Гуттман Б. и др. Генетика

Подождите немного. Документ загружается.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

121

По крайней мере, можно прочитать слова «ухо», «усы» и «нос», несмотря

на бессмыслицу в середине фразы.

Приблизительно так же в ДНК строится последовательность кодонов из

трех оснований, и мутация со сдвигом рамки может переместить рамку

считывания в том или другом направлениях, которые мы обозначим как П и

Л (правая и левая стороны). Именно из этого исходили Крик и его коллеги,

приступая к экспериментам. Они начали с одного вызванного профлавином

мутанта под названием FCO, произвольно обозначив его как вызывающий

сдвиг в направлении П. Потом они смогли выделить компенсирующих

мутантов Л. Так как FCO является мутантом rII, он не может расти на

штамме К; но если фаги FCO еще раз подвергнуть мутации посредством

профлавина и поместить их в среду со штаммом К, то некоторые фаги

образуют стерильные пятна, потому что у них произошла компенсирующая

мутация Л. Такую вторую мутацию называют супрессорной (подавляющей),

или супрессором. Супрессор — это мутация, которая компенсирует эффект

другой мутации. Так ученые вы-

226

делили ряд супрессоров (обозначив их как FC1, FC2 и т. д.) и скрестили

двойные мутанты (имеющие одновременно мутации П и Л) с дикими

фагами, изолировав Л-мутантов. Так как FC1, FC2 и другие все были Л-

мутантами, то их супрессоры по определению должны были быть П-

мутантами. Так, передвигаясь «взад» и «вперед», Крик с коллегами

получили ряд П-мутантов и ряд Л-мутантов.

Уже сама возможность выделять таких мутантов подтверждает

истинность модели, но нужно было провести еще два важных опыта. Во-

первых, любой Л-мутант должен был подавлять любого П-мутанта (по

крайней мере, если их участки располагаются близко друг от друга), а

группа Крика получила много таких парных комбинаций. Ученые

обнаружили, что за несколькими исключениями двойные мутанты,

содержащие по одной П- и Л-мутации походили на фагов дикого типа. Но

самым впечатляющим был эксперимент с получением тройной Л- или П-

мутации. Легко доказать, что если код действительно состоит из триплетов,

то сдвиг на три буквы влево или право восстанавливает рамку считывания.

Именно так и получилось: тройной П-или Л-мутант обычно имели дикий

фенотип, если мутации происходили близко друг от друга. Эти опыты

послужили убедительным доказательством того, что генетический код

состоит из триплетов и читается без «запятых», посредством рамки

считывания.

Более того, эта система функциональна только в случае с вырожденным

кодом, так как между участками мутаций П и Л или между тремя П-

мутациями подряд образовывалось несколько неправильных триплетов. Но

фенотип в общем случае оказывался «диким», потому что 64 триплета (или,

по

227

меньшей мере, их большинство) кодируют производство какой-либо

аминокислоты. Даже если в двойном или тройном мутанте оказывалось

несколько неправильных кодов, белки с несколькими «неправильными»

аминокислотами получались вполне функциональными. Если бы кодонами

были только 20 триплетов, а остальные 44 оказались бессмысленными, то

случайная мутация, вероятнее всего, создавала бы бессмысленные кодоны, и

синтез белка останавливался бы всякий раз, подходя к такому «пустому

месту». Поскольку обычно этого не происходит, код должен быть

Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффитс, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. — М.: ФАИР-

ПРЕСС, 2004. — 448 с: ил.

121

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

122

вырожденным. В действительности, как мы увидим, бессмысленными

являются только три из 64 кодонов.

Как строятся белки!

Итак, информация, определяющая порядок аминокислот в белке,

хранится в ДНК в виде ряда триплетных кодонов. Но как

последовательность оснований ДНК превращается в реальный продукт?

Конечно, чертежи и схемы для строительства очень важны, но для

построения здания требуется ряд сложных операций.

Строение клеток эукариот накладывает на такие операции некоторые

ограничения. ДНК хранится в хромосомах, располагающихся в ядре, а белки

синтезируются в цитоплазме, в органеллах — рибосомах, которые по

большей части покрывают мембраны эндоплазматической сети (рис. 9.1).

Если ДНК содержит чертежи для строительства белков, а сама «стройка»

располагается в цитоплазме, то как чертежи попадают на стройку? Это все

равно, что по-

228

Рис. 9.1. Эндоплазматическая сеть клеток эукариот состоит из

мембран, обычно расположенных параллельно друг другу и покрытых

крохотными частицами — рибосомами, которые служат фабриками по

производству белка

лучить важную формулу из редкой книги, которую не позволяют

выносить из библиотеки. В этом случае нужно сделать фотокопию и

принести фотокопию в мастерскую. Точно так же обстоит дело и в клетке.

Копией служит РНК.

Молекулы РНК: инструменты для синтеза белка

В 1940-х годах, когда ученые еще недостаточно хорошо представляли

строение нуклеиновых кислот, были получены доказательства того, что син-

229

тез белков всегда сопровождается синтезом рибонуклеиновой кислоты

(РНК). Как было показано в гл. 7, РНК отличается от ДНК тем, что вместо

сахара дезоксирибозы она включает в себя сахар рибозу, что она, как

правило, состоит из одной цепи, что место тимина в ней занимает урацил.

Но по своей структуре урацил походит на тимин, и он может связываться с

Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффитс, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. — М.: ФАИР-

ПРЕСС, 2004. — 448 с: ил.

122

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

123

аденином и образовывать пару A—U вместо пары А—Т в ДНК. Одиночная

цепь РНК может складываться и образовывать двойные участки,

удерживаемые вместе парами оснований A—U и G—С.

Почему получилось так, что в живых организмах содержатся два вида

нуклеиновых кислот, похожих друг на друга, но вместе с тем и разных?

Согласно одному из мнений РНК и ДНК естественным образом появились

из «первичного бульона», на ранних этапах эволюции живой материи.

Таким образом, вопрос сводится к тому, насколько полезными они были для

первобытных клеток? Имеются доказательства того, что геном первобытных

клеток состоял из РНК, а не из ДНК. Со временем по неясным причинам

геномная РНК уступила свое место ДНК. В процессе отбора две молекулы

приобрели каждая свою специализацию: ДНК переносит генетическую

информацию, а РНК служит посредником для синтеза белка.

Надежное свидетельство того, что РНК переносит информацию от ДНК в

цитоплазму, было получено в ходе опытов с использованием

быстрообменивающихся радиоактивных меток. Такого рода эксперименты

позволяют проследить за перемещением вещества, подобно тому как за

перемещением воды в реке можно наблюдать по окрашенному пятну.

Клетки эукариот подвергаются быстрому воз-

230

действию уридина (это нуклеотид с урацилом), помеченного тритием,

радиоактивным изотопом водорода (

Н-уридин). Уридиновая метка

встраивается в любую РНК, которую синтезирует клетка за этот период. Из-

за краткого времени воздействия такую метку называют быстрой, или

пульсовой. После этого

Н-уридин растворяют в большом количестве

немеченого уридина. Затем начинают следить за меченой РНК, удаляя через

разные промежутки из раствора часть клеток и подготавливая их к

авторадиографии. Темные пятна, оставленные электронами, испускаемыми

атомами трития, указывают на местоположение РНК. Вначале все метки

содержатся в ядре. Затем их количество в ядре уменьшается, но

увеличивается — в цитоплазме. Это говорит о том, что РНК переходит из

ядра в цитоплазму. Чем больше времени прошло после прекращения

периода мечения, тем меньше остается меток. Это говорит о том, что РНК,

образуемая в период мечения, со временем разлагается, то есть она

нестабильна. Таким образом, клетка образует РНК, использует ее в течение

некоторого времени для каких-то целей, а затем расщепляет.

Другое доказательство было получено в ходе работ Эллиота Волкина и

Лоренса Астрачана, изучавших нуклеиновые кислоты, образующиеся в

бактериальных клетках после инфицирования фагом. Им удалось выделить

новый вид РНК, состав которой удивительно похож на состав фаговой ДНК,

но отличается от бактериальной ДНК. Эта РНК также быстро разлагается.

Для нуклеиновых кислот характерным показателем служит так

называемое отношение оснований (А + T)/(G + С). Для ДНК разных

организмов этот

231

тез белков всегда сопровождается синтезом рибонуклеиновой кислоты

(РНК). Как было показано в гл. 7, РНК отличается от ДНК тем, что вместо

сахара дезоксирибозы она включает в себя сахар рибозу, что она, как

правило, состоит из одной цепи, что место тимина в ней занимает урацил.

Но по своей структуре урацил походит на тимин, и он может связываться с

аденином и образовывать пару A—U вместо пары А—Т в ДНК. Одиночная

цепь РНК может складываться и образовывать двойные участки,

Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффитс, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. — М.: ФАИР-

ПРЕСС, 2004. — 448 с: ил.

123

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

124