Вопрос 62. Трансформация. Трансдукция

1. Роль нуклеиновой кислоты

2. Трансформация

3. Трансдукция

Хромосомная теория наследственности закрепила за генами роль элементарных наследственных единиц, локализованных в хромосомах. Однако химическая природа гена долго еще оставалась неясной. Сегодня известно, что носителем наследственной информации является ДНК. Убедительное доказательство того, что именно с ДНК связана передача наследственной информации, получено при изучении вирусов, а именно: проникая в клетку, они вводят в нее лишь нуклеиновую кислоту с очень небольшой примесью белка; вся белковая оболочка остается вне зараженной клетки; введенная в клетку ДНК передает генетическую информацию, необходимую для образования нового поколения вируса такого же типа.

Обнаружено также, что чистая нуклеиновая кислота вируса табачной мозаики может заразить растение, вызывая типичную картину заболевания. Удалось искусственно создать вегетативные " гибриды" из вирусов, в которых белковый футляр принадлежал одному виду, а нуклеиновая кислота — другому. В таких случаях генетическая информация " гибридов" всегда в точности соответствовала тому виду вирусов, чья нуклеиновая кислота входила в состав " гибрида". Важные доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации были получены на микробных клетках в явлениях трансформации и транс-дукции.

Трансформация — включение чужеродной ДНК в бактериальную клетку. Это перенос наследственной информации от одной клетки прокариот посредством ДНК бактерии-донора или клетки-донора. Трансформация происходит при обработке бактерии мертвыми клетками или экстрактами других штаммов. При этом бактерии приобретают определенные свойства и сохраняют их. Например, при обработке невирулентного (т. е. не вызывающего заболевания) штамма пневмококков экстрактом ДНК из вирулентного штамма он приобретал способность вызывать воспаление легких.

3. Трансдукция заключается в переносе вирусами части ДНК предыдущих бактериальных клеток-хозяев новым клеткам-хозяевам. Так, при инфицировании культуры неподвижных бактерий вирусами, размножающимися в подвижной культуре, некоторые из бактерий становятся подвижными. Изменение наследственности бактерий при трансдукции достигается благодаря переносу ДНК от одних бактериальных клеток к другим с помощью ДНК или РНК вируса.

Описан перенос ДНК посредством вирусов, т. е. трансдукции, у насекомых. Непигментированных личинок тутового шелко-. пряда заражали вирусами, которые до этого паразитировали в окружающих насекомых. В результате у части потомства, полученного от непигментированных, но зараженных особей, появилась окраска. И в этом случае изменение наследственных свойств было связано с переносом ДНК.

Вопрос 63. Основы молекулярной генетики. Структура гена. Коллинеарность

/. Ген — часть хромосомы

2. Цистрон, его структура

3. Различия между функциями генов. Опероны

4. Явление коллинеарности

1. Изучение химической структуры ДНК и генетических функций позволяет рассматривать гены как участки нуклеиновой кислоты, характеризующиеся определенной специфической последовательностью нуклеотидов. Расшифровка материальной сущности гена — одно из важных достижений современной биологической науки.

Первоначально считалось, что гены представляют собой часть хромосомы и являются неделимой единицей, обладающей рядом свойств:

• способностью определять признаки организма;

• способностью к рекомбинации, т. е. перемещению из одной гомологической хромосомы в другую при кроссинговере;

• способностью мутировать, давая новые аллельные гены.

В дальнейшем оказалось, что ген представляет собой сложную систему, в которой указанные способности не всегда бывают нераздельными.

Первые представления о сложной структуре гена возникли еще в 20-х гг. XX столетия. Советские генетики А. С. Серебровский и Н.П. Дубинин выдвинули предположение, что ген состоит из отдельных " ступенек". В настоящее время это блестяще подтвердилось новыми исследованиями. Ген представляет собой часть молекулы ДНК и состоит из сотен пар нуклеотидов.

2. Ген как функциональную единицу предложено называть цис-троном, который определяет последовательность аминокислот в каждом специфическом белке. Цистрон подразделяется на предельно малые в линейном измерении единицы - реконы, способные к рекомбинации при кроссинговере.

Выделяют, кроме того, мутоны — наименьшие части гена, способные к изменению (мутированию). Размеры рекона и мутона могут равняться одной или нескольким парам нуклеотидов, цистрона - сотням и тысячам нуклеотидов.

3. Оказалось, что разные функции гена связаны с отрезками цепи ДНК различной величины. Ген имеет сложную структуру, внутри которой могут осуществляться процессы мутирования и рекомбинации. Обнаружены также гены, которые не контролируют синтеза белков, но регулируют этот процесс. Таким образом, возникла необходимость разделить гены на две категории:

• структурные;

- функциональные.

Структурные гены определяют последовательность аминокислот в полипептидной цепи. У тех бактерий, у которых они изучены, структурные гены, как правило, располагаются в хромосоме в последовательности, соответствующей кодируемым реакциям.

Функциональные гены, по-видимому, не образуют специфических продуктов, которые можно обнаружить в цитоплазме. Эти гены контролируют функцию других генов. Один из функциональных генов получил название гена-оператора. Ген-оператор и ряд структурных генов, расположенных рядом в линейной последовательности, составляют оперон — единицу считывания генетической информации, т. е. с каждого оперона снимается своя молекула информационной РНК. Функция гена-оператора регулируется геном-регулятором. Он кодирует синтез белка-репрессора. Наличие или отсутствие этого белка,

присоединяющегося к гену-оператору, определяет начало или прекращение считывания информации.

4. Коллинеарность — свойство, обусловливающее соответствие между последовательностью кодонов нуклеиновых кислот и аминокислот полипептидных цепей. Иными словами, коллинеарность - свойство, благодаря которому в белке воспроизводится та же последовательность аминокислот, в какой соответствующие кодоны располагаются в гене. Это означает, что положение каждой аминокислоты в полипептидной цепи зависит от особого участка гена.

Генетический код считается коллинеарным, если кодоны нуклеиновых кислот и соответствующие им аминокислоты в белке расположены в одинаковом линейном порядке.

Явление коллинеарности доказано экспериментально. Серповидно клеточная анемия, при которой нарушено строение молекулы гемоглобина, обусловлена дефектами расположения нуклеотидов в гене, ответственном за синтез гемоглобина. Было установлено расстояние между аминокислотами, зависимыми от этих мутаций, и расположение мутонов на генетической карте гена триптофансинтетазы, совпадающее с расположением аминокислот в этом ферменте. Аминокислоты заменялись в соответствии с изменением нуклеотидного состава соответствующих триплетов.

Гипотеза о том, что последовательность аминокислот в белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене, была высказана Г.А. Гамовым. Данные о коллинеарности полипептидов подтвердили ее. Благодаря концепции коллинеарности можно:

• определить примерный порядок нуклеотидов внутри гена и информационной РНК, если известен состав полипептидов;

• предсказать аминокислотный состав белка, определив состав нуклеотидов ДНК;

• сделать вывод, что изменение порядка нуклеотидов внутри гена (мутация) приводит к изменению аминокислотного состава белков.

Вопрос 64. Репарация

1. Световая репарация

2. Темновая репарация

1. Под действием различных физических и химических агентов и даже при нормальном биосинтезе в ДНК могут возникнуть повреждения. Оказалось, что клетки обладают способностью самостоятельно исправлять повреждения в молекуле ДНК. Этот феномен получил название репарации. Первоначально способность к репарации была обнаружена у бактерий, подвергавшихся воздействию ультрафиолетового излучения. В результате облучения целостность молекул ДНК нарушалась, так как в ней возникали димеры, т. е. сцепленные между собой соединения в области оснований. Димеры образуются:

• между двумя тиминами;

• тимином и цитозином;

• двумя цитозинами;

• тимином и урацилом;

• двумя урацилами.

Облученные клетки на свету выживали гораздо лучше, чем в темноте. После тщательного анализа причин было установлено, что в облученных клетках на свету происходит репарация. Она осуществляется специальным ферментом, активирующимся квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет возникшие в димерах связи и восстанавливает целостность нити ДНК.

2. Позднее была обнаружена и темновая репарация, т. е. свойство клеток ликвидировать повреждения ДНК без участия видимого света. Темновая репарация осуществляется комплексом из пяти ферментов:

• узнающего химические изменения на участке цепи ДНК;

• осуществляющего вырезание поврежденного участка;

• удаляющего этот участок;

• синтезирующего новый участок по принципу комплементарно-сти взамен удаленного фрагмента;

• соединяющего концы старой цепи и восстановленного участка. При световой репарации исправляются повреждения, возникшие только под воздействием ультрафиолетовых лучей, при темновой — повреждения, появившиеся под влиянием жесткой радиации, химических веществ и других факторов. Темновая репарация обнаружена у прокариот и в клетках эукариот. У последних она изучается в культурах тканей. Вопрос о том, почему одни повреждения репарируются, а другие нет, остается открытым. Если репарация не наступает, то клетка гибнет либо наступает мутация.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒