Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

рибулозо-5 -фосфат

Индол-З-глицерофосфат (ИГФ)

В-белок

_ триптофансинтазы Г^^]

CHj-CH—соон NH2

Н

н

Триптофан

Индол *рН

н2с-сн—СООН

NH2 Серии

Рис. 10.8. Часть метаболического пути биосинтеза триптофана у бактерий. Фермент триптофансинтаза состоит из субъединиц А и В, каждая из которы> обладает собственной ферментативной активностью.

А

Рис. 10.9. Опыты по трансплантации, проводимые с Drosophila melanogaster. Трансплантируют имагинальные глазные диски от одной личинки в брюшко другой личинки. А. У личинок дикого типа, которым имплантируют глазные диски от личинок типа vermilion (г) или cinnabar (си), развиваются глаза с окраской дикого типа. Такой тип развития окраски называется неавтономным, поскольку окраска глаз у имплантата в этом случае не зависит от свойств донора, а определяется только самим реципиентом. Б. Трансплантация v-+cn приводит к развитию окраски глаз дикого типа, т.е. также представляет собой пример неавтономного развития. Напротив, трансплантация от

Б

личинок сп к личинкам v сопровождается развитием окраски типа сп, т. е. в личинках v происходит автономное развитие глаз типа сп. Это значит, что личинки сп могут поставлять имагинальным дискам типа v некое вещество, необходимое для развития окраски дикого типа, в то время как личинки v оказываются неспособными снабдить имагинальные диски сп веществом, необходимым для синтеза нормального глазного пигмента. Таким образом, метаболический этап, блокируемый у личинок v, находится на пути биосинтеза глазного пигмента дикого типа, раньше, чем тот, который блокирован у личинок типа сп.

священа изучению биосинтеза глазного пигмента у плодовой мушки Drosophila. Экспериментальные подходы, которые Бидл и Эфрусси разработали для решения этой задачи, в дальнейшем удалось использовать и при работе с Neurospora. У взрослых особей Drosophila и других насекомых отряда Diptera многие структурные образования, такие, как крылья, ноги и глаза, развиваются из различных групп клеток (зачатков или имагиналъных дисков), которые на стадии развития личинки остаются недифференцированными (см. гл. 17). Имагинальный диск сложного глаза можно трансплантировать от одной личинки к другой, где впоследствии и произойдет его полное развитие. После соответствующих превращений реципиентной личинки можно изучить морфологию переv сп

i I

Триптофан —Х-* Кинуренин X» З-Гидроксикинуренин > Оммохромы

\ \ \

Глаза vermilion Глаза cinnabar 1 лаза дикого типа

Рис. 10.10. Локализация метаболических блоков на пути биосинтеза глазных пигментов (оммохромов) Drosophila у мутантных линий v и сп.

саженных глаз (рис. 10.9). В случае пересадки глазных дисков от личинки с мутациями типа vermilion (v) или cinnabar (сп) личинкам с глазами немутантного (дикого) типа трансплантаты развиваются в глаза с обычной окраской. Очевидно, что это происходит благодаря проникновению в пересаженные мутантные клетки некоторого вещества от нормальных клеток реципиента, которое и обеспечивает их нормальную пигментацию. Глазные диски типа vermilion, трансплантированные личинкам cinnabar, также развиваются в глаза с окраской дикого типа. Однако при пересадке глазных дисков cinnabar личинкам vermilion наблюдается развитие мутантной формы cinnabar. Эти результаты свидетельствуют о том, что для нормальной пигментации глаз требуются два вещества, биосинтез которых обеспечивается аллелями дикого типа локусов v и сп. Можно также заключить, что у-мутанты отличаются наличием метаболического блока на более ранней стадии пути биосинтеза глазного пигмента, чем у сл-мутантов, поскольку именно личинки cinnabar могут поставлять личинкам vermilion недостающее вещество, но не наоборот (рис. 10.10).

Подводя итоги, следует отметить, что изучение биохимических му-тактов различных организмов подтвердило гипотезу Гэррода о том, что наличие активных ферментов контролируется определенными генами, а сами ферменты в свою очередь контролируют метаболические процессы.

Гены и белки

В работе Бидла и Татума было выдвинуто предположение о том, что каждый ген отвечает за образование одного фермента. Соображения о природе взаимосвязи между генами и белками были впервые высказаны в связи с изучением одного из тяжелейших заболеваний человека-серповидноклеточной анемии. Люди, страдающие серповидноклеточной анемией, как правило, погибают, не достигнув зрелого возраста. При низком парциальном давлении кислорода эритроциты больных приобретают характерную серповидную форму, благодаря которой болезнь и получила свое название. У родителей больных наблюдаются некоторые признаки серповидноклеточности-их эритроциты также имеют несколько искаженную форму, однако они не страдают тяжелой формой анемии.

В 1949 г. Джеймс Нил и Е. Бит независимо высказали предположение о том, что серповидноклеточность связана с мутацией определенного гена, который у больных анемией существует в гомозиготном состоянии, а у носителей отдельных симптомов серповидноклеточности - в гетерозиготном. В том же году Нобелевский лауреат Лайнус Полинг

Рис. 10.11. Электрофоретическая подвижность гемоглобина здорового человека (вверху) и больного серповид-ноклеточной анемией в тяжелой (в середине) или легкой (внизу) форме. Препарат, содержащий гемоглобин, помещают в электрическое поле на участке, помеченном стрелкой. Нормальный гемоглобин (А) мигрирует

в сторону катода, а серповиднокле-точный гемоглобин (S)-B сторону анода. В препаратах, полученных от пациентов с отдельными признаками серповидноклеточной анемии, обнаруживаются оба вида гемоглобинов. (По Pauling L., Itano Н. A., Singer S. J., Wells I.C. 1949. Science, 110, 543.)

и трое его коллег обнаружили, что гемоглобины нормальных индивидов и больных серповидноклеточной анемией заметно различаются по подвижности в электрическом поле (рис. 10.11). При этом оказалось, что гемоглобин пациентов с отдельными симптомами серповиднокле-точности представляет собой смесь примерно равных количеств нормального и мутантного гемоглобинов. Таким образом, стало ясно, что мутация, вызывающая серповидноклеточность, связана с определенными изменениями химической структуры молекул гемоглобина. При го-мозиготности по данной мутации в организме присутствуют только измененные молекулы гемоглобина, а при гетерозиготности-как измененные, так и нормальные молекулы.

Гемоглобин А, представляющий собой основной тип гемоглобина у взрослого человека, состоит из четырех полипептидных цепей-двух идентичных а-цепей и двух идентичных Р-цепей (а2Р2)- В 1957 г. Верной Ингрэм показал, что нормальный и серповидноклеточный гемоглобины содержат одинаковые а-цепи, но различные р-цепи. В шестом положении Р-цепи нормального гемоглобина находится остаток глутаминовой кислоты, у серповидноклеточного гемоглобина он заменен на остаток валина (рис. 10.12). В данном случае различия между нормальным и му-тантным аллельными вариантами являются следствием единственной аминокислотной замены в соответствующем белке. Таким образом, стаНорма

Лейцин Треонин Глутами- 1 лутами Валин - - Гистидин

Пролин норая новая

кислота кислота

ло ясно, что гены определяют аминокислотную последовательность белков.

Полипептидные цепи а- и р-субъединиц гемоглобина кодируются различными генами. Многие другие белки и ферменты (хотя и не все) также состоят из двух или более полипептидных цепей, кодируемых разными генами. На этом основании Ингрэм предложил уточнить формулировку гипотезы «один ген-один фермент» в виде «один ген-одна полипептидная цепь».

Структура белков

Белки играют важнейшую роль в жизнедеятельности любых организмов. Многообразие и сложность живой материи, по сути дела, отражают многообразие и сложность самих белков. Каждый белок имеет свою уникальную функцию, которая определяется присущими ему структурой и химическими свойствами. Некоторые белки являются ферментами, то есть катализаторами биохимических реакций в живых организмах. Каждая химическая реакция катализируется определенным ферментом. Без участия ферментов подобные реакции не происходят вовсе или протекают слишком медленно, чтобы обеспечить саму возможность существования живых организмов. Другие белки (структурные) выполняют в организме роль строительных белков-или сами по себе (например, коллаген), или в комплексе с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины), углеводами (гликопротеины) или липидами (липо-протеины). Некоторые белки, такие, как, например, миоглобин и гемоглобин, вовлеченные в систему запасания и транспорта кислорода, связываются с функционально важными металлсодержащими органическими молекулами. Так, миоглобин и гемоглобин специфически связывают железосодержащую группировку, называемую гемом.

Белки-это большие полимерные молекулы, построенные из мономерных аминокислотных звеньев. В состав белков входят двадцать различных видов аминокислот. Все белковые аминокислоты (за исключег нием одной-пролина) характеризуются общей структурой типа

NH2 Н—С—СООН

обязательными элементами которой являются аминогруппа (—NH2) и карбоксильная группа (—СООН), связанные с центральным углеродным атомом. С этим же атомом углерода связаны также атом водорода (—Н) и боковая группа (радикал, обозначенный символом R). Подробнее о свойствах аминокислот см. в дополнении 10.1.

Дополнение 10.1. Химическая структура аминокислот

Двадцать аминокислот, обычно входящих в состав белков, можно классифицировать различными способами. Избранный нами способ классификации, проиллюстрированный на рис. 10.13, помогает выявить некоторые важные в биологическом отношении свойства аминокислотных остатков в белках. Эти свойства определяются исключительно природой боковых групп.

Восемь аминокислот объединены в группу неполярных или гидрофобных (т. е. отталкивающих воду). Обратите внимание на то, что одна из них-пролин-в структурном отношении существенно отличается от 19 остальных аминокислот. Из двенадцати полярных или гидрофильных аминокислот (образующих энергетически выгодные контакты

страница 3
< 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)