Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

организмы располагают следующими типами регуляторных элементов: репрессоры, активаторы, корепрессоры, промоторы, операторы, аттенуаторы и терминаторы. Какие из этих элементов по-вашему могут быть вовлечены в регуляцию всех транскрипционных единиц? всех оперонов? всех ат-тенуируемых оперонов?

15.2. Опишите фенотипические проявления следующих частичных диплоидов Е. coli в терминах наличия или отсутствия ферментативных активностей:

г ГР~Ос2*Г+ „ Г P+OcZ'Y~

ь — Д

V P*Q+Z~Y+

Г P+0+Z'Y~

Г P+Q+Z'Y*

г p+o+z+yГ P+0+Z-Y'

Г P+Q+Z+Y+ Г Р+Ос Z~Y~

15.3. Проведите классификацию следующих регуляторных элементов на негативные и позитивные (по отношению к контролю транскрипции):

(а) продукт гена N фага X

(б) продукт гена его фага X

(в) триптофанил-тРНК-синтетаза

(г) триптофан

(д) продукт гена ell фага X

(е) продукт гена lad

(ж) фенилаланил-тРНКРЬе

(з) тРНКРЬе

(и) р-фактор

(к) ст-фактор

(л) продукт гена recA (м) (3-галактозидаза (н) сАМР

(о) продукт гена Q фага X (п) продукт гена cl фага X (р) ген lacO (с) ген 0R фага X

(т) лидерная последовательность ггр-опе-рона

15.4. Продукция фермента S у Е. coli регулируется генами А, В и С. Гены А и В действуют в yuc-положении, а ген С-как в цис-, так и в транс-положении.

(а) Что можно сказать о природе генов А,

В и С?

(б) Удается выделить мутанты по генам

В и С, характеризующиеся конститутивным синтезом фермента S. В то же время любые мутации гена А сказываются только на снижении продукции S-фермен-та независимо от условий культивирования. Что еще можно сказать о генах А, В и С?

(в) Что можно сказать о природе регуляции фермента S, если введение делеции в ген С приводит к полному прекращению синтеза фермента S?

15.5. Определите фенотип штаммов

фага X, несущих мутации в следующих

генах:

int PRE

cl его

ell 0R

clll N

15.6. Известно, что ген А кодирует

диффундирующий продукт, регулирующий синтез фермента X, а гены Р и 5-соответственно промотор и регулятор, контролирующие ген X. Заполните таблицу

и предскажите характер продукции фермента Х-индуцибельный, неиндуцибельный или конститутивный.

Генотип Если продукт Если продукт

гена А-ре- гена А-актипрессор ватор

Гаплоидный генотип А~

Мутация в гене А, приводящая к необратимому связыванию с 5

Р~

S~

Частично диплоидный генотип A+P + S+X7

A+P+S_x+

A+P + S+X+/

A_p_s+X_

A"P + S+X7 AP+S+X+ A + P"S+X7

AP+S+X15.7. Клетки E, coli, несущие профаг X. с температурочувствительной мутацией в гене cl \Е. coli (Хс/'5)], жизнеспособны в форме лизогенов при 30°, а при 42° лизи-руются и высвобождают фаговые частицы. Штамм Е. coli (Xcl,s N~ 0~) при 30° развивается как нормальный лизоген, иммунный к суперинфекции фагом X. При выращивании этого штамма на протяжении нескольких генераций при 42° и последующем тестировании на иммунность при 30° оказывается, что почти все клетки в популяции (99,9%) чувствительны к инфекции фагом X, лизируются и высвобождают потомство инфицирующего фага. В то же время клетки штамма Е. coli {Xclts NO), вначале инкубируемые при 42°, а затем при 30°, вновь приобретают иммунитет к инфекции фагом X при 30° с частотой около 1% на генерацию. Основываясь на ваших знаниях о регуляции фага X, предложите гипотезу, удовлетворяющую этим наблюдениям. Как проверить вашу гипотезу?

15.8. Какой из механизмов регуляции

транскрипции, рассмотренных в этой главе, может быть, с вашей точки зрения, характерен только для прокариот?

15.9. Некоторые мутации, картируемые в гене lad Е. coli, лишают клетки

способности использовать лактозу в качестве источника углерода. В частичных диплоидах, содержащих аллель lad+, эти

мутации, обозначенные 1асГ (признак-суперрепрессия), проявляются как доминантные (то есть придающие диплоиду

скорее мутантный, чем нормальный фенотип). Предложите гипотезу, учитывающую свойства мутаций lacP. Ваша гипотеза должна иметь предсказательную силу.

Каковы предсказания, которые можно

сделать на основании вашей гипотезы?

Как их проверить экспериментально?

15.10. Первые данные, полученные Жакобом и Моно о рецессивном характере

мутаций lad ~, вполне согласуются

с предположением о том, что ген lad + кодирует репрессорную молекулу РНК, которая предотвращает транскрипцию,

взаимодействуя с операторной ДНК

с образованием R-петли или связываясь

с операторной мРНК и тем самым блокируя дальнейшую транскрипцию оперона.

Предложите генетические (не биохимические !) эксперименты, с помощью которых

можно было бы установить, является ли

/ас-репрессор белком или РНК.

15.11. Фаг л, несущий мутацию R ~, неспособен лизировать инфицируемые клетки, несмотря на то что в них нарабатывается нормальное количество дочерних фаговых частиц. Однако при инфекции фагом XR ~ клеток, лизогенных по гетероим-мунному лямбдоидному фагу 434 (см. гл. 7), наблюдаются лизис и высвобождение потомства XR ~ (фаги 434 не образуются). Предложите гипотезу, объясняющую это явление, и опыты по ее проверке.

15.12. Если бы Жакоб и Моно начали работу не с мутантами / ", обсуждавшимися в этой главе, а с мутантами I~D, можно ли полагать, что их выводы о природе регуляции р-галактозидазы оказались бы точно такими же? Если нет, то чем они могли отличаться?

16

Регуляция экспрессии генов у эукариот

Различные типы клеток эукариотического организма синтезируют ряд одинаковых белков и в то же время отличаются друг от друга набором белков, специфичных для клеток данного типа. Кроме того, уровень продукции каждого белка варьирует в зависимости как от типа клеток, так и от стадии их развития. Таким образом, следует различать два вида эукариотических генов: одни из них связаны с поддержанием универсальных клеточных функций (гены «домашнего хозяйства»), другие детерминируют специализированные клеточные функции (гены «роскоши»). Функции первого типа проявляются во всех клетках. Для осуществления дифференцированных функций, специфичных для отдельных типов клеток, эти клетки должны в зависимости от их локализации в организме избирательно экспрессировать определенный набор генов.

Так, на различных стадиях развития человека кроветворные клетки синтезируют различные типы гемоглобинов. Белки кристаллины, образующие хрусталик глаза, синтезируются только теми эктодермальными клетками, которые соприкасаются с развивающейся сетчаткой. Очевидно, что эти примеры экспрессии характерных наборов мРНК и белков различными клетками отражают генетическую регуляцию. Более того, решения, принимаемые митотическими сестринскими клетками - стать кроветворными, ретинальными или клетками хрусталика в зависимости от их относительного расположения в развивающемся зародыше,-также связаны с процессами генетической регуляции.

Насколько сложными должны быть механизмы генетической регуляции, контролирующие эти процессы,-вопрос спорный. Определенную ясность в этот вопрос могут внести некоторые количественные выкладки. Число белков, кодируемых ДНК какого-либо организма, может служить разумной оценкой числа генетических функций, необходимых для его развития и воспроизводства. Такой параметр, как сложность последовательности ДНК (ЛГ) данного организма, задает верхний предел числу кодируемых белков (см. гл. 9). В то же время известно, что лишь небольшая часть последовательности в эукариотических ДНК действительно кодирует те или иные белки. Многие участки ДНК транскрибируются в форме гяРНК, которые впоследствии не транспортируются в цитоплазму и не образуют мРНК, подлежащих трансляции. В ходе созревания некоторых гяРНК в мРНК происходит удаление избыточных З'-концевых последовательностей и интронов (см. гл. 11). Только около 10% транскрибируемых последовательностей действительно превращаются в последовательности мРНК. Допустив, что в ходе развития организма в клетках различного типа в совокупности происходит транскрипция всех последовательностей, присутствующих в эукариоти-ческом геноме в виде одной копии, можно оценить максимальное число белков, продуцируемых данным организмом. Геном человека состоит примерно из 2,9 -109 п.н., 70% которых входит в состав однокопийных последовательностей ДНК. Это означает, что сложность популяции мРНК может достигать 2-108 нуклеотидов. Поскольку белок среднего размера кодируется мРНК длиной около 1800 нуклеотидов, максимальное число белков человеческого организма оценивается величиной 110000. Сходные расчеты позволяют получить оценку максимального числа белков: 17 000-для морского ежа и 7250-для Drosophila melanogaster. Последняя величина достаточно хорошо согласуется с числом комплементационных групп, выявленных при исследовании различных мутантов, а также с числом дисков в политенных хромосомах (5000-6000).

Изучение механизмов регуляции генов у эукариот является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной генетики. Наши сегодняшние представления о молекулярных механизмах экспрессии генов у эукариотических организмов в значительной мере основаны на результатах, полученных с применением методов реком-бинантных ДНК. Поскольку эти новые методы стали доступны лишь сравнительно недавно, имеющиеся сегодня сведения о структуре и регуляции эукариотических генов весьма фрагментарны.

Как обсуждалось в гл. 15, регуляция прокариотических генов осуществляется за счет взаимодействия специализированных регуляторных белков с регуляторными участками последовательности ДНК. Теперь мы знаем, что это в равной мере относится и к регуляции эукариотических генов. Применение методов работы с рекомбинантными ДНК позволило выделить и изучить целый ряд индивидуальных генов и тесно сцепленных с ними регуляторных последовательностей из различных типов эукариотических клеток и их вирусов. В результате таких исследований удалось значительно расширить круг представлений о структуре кодирующих и некодирующих участков эукариотических ДНК и РНК-транскриптов.

Контроль образования мРНК может осуществляться внутри ядра на нескольких различных уровнях. Как уже отмечалось, многие эукариоти-ческие гены состоят из экзонов и интронов, причем созревание мРНК сопровождается вырез

страница 43
< 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
(05.07.2020)