Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

бразом мог возникать аберрантные аски с распреде.7 нием аллелей 5 :3.

14.3. Дрожжевые аски содержат только

по четыре споры. Как можно было бы обнаружить наличие гетеродуплексной ДНК

после мейоза у дрожжей?

14.4. Обнаружены две мутантные

формы подвижного элемента. Мутант

А характеризуется значительным снижением частоты транспозиции. Мутант

В проявляет повышенную частоту транспозиции. Какие генетические функции могут быть затронуты у этих мутантов? Какого фенотипа следует ожидать в случае

двойного мутанта АВ1

14.5. Молекулы плазмидной ДНК, содержащие перекресты (рис. 14.5), были

выделены из клеток Е. coli в виде «восьмерок», состоящих из двух сцепленных колец, и подвергнуты расщеплению рестриктазой EcoRI непосредственно перед подготовкой образца к электронной микроскопии. Такие расщепленные молекулы при комнатной температуре нестабильны и, не будучи немедленно зафиксированы, быстро превращаются в линейные двуце-почечные структуры единичной длины. В то же время нерасщепленные «восьмерки» достаточно стабильны. Дайте объяс-нение.

14.6. Фаги Т4, содержащие температу-рочувствительную мутацию в гене ли-газы, характеризуются повышенной частотой рекомбинации различных маркеров в ходе скрещивания при пермис-сивных температурах. Ультрафиолетовое облучение родительского фагового штамма также повышает частоту рекомбих 1

^ V.

^ N. \ X X

^ 9 am 8

am 33,

х

am 30

ts 128 Ј~

am 35

am 86 am 50

'am 18

am N1 \ \

Рис. 14.19. Генетическая карта фага фХ174, построенная на основании частот рекомбинации между соседними маркерами. Обратите внимание на искажение карты в области цистрона А: сравните с картой, представленной на рис. 7.5. (По Benbow R. М. et al, 1971. J. Virol., 7, 549.)

В

E \ \

am 16

нации между различными маркерами. Объясните эти явления.

14.7. Изобразите стадии процесса, ведущего к образованию рекомбинантных дочерних фагов в результате рекомбинации генетических маркеров между двумя кольцевыми родительскими геномами фага L

14.8. Мутации, инактивирующие ген tnpR транспозона ТпЗ, вызывают повышение частоты транспозиции. Какой еще эффект можно ожидать от этих мутаций?

14.9. Предложите объяснение искажения, наблюдаемого на генетической карте фага фХ 174, представленной на рис. 14.19, в области цистрона А.

14.10. Совместная инфекция Е. coli двумя фагами, несущими различные летальные температурочувствительные мутации, при пермиссивной температуре приводит к возникновению рекомбинан-тов дикого типа. Предложите эксперимент, который позволил бы выяснить, имеют ли эти фаги свою собственную систему рекомбинации.

14.11. Для некоторых грибов характерно образование аберрантных асков преимущественно с распределением 6:2 п: практически полном отсутствии в пото стве асков с распределением 5 :3. Какая приведенных в настоящей главе модел рекомбинации может лучше всего обы нить эту закономерность? Какие допуп ния следует сделать для того, чтобы э модель полностью удовлетворяла вьих упомянутым фактам?

14.12. Предложите генотипы д.

штаммов Р " и Hfr Е. coli, с помощью к

торых можно было бы отобрать м

тантные штаммы F ~ rec ~.

14.13. Представьте схематически п следовательность событий, в результа которых транспозиция ТпЗ может прив сти к делеции части хромосомы Е. coli, к отмечено на рис. 14.16.

14.14. Обратите внимание на то, ч' в экспериментах, отраженных на рис. 14 коэффициент с всегда значительно прев) шает 1 даже для достаточно далеких др от друга маркеров фага L Объясните э' явление, исходя из обсуждения динами) фагового скрещивания, приведенно] в гл. 7.

15

Регуляция экспрессии генов у прокариот

Среда обитания любых организмов подвержена постоянным изменениям. Поэтому можно полагать, что в результате естественного отбора значительные преимущества получили организмы, которые оказались способны регулировать свою генетическую активность для того, чтобы приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Регуляция генетической экспрессии придает организмам необходимую гибкость в выборе способов утилизации доступных в данной ситуации ресурсов, что позволяет поддерживать максимальную скорость репродукции и обеспечивать устойчивость по отношению к действию неблагоприятных факторов окружения. Так, бактерии, растущие на богатой среде, содержащей удобный источник углерода, например глюкозу, а также все 20 аминокислот, могут размножаться быстрее, если они не расходуют своих ресурсов на синтез многочисленных ферментов, необходимых для утилизации менее удобных источников углерода или для биосинтеза самих аминокислот. Использовать эти метаболические функции клетке необходимо только тогда, когда вышеназванные компоненты отсутствуют в окружающей среде. Наиболее простой и эффективный контроль генетической активности у прокариот осуществляется на уровне транскрипции. Многочисленные примеры использования регуляции этого типа были обнаружены и изучены для E.coli и других бактерий.

Очень полезным оказалось и изучение механизмов регуляции на бактериофагах. И в этом случае важнейшим уровнем регуляции генетической экспрессии оказывается регуляция транскрипции. Важным фактором, способствовавшим успешному изучению генетики регуляторных механизмов, является небольшой по сравнению с бактериальной хромо(З-Галактозидаза

ции р-галактозидазы часто используется показанный на рисунке нем* таболизируемый синтетический индуктор IPTG (ИПТГ) поскольку ог не гидролизуется Р-галактозидазой.

сомой размер фагового генома, позволяющий идентифицировать вс или по крайней мере большую часть фаговых генов. Сегодня уже ясн< что контроль экспрессии генов и у фагов, и у бактерий осуществляете с использованием однотипных регуляторных элементов. Наличие пс добных регуляторных. элементов характерно для всех прокариот.

Классическим примером, иллюстрирующим явление транскрипцио! ного контроля генетической активности, служит система регуляции сиг теза Р-галактозидазы-фермента, расщепляющего дисахаридлактозу д галактозы и глюкозы (рис. 15.1). Синтез этого фермента индуцируета когда в питательной среде присутствует лактоза, а оптимальный источ ник углерода-глюкоза-отсутствует. При индукции гена р-галактози дазы появлению в клетке соответствующей ферментативной активност: предшествует появление мРНК, считываемой с гена lacZ (рис. 15.2 После индукции скорость синтеза Р-галактозидазы возрастает пример» в 1000 раз и поддерживается на таком уровне до тех пор, пока в сред присутствует индуктор.

В качестве индукторов синтеза р-галактозидазы могут выступать ка] лактоза, так и ряд ее структурных аналогов. Аллолактоза, один из про

о я н

о

Рис. 15.2. Повышение продукции мРНК, кодирующей В-галактозидазу, предшествует повышению уровня синтеза самой В-галактозидазы. Постоянное присутствие индуктора необходимо для поддержания повышенного уровня мРНК, которая в отличие от сравнительно стабильного фермента подвержена быстрой

деградации. Обычный уровень ферментативной активности, характерный для клеток в отсутствии индуктора и необходимый для синтеза аллолактозы (естественного индуктора), обеспечивается единичной копией мРНК, синтез которой инициируется при прохождении репликативной вилки через область гена.

межуточных продуктов метаболизма лактозы (рис. 15.1), является собственно активным индуцирующим агентом. Низкий конститутивный уровень р-галактозидазы, характерный для неиндуцированных клеток, достаточен для превращения лактозы в индуктор - аллолактозу.

После удаления индуктора из среды уровень соответствующей мРНК резко снижается в результате ее деградации до нуклеотидов под действием рибонуклеазы. Время полужизни мРНК составляет всего лишь несколько минут. Поэтому для поддержания уровня мРНК необходима постоянная индукция ее синтеза, уравновешивающего процесс быстрой деградации. Практически все прокариотические мРНК метаболически нестабильны. Эта нестабильность молекул мРНК в сочетании с аппаратом регуляции транскрипции обеспечивает клетке возможность избирательно синтезировать только необходимые белки.

Специфические механизмы регуляции экспрессии генов удалось установить благодаря сочетанию генетического и биохимического анализа ряда генетических функций, таких, как способность утилизировать альтернативные источники углерода, синтезировать определенные аминокислоты и другие метаболиты. Как отмечалось в гл. 7 и 8, генетическое картирование мутаций, влияющих на определенную метаболическую цепь, свидетельствует о том, что вовлеченные в нее гены часто располагаются в геноме в виде кластеров. Группировка функционально связанных между собой генов в кластеры, транскрипция каждого из которых инициируется на общем промоторе, позволяет осуществлять координированный контроль экспрессии этих генов. Транскрипция кла

стера генов с образованием полицистронной мРНК обеспечивает однс временное появление после индукции сразу всех белков, необходимы для реализации соответствующей функции.

Генетический анализ механизмов регуляции экспрессии на примера: которые рассматриваются в этой главе, позволяет выявить существовг ние трех различных типов регуляторных элементов.

1. Регуляторные белки -белки, влияющие на активность РНК-полим«

разы в инициации или терминации транскрипции.

Эти белки могут оказывать как позитивное, так и негативное влш ние на процессы инициации или терминации. Их активность част контролируется с помощью специфического связывания низкомоле кулярных эффекторов.

2. Эффекторы-небольшие небелковые молекулы, концентрация кс торых в клетке отражает особенности её состояния. В качестве эффев торов могут выступать сАМР, триптофан, аллолактоза и др.

3. Регуляторные последовательности -участки нуклеотидной последова тельности, действуя на которые регуляторные белки влияют на урс вень синтеза соответствующих мРНК (промоторы, терминатор! и др.)

Участки ДНК, контролирующие транскрипцию

Синтез РНК направляется РНК-полимеразой, которая связываетсз с промоторным участком ДНК и начинает транскрипцию матрично! цепи ДНК, которая продолжается вплоть до достижения те

страница 35
< 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
(24.10.2019)