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
