Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В опытах по трансформации, улучшая очистку ДНК, можно свести содержание примеси до ничтожно малой величины. При инфицирования фагом в бактериальную клетку вместе с ДНК всегда вносится неболыпое количество белка, хотя в потомстве обнаруживается только меченая ДНК. Однако со времени работ Эйвери точка зрения биологов уже изменилась и результаты Херши и Чейз были сразу восприняты как доказательство генетической роли ДНК. Стало несомненным, что у бактерий и бактериофагов генетическим материалом служит ДНК. Но как обстоит дело у высших организмов? В течение долгого времени все доказательства носили чисто умозрительный характер. ДНК присутствует в хромосомах; ее количество постоянно во всех соматических клетках, и только половина этого количества обнаруживается в половых клетках. Все это точно соответствует ожидаемому поведению генетического материала, но не может служить доказательством.
В обсуждении своих результатов Эйвери сделал замечание более широкого плана, касающееся не только его непосредственных результатов. «Если мы правы,» писал он,— «это означает, что нуклеиновые кислоты являются не только структурно важными, но и функционально активными веществами, определяющими биохимическое поведение клеток. Поэтому, используя известные химические соединения, можно индуцировать предсказуемые наследственные изменения в клетках». Он имел в виду систему бактериальной трансформации, но сходные результаты теперь получены и в случае клеток высших организмов. Первые доказательства были получены, когда удалось показать, что хромосомы можно выделить из одной клетки и добавить к другим, просто смешав их с клетками: с очень низкой частотой в реципиентных клетках начинали проявляться признаки, внесенные хромосомами донора.
Затем появилась возможность выполнить эти эксперименты с очищенной ДНК. А теперь, увеличивая чистоту трансформирующего препарата, можно фактически добавлять к клеткам чистые гены, т.е. ДНК, содержащую только тот ген, который был утрачен этими клетками. Затем можно получить трансформантов, содержащих и экспрессируюших данный ген. Такую процедуру можно использовать применительно к любому гену, при условии„ что можно тестировать активность соответствующего фермента. Пример одной нз стандартных систем изображен на рнс. 2.3. Хотя по причинам исторического характера описываемые нами опыты на эукариотических клетках были названы трансфенпией, они в точности соответствуют трансформации у бактерий.
В этих экспериментах было не только установлено, что ДНК является у эукариот генетическим материалом, но и была доказана возможность переноса генов между разными видами с сохранением их Часть 1. Природа генетической информации дпп заражение бактерии «апопмужт фегн а ДНК, мменнаб Ззпз' ), белкам, ме емким з'5( ° ) батрпкнвенке беговые оболочки М Зереженнме бактерии еавегзвзт 70% метки ззр аалержвт 50% метки зз5 рбр еб(У В потаматве фага фг * Зй метк» мрн менее 1% метки з5 жкч' У функциональных свойств. Сначала такие опыты можно было проводить толъко с индивидуальными клетками, адаптированными к росту в кулътуре. Однако теперь гены вводят в яйцеклетки мыши методом микроинъекцин и потом их обнаруживают в виде стабильного компонента генома взрослой мыши.
(Трансфекция обсуждается в гл. 38.) Существуют некоторые вирусы, у которых в качестве генетического материала используется рибонуклеиновая кислота (РНК). Хотя по своему химическому строению РНК несколько отличается от ДНК, она тем не менее выполняет у этих вирусов ту же роль. В качестве основного генетического материала клетки всегда исполъзуют ДНК; что же касается вирусов, то одни из них используют ДНК, другие же-РНК.
Во всех случаях генетическим материалом являются нуклеиновые кислоты. Компоненты ДНК Одной из причин скептицизма по отношению к возможной генетической функции ДНК было ошибочное представление о ее структуре. Было известно, что ДНК содержит четыре типа нуклеотидов, однако полагали, что она построена из регулярно повторяющихся тетрануклеотидных единиц.
К тридцатым годам Касперсон (Сабрегкоп) показал, что ДНК состоит из очень болыпих молекул, намного больших, чем молекулы белков. Однако монотонность ее структуры казалась препятствием, не Рис. 2.2. Гопотичесиим материалом фага Т2 явлиегсл ДНК. Когда ДНК фага пометили изотолом ззр, и бе- лок — изотопом мх и такими фигами заразили бак- терий, оказалось, что метка мр включилась в бак- терии и обнаруживалась в потомстве фвгз. тогда квк ззх у потомков фага не обнаружили. позволяющим выполнять какую-либо генетическую функцию, для которой предполагается, конечно, разнообразие форм. Но затем в работах Чаргаффа (СЬагйай) было показано„что четыре основания, найденные в ДНК, находятся в варьирующих количествах.
Эти количества различны у разных организмов и характерны для каждого вида. На основе этих наблюдений была выдвинута концепция, согласно которой генетическая информация заложена в последовательности оснований ДНК, и эта последовательность каким-то образом определяет, или кодирует, последовательность аминокислот в белке. К пятидесятым голам эта концепция генетической информации получила всеобщее признание.
Основная задача теперь заключалась в том, чтобы построить модель ДНК, объясняющую, каким образом в последовательности ДНК может быть записана последовательность белка. Нуклеиновые кислоты состоят из последовательности химически связанных иуклеотидов. Каждый нуклеотнд содержит гетероциклическое кольцо из атомов углерода и азота (азотистое основание), пятнуглеродное сахарное кольцо (пеитозу) н фосфатную группу. В нуклеиновых кислотах обнаружено два типа пентоз. Именно характером пентозы, входящей в состав молекулы, и различаются ДНК и РНК. От харектера пентозы зависит и название двух типов нуклеиновых кислот.
В ДНК пентозой является 2-дезоксирибоза, а в РНК вЂ” это 25 2. Что такое ген? Биохимическая точка зрения Мертвые клетки © ) Ф Живые клетки Кола Б ТК'-кл С::> Гуеиии Пури Алечки .б о й О: н Увечил Пиримили химии Цитлэии :Г7 он 3 Дете с Рибетл Риблэь Нуклеотиды (и принятые «окупи)ения) Осип«алие Нуклеозид Адениловая кислота = = АМР (нлн дАМР) Гувниловая кислота = = ОМР (илн дОМР) Цпгидиловая кислота = = СМР (плн дСМР) Тимплняовая кислота = = дТМТ Урадаловвя кислота = = ЦМР Аленин Гуаннн Цигознп Тимин Урацил Адецозан Гуанозан Ццгиднп Тв малин У радин Рпс.
' 3 С помошью ДНК можно произвести трансфекпию зу- караогических 'клеток. Метод напоминает бевгеривльпую трансформацию. К туеервотичеехвм клеткам, рвегушпм в культуре, ппбевлвюг ДНК. У клеток, включивших эту ДНК, проявляются новые феиогппичесхие признаки. А. Эухервогиче- рибоза. Различие заключается в отсутствии нли наличии гидрокснльной группы во втором положении сахарно~о кольца (рис. 2т4).
Как показано на рисунке, азотистые основания делятся на два типа: пиримидннтувые и пуриновые основания, называемые для краткости пирнмидины н пурины. Пиримндины состоят нз шестнчленного кольца, а у пурннов по два конденсированных кольца: одно-пятнчленное и второе †шестичленн. Каждая нукленновая кислога синтезируется из оснований только четырех типов. Одни и те же самые пурнны (аденнн и гуанин) входят в состав н ДНК и РНК. Два пнримиднна, входящие в состав ДНК,— зто цнтознн н тимин, а в РНК вместо тимина находится урацнл.
Тимин отличается от урацнла только наличием метильной группы в пятом положении пиримидннового кольца. Основания обычно обозначают их начальнымн буквами. Так, ДНК содержит А, О, С, Т, а РНК содержит А, О, С, (). (В некоторых случаях отдельные основании могут быть модифицированы после того, как включатся в нукленновую кислоту. Это явление описано для ДНК в гл. 30, а душ РНК-в гл. 7.) Азотистые основания соединены с пентозным кольцом глнкозидной связью между С-1 пентозного кольца и )ч)-3 пнрнмидина или )ч)-9 пурина. Чтобы избежать путаницы в нумерации атомов азотистых оснований н сахаров, положения атомов углерода пентозы пишут со штрихом (').
Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь, остов которой состоит из перемежающихся остатков сахара н фосфата. Как показано на рис. 2.5, атом в 5'-положении одного пентозного кольца соединен с атомом в 3'-положенин слелующего пентозного кольца через фосфатную группу. Принято говорить, что сахарофосфатный остов состоит из (5'-3')-связей. Концевой нуклеотид на одном конце цепи имеет свободную 5'-группу, на другом конце †свободн 3'-группу. Последовательности нуклеиновых кислот принято писать именно в таком направлении: от 5'-конца к 3'-концу. На рнс. 2.5 показано, что азотистые основания «торчат» нз сахарофосфатного остова. Заметим, что фосфатные группы заряжены отрицательно и нуждаются в нейтрализации — ионами металлов и(нли) положительно заряженными белками.
ехие хлегхп, утрегввшве ТК-гев, ве образуют фермента гимилвкхиввзы и погибают в агсугствпе гимпие. Б. Прв добавлении х хлегхем препере- гв ДНК, содержащего ТК-геиы, некоторые клетки получают эгп гены в начинают расти, образуя в результате колонии. Рцс. 2Л. В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания (пурины н пнрнмнднцы), сахар (лезокснрабоза ала рябова) а фосфвтпый остаток. Показана нумерация положения атомов в молекулах оснований и северов. Мовехулу, состовшую вз ввпгвсгого основания и сахара, называют вуияееввлеы, е мпяевулу, епетовщую ит веков«иве, сахара и фоефетиого осгетхл„-вуквеегвяем. Буква т«Ь обозначает лезохеврибпзу, в если ее вет, значит сахарный оетвгпк представлен рибезой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
