Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Расстояния на генетической карте измеряли в единицах рекомбинации, а расстояния на белке — по числу аминокислот, разделяющих аминокислотные сайты, На рис. ЗЛО показано, что порядок семи мутационных сайтов соответствует порядку семи аминокислотных замен. Расстояние на рекомбинационной карте между мутациями относительно совпадало (как это не удивительно) с действитцльным расстоянием между аминокислотными заменами в молекуле белка.
В другом эксперименте использовали мутации, ведущие к преждевременной остановке синтеза белка. Если ген и белок колинеарны, длина фрагмента белка, синтезированного у мутанта, будет соответствовать расстоянию от начала гена до данной мутации. В каждом исследованном случае обнаруживали начало белка, но конец Часть 1. Природа генетической информации лик ЯЯЯЯЯЯЯЯ ~~Я~Я/~э~ 1ЯЯЯЯЯЯ~Я~ЯЯЯЯ ( 1 ) РНК балок 1 ( .э 1) Областа, соотватствуюшан бел у Лололннтвлтн а у асака на камдом конде тена, лредставленнмев мрик, оне уюс вуюш е образован нбелкв Гены эукариот могут быть прерывистыми Рнс.
1.11. Размер гена больше лослеповательности, копирую- щей белок белковой молекулы отсутствовал. Фрагменты белков, синтезированные в каждом мутанте, расположили в порядке увеличения их длины, Оказалось, что по мере удаления точки мутации ог начала гена увеличивается размер синтезированного фрагмента белка. Сейчас эксперименты такого типа кажутся несовершенными по сравнению с возможностью прямо определять нуклеотидную последовательность ДНК. Если сравнить последовательность ДНК у бактерий с последовательностью соответствующего белка, то обнаруживается полное соответствие.
Каждый ген состоит из непрерывного отрезка ДНК, размер которого точно соотносится с размером определяемого им белка. В действизельности участок ДНК обычно бывает длиннее, чем это нужно для образования белка, так как мРНК может содержать на обоих концах некоторые дополнительные последовательности, не используемые для синтеза белка. Обычно под нгеномн подразумевают всю последовательность, копируемую в мРНК. Ген, который экспрессируется как целая единица, изображен на рис. 3.11.
(Более сложные случаи, когда несколько генов экспрессируются как части единого целого, рассмотрены в гл. 9). Несмотря на все сделанные оговорки, мы можем дать следующее определение гена: ген — это такая последовательность ДНК, участвующая в образовании белка, в козорой участок, точно соответствующий белку, является непрерывным. Мы уже говорили о том, что группа комплементации всегда соответствует набору мутаций, лежащих в непрерывном отрезке ДНК, прямо соответствующем белковому продукту. Однако правильность этого простого представления была поставлена под сомнение после того, как в 1977 г, были обнаружены прерывистые гены. Первые данные о наличии таких прерывистых генов были получены в результате сравнительного анализа структуры ДНК и соответствующей информационной РНК.
Оказалось, 1то внутри гена (в определении, сделанном выше) имеются последовательности, которых нет в мРНК. Это явление обнаружено только у эукариот. Ген состоит из последовательностей ДНК двух типов (рис. 3.12). Одни -экзоны -это участки, которые транскрибируются в мРНК, используемую для синтеза соответствующего белка. Другие — интроны — это участки, транскрипты которых не обнаруживаются в зрелой мРНК. Таким образом, в процессе экспрессии гена появилась новая ступень, которой нет у бактерий. С ДНК считывается копия РНК, точно соответствующая последоваэельности генома.
Но это только РНК-предшественник (про- мРНК); она непосредственно не используется для синтеза белка. Только после удаления из этой РНК интроаов образуется зрелая мРНК, состоящая из одних только экзонов. Этот процесс называют сплайснигом РНК. Как это меняет наши представления о гене? Экзоны всегда соединены вместе в том же порядке, в котором они находятся в ДНК.
Это означает, что между индивидуальными экзонами и соответствующими участками полипептидной цепи сохраняется колинеарность гена и белка. Порядок, в котором расположены мутации в гене, оказывается таким же, как и порядок аминокислотных замен в соответствующем белке. Однако рассглояная между мутациями в гене и аминокислотными заменами в белке не совпалают. Последствия такой организации генов для построения групп комплемептации могут быть серьезными.
Но это зависит от функции интронов. Мутации, нарушающие синтез белка, должны располагаться в гене в виде кластеров, каждый из которых соответствует отдельному экзо- 3. Что такое ген? Молекулярная структура Зкзои 3 Зкзо 2 Зюан1 дик я~~~~~~~~~~~~ег~~~~~~~К~Я~~у~~~~~~~~Я~~~~~я~~~~~я~~~~~гг~~~~~~~г~~~~~~~~~~~~~~г изро г Иизран 2 трзнакрипиии рнк Спаивании рнк Бзпа зоны, соединяясь вместе, образуют мРНК.
Рис. 3 12. Прерывистые гены экспрессируются в виде РНК- ггредгпествеиника, из которой затем удаляются ивтроны; эк- ну. (Раньше этого не замечали по той причине, что у высших организмов вообще трудно картировать большое число мутаций.) Ни одна из этих мутаций не может комплементировать другую, так как все они локализуются в одной молекуле РНК, и соединение экзонов вместе при сплайсинге является внутримолекулярной реакцией. Экзоны различных молекул РНК нс соединяются вместе. Это исключает возможность сплайсинга последовательностей, соответствующих различным аллелям.
Таким образом, существование сплайсинга не изменяет определения группы комплементации. Какова природа мутаций в интронах? Мутации в интронах не могут прямо нарушать структуру белка, так как интроны не входят в состав мРНК; они могут препятствовать образованию мРНК вЂ” например подавляя сплайсинг. Такой эффект интронных мутаций ограничивается только определенными аллелями, которые не комплементируют другие интронные мутации и должны относиться к той же группе комплементации, что и экзоны. Но если окажется, что интрон кодирует какой-то белок, тогда мутация, нарушающая функцию этого белка, будет относиться к независимой группе комгглементации.
В этом случае мутации в экзонах образуют серию кластеров, относящихся к одной группе комплементации. А между двумя такими кластерами будет находиться ряд мутаций, относящихся к другой группе комплементации. В прерывистых генах эукариотического генома большинство интронов, по-видимому, не способно выполнять какую-либо независимую функцию в синтезе белха. Таким образом, случаи смешивания различных групп комплементации не могут быть обычным явлением. Тем не менее такое имеет место в митохондриях, и, следовательно, рассматриваемую возможность нельзя считать всего лишь гипотезой.
Не все гены эукариот прерывисты. Некоторые гены, подобно бактериальным генам, точно соответствуют своему белковому продукту. Пока еще нет четких представлений о соотношении прерывистых и непрерывных генов в геноме эукариот, хотя, по мере того как накапли- ваются данные, создается впечатление, что генов первого типа больше. Перекрывающиеся и альтернативные Геньг Известно несколько случаев, когда отдельная последовательность ДНК участвует в кодировании более чем одного белка. При дальнейшем изложении материала мы рассмотрим такие случаи более детально. Пока же нам следует познакомиться с тем, какого рода взаимоотношения возможны между белком и ДНК.
Перекрывающиеся гены встречаются в относительно простых ситуациях, когда один ген является одновременно частью другого гена. Например, первая (или вторая) половина гена может независимо кодировать белок, представляющий собой часть (первую или вторую половину) белка, копируемого целым геном. Здесь нет особой генетической проблемы (хотя требуется некоторая корректировка в процессе сигггеза белка; см.
гл. 7), Аналогичный результат можно подучить при частичном расщеплении уже синтезированного белка. Такие ситуации встречаются в вирусных и бактериальных геномах. В некоторых случаях перекрывание бывает более сложного типа. У вирусов прокариот и эукариот обнаружены гены, у которых одна и та же последовательность ДНК принимает участие в синтезе двух чегомологиччых белков. Как мы увидим в гл. 4, это происходит в результате считывания одной и той же последовательности в двух различных рамках. Мутация в перекрывающейся области в зависимости от ее типа может нарушать функцию одного или обоих генов и входить сразу в две группы комплементации. В обычном прерывистом гене каждый экзон кодирует отдельную аминокислотную последовательность, представляющую часть белка, и ни один интрон не участвует в образовании белка.
Роль этих участков гена различна. Однако в некоторых случаях какая-то последователь- Часть 1. Природа генетической информации ~~д~яяд~~яя~я~яЯЯЯЯЯЯ~~~др~~~~ н ю Это 2 Сзгызнт Транокрнпннн Ламарка нвныз Ф тяпы «ппзапн а Что такое Ген'? Рис 3 13 Гены, имеющие альтернативные пути экспрессии, бы- вает трудно разграничить. В первом случае экзон ! и экэон 2 совднняютоя вместе, а участки, обо- значенные ксогментээ л аинтронн, удаляются из РНК. Во втором случае соединяются экзон Ь сегмент н экзон 2, а улаляотся только интрон. та- ность ДНК может участвовать в альтернативных процессах, и ее нельзя просто охарактеризовать как экзон или интрон.
У вирусов высших организмов, а иногда и в самих эукарнотических клетках, обнаружены алыиериагдивные типы экспрессии генов. В этих случаях возможно переключение в процессе сплайсинга. При образовании мРНК один конкретный экзон может быть соединен с любым из нескольких других экзонов. В результате образуются различные белки, у которых одна часть общая, а другая варьирует. Такой пример рассматриваегси на рис. 3.13, где показано, что некоторые участки про-мРНК в одном случае ведут себя как экзоны, а при другом типе сплайсинга оказываются интронами. У мутаций в таких участках — очень сложные комплементационные свойства, и не всегда возможно отнести их к какой-либо независимой группе комплементации.
Вопрос о том, что подразумевается под данным названием, особенно уместен в отношении гена. Очевидно, что больше нельзя говорить о гене как о непрерывной последовательности ДНК, однозначно кодирующей определенный белок. В тех случаях, когда говорят, что отрезок ДНК отвечает за образование одного определенного белка, под полной последовательностью ДНК теперь подразумевают совокупность «ген໠— от первой точки. представленной в мРНК, до самого конца: экзоны, интроны и т.п.
В тех же случаях, когда речь идет о ~ерскрывающихся или альтернативных формах экспрессии, следует переиначить замечание, которым мы закончили гл. 1. Вместо того чтобы говорить «один ген — один полипептнд», следует сказать «один полипептид — один ген». Тогда мы можем считать пгеномээ последовательность (включая не только ким образом, область, обозначенная нсегмент», служит патроном в первом случае и экзоном во втором. В результате этна Лвук чипов сплайсинга образуются два белка, которые имеют одинаковые копны, но разлизаются по средней части. Так одна послодаватплыюоть ДНК может кодировать более одного белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
