Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

роятным, что мРНК синтезируется в виде предшественников, входящих в состав гяРНК, а образование зрелых мРНК является результатом нуклеазного процессинга при выходе в цитоплазму. Решение проблемы было найдено благодаря тому, что были обнаружены внутренние некодирующие последовательности, входящие в состав некоторых структурных генов.

Размер транскриптов гена овальбумина, которые содержатся в ядрах клеток яйцевода, удалось определить с использованием высокорадиоактивных кДНК-зондов, полученных по овальбуминовой мРНК так, как

это было описано выше. С помощью радиоактивных зондов, комплементарных последовательностям интронов, было установлено, что эти участки последовательности транскрибируются и входят в состав высокомолекулярных ядерных РНК. Следовательно, образованию зрелой цитоплазматической мРНК должно предшествовать удаление интронов из последовательности гяРНК-транскрипта (этот процесс называется сплайсингом от англ. to splice-сплетать, сращивать). Как уже упоминалось, кодирующие участки структурных генов (и соответствующих гяРНК) принято называть экзонами (экспрессирующиеся участки гена), а встроенные внутрь кодирующей последовательности некодирующие участки структурных генов (и соответствующих гяРНК)-интронами (от англ. intervening-промежуточный). Эксперимент, подтверждающий присутствие интронов в гяРНК-транскриптах и их отсутствие в соответствующих мРНК на примере мышиного р-глобинового гена, проиллюстрирован на рис. 11.21.

Различия в структурной организации прокариотических и эукариоти-ческих генов и их первичных транскриптов отражают принципиальные различия в организации этих двух типов клеточных структур. Наличие ядерной мембраны, как отличительная особенность эукариотических клеток, предоставляет возможность пространственно разделить процессы транскрипции ДНК в ядре и трансляции мРНК в цитоплазме, что в свою очередь позволяет перед трансляцией осуществлять процессинг первичных транскриптов. В то же время у прокариот трансляция и транскрипция, как правило, тесно связаны (см. рис. 11.12).

Как можно представить себе эволюционное происхождение этих фундаментальных различий? Не исключено, что генетическая структура современных эукариот отражает наиболее древнюю структурную организацию, которая послужила также эволюционным предком и сегодняшних прокариотических организмов, например таких, как Е. coli. Эволюция бактерий могла быть ответом на возникшие селективные условия, благоприятствовавшие быстрому росту и клеточному делению. Эволюционные преимущества в таких условиях могли оказаться достигнутыми благодаря слиянию ядра с цитоплазмой и сопряжению процессов транскрипции и трансляции. Это могло в конце концов привести и к выщеплению интронов, присутствие которых препятствовало бы правильной трансляции первичных транскриптов.

Характер организации генома митохондрий как у простейших эукариот, например грибов, так и у высших животных, включая человека, можно рассматривать как подтверждающий сформулированную выше гипотезу. Считается, что эволюционным предком митохондрий послужили бактерии-предшественники современных прокариот,-вступившие в симбиоз с эволюционным предшественником эукариотических клеток. В самом деле, для митохондриального генома грибов характерно наличие интронов, удаление которых происходит при сплайсинге первичных транскриптов непосредственно в митохондриях. Таким образом, структура митохондриального генома грибов в эволюционном отношении не столь далека от генетической организации, постулируемой для древнейших прокариот. С другой стороны, для митохондрий человека характерна очень компактная организация генома, в нем полностью отсутствуют интроны и удалены любые другие «несущественные» последовательности. Создается впечатление, что геном митохондрий эукариотических клеток, находящихся на высшей ступени эволюционного развития,

Рис. U.21. Полученные с помощью электронного микроскопа фотографии структур типа R-петли, образующиеся при взаимодействии клонированного мышиного р-глобино-вого гена с 155-глобиновой гяРНК {А) и lOS-глобиновой мРНК (Б). Видно, что р-глобиновый ген содержит промежуточный фрагмент последовательности ДНК длиной около 550 пар оснований, отсутствующий в комплементарной последовательности мРНК. Отсутствие соответствующей петли

на изображении А свидетельствует о том, что этот фрагмент входит в состав гяРНК-предшественника. Формирование R-петель происходит при инкубации двухцепочечной ДНК с комплементарной РНК в условиях, способствующих частичной денатурации ДНК. В этих условиях гетеродуплекс РНК—ДНК оказывается более прочным, чем двойная спираль ДНК. (По Tiighman S. М. et al. 1978. Ргос. Nat. Acad. Sci. USA 75, 1309.)

мог также подвергнуться значительно более существенным эволюционным модификациям. Если принять гипотезу происхождения митохондрий от древнейших прокариот, то следует признать, что организация генома, которая была присуща этим прокариотам, в определенном смысле ближе к организации генома современных эукариот, нежели современных прокариот.

Центральная догма

Подводя итоги, отметим, что центральная догма молекулярной биологии, сформулированная Криком, позволяет четко определить структуру взаимоотношений между информационными макромолекулами в биологических системах. Наследственная информация, закодированная в ДНК, передается молекулам РНК и затем через стадию трансляции выражается в структуре белковых молекул. В определенных условиях, например при инфекции некоторыми вирусами, этот общий для всех клеток путь переноса информации может несколько видоизмениться. Так, при вирусной инфекции информация может передаваться от молекул родительской РНК к дочерним молекулам РНК или от молекул РНК к ДНК. Наследственная информация, закодированная в нуклеотидной последовательности, переводится в аминокислотные последовательности белков. По всей вероятности, этот этап переноса информации, включающий стадию трансляции, не является обратимым. Белковые молекулы представляют своего рода «ловушку» в потоке генетической информации. Эволюционное развитие этой системы должно было завершиться на заре истории возникновения жизни на Земле. Вопрос о том, как конкретно могла протекать эта эволюция, дает прекрасную почву для различного рода теорий и гипотез. К сожалению, проверка какой-либо из таких гипотез сопряжена с необычайными трудностями.

Литература

Dudaicyzk A et al. (1978). The natural ovalbumin gene contains seven intervening sequences, Nature, 274, 328-333.

GamperH.B., Hearst J. E. (1982). A topological model for transcription based on unwinding angle analysis of E. coli RNA polymerase binary, initiation and ternary complexes, Cell, 29, 81-90.

Greenblatt J., Li J. (1981). Interaction of the sigma factor and the nusA gene protein of E. coli with RNA polymerase in the initiation-termination cycle of transcription, Cell, 24, 421-428.

Lai E. et al. (1978). The ovalbumin gene: structural sequences in native chicken DNA are not contiguous, Proc. Natl. Acad. Sci USA, 75, 2205-2209.

Losick R., Chamberlin M., eds., 1976. RNA

polymerase, Cold Spring Harbor Laboratory,

Cold Spring Harbor, N. Y. Losick R., Pero J. (1981). Cascades of sigma

factors, Cell, 25, 582-584. McReynolds L et al. (1978). Sequence of chicken

ovalbumin mRNA, Nature, 273, 723-728. Nomura M., Tissieres A., Lengyel P., eds., 1974.

Ribosomes, Cold Spring Harbor Laboratory,

Cold Spring Harbor, N. Y. O'Farrell P.Z. et al. (1978). Structure and

processing of yeast precursor tRNAs containing

intervening sequences, Nature, 274, 438-445. Piatt T. (1981). Termination of transcription and

its regulation in the, tryptophan operon of E.

coli, Cell, 24, 10-23. Summers J., Mason W.S. (1982). Replication of the

genome of a hepatitis B-Iike virus by reverse

transcription of an RNA intermediate, Cell, 29,

403-415.

TeminH.M. (1976). The DNA provirus hypothesis, Science, 192, 1075-1080.

TilghmanS.M. et al. (1978). The intervening sequence of a mouse beta-globin gene is transcribed within the 15S beta-globin mRNA precursor, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, 1309-1313.

Varmus H.E. (1982). Form and function of retroviral proviruses, Science, 216, 812-820.

Yanofsky C, Drapeau G. R., Guest J. R., Carlton B.C. (1964). On the colinearity of gene structure and protein structure, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 51, 266-272.

Ключевые слова и понятия

Активация аминокислоты Аминоацил-тРНК Аминоацил-тРНК-синтетаза Антикодон

Гетерогенная ядерная РНК (гяРНК)

Интрон

кДНК

Кодон

Колинеарность Матричная РНК (мРНК) Обратная транскриптаза Пептидилтрансфераза

Полисома

Промотор

Рибосома

РНК-полимераза

ст-Субъединица

Терминатор

Транскрипция

Транскрипционная единица

Трансляция

Транспортная РНК (тРНК) Центральная догма Эк зон

Задачи

11.1. При инкубации в соответствующих условиях чистой двухцепочечной ДНК с нуклеозидтрифосфатами в присутствии РНК-полимеразы Е. coli происходит синтез РНК. Количество образовавшейся РНК измеряется по включению [3Н]-меченых нуклеозидтрифосфатов (тритиевая метка вводится в азотистые основания). Для определения количества трития, включившегося в РНК, ее осаждают кислотой, что позволяет отделить образовавшуюся РНК от избытка меченых нуклеозидтрифосфатов. Данные, приведенные в табл. 11.2, отражают относительные количества у32Р-нУклеозид-трифосфатов, включившихся в РНК

Таблица 11.2. Включение у-32Р-нуклеозидтрифосфатов в РНК при транскрипции in vitro различных препаратов ДНК

Таблица 11.3. Гибридизация [3Н]-РНК с РФ ДНК и одноцепочечной ДНК фага ф XI74

Образование РНК—ДНК-гибрида (имп/мин, распад [3Н])

РНК/ДНК Время введения РФ ДНК Одноцепочечная ДНК из фаговых

пульсовой метки частиц1

(мин)

5-6,5 253 60

35-36,5 3261 160

1 Приведены предельные значения. (По Hayashi М. et al 1963. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 50, 664.)

50-51,5 3473 160

в идентичных условиях. Реакцию осуществляли

страница 11
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.09.2019)