Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Что же касается отклонений природных ДНК от состава, обеспечивающего наибольшую информационную емкость (50% ГЦ-пар), то причины этого, по-видимому, состоят в наличии обширных областей, которые не кодируют непосредственно состав белка, а принимают участие в различных регуляторных процессах и некоторых механохимических реакциях хроматина. Данные о таких участках ДНК рассматриваются в главах V и VI. *
Стройность современных представлений об аминокислотном* коде может создать ложное ощущение относительной простоты и непротиворечивости исследований, которые привели к его раскрытию. В действительности путь был весьма тернистым. Такие принципиальные особенности кода, как неперекрываемость, однонаправленность и кратность трем числа нуклеотидбв в кодоне, были в значительной мере решены работами Crick и соавт. (1961) при изучении мутаций со сдвигом рамки В-цистрона области rll фага Т-4. Было бы однако неправильным забывать, что эти работы оказались всесторонне подготовленными большим числом исследований генетиков и биохимиков, создавших и изысканную методическую основу, и исходные представления о структуре кода. Работы Crick и сотр. в этой области заслуживают обстоятельного рассмот-^ рения как образец достаточно доказательного и изящного решения сложнейшей задачи минимальными средствами. Мутации со сдвигом рамки, описываемые подробно в главе V, ведут к выпадению одного нуклеотида или вставке лишнего нуклеотида в ДНК. Если трансляция идет по группам нуклеотидов в одном направлении, причем не допускается взаимное перекрывание кодонов, то такое изменение приводит к искажению смысла цистрона на всем после-
дующем участке (см. схему 13). Можно предсказать также несколько* способов частичного исправления эффекта такой мутации. Так, если первая мутация обусловлена выпадением основания, то при возникновении в близкорасположенных точках таких же мутаций, можно компенсировать искажение трансляции, если общее число вьм павших нуклеотидов будет равно или хотя бы кратно числу нуклеотидов в кодоне. Тогда искажения останутся лишь в зоне, где расположены все эти мутации, но применительно к последующей области цистрона, правильность трансляции восстановится. Внешне это выражается в частичном (неполном!) восстановлении морфологии негативных колоний фага Т4. Такие колонии надежно отличаются и от диких, и от мутантных. Можно также компенсировать мутацию, обусловленную выпадением основания, новой мутацией в соседней точке, но такой, которая обусловлена обратным событием— вставкой лишнего основания. Это тоже восстановит правильность трансляции последующей области цистрона. Чтобы объединить несколько мутаций в одном участке, Crick и сотр. вое-* пользовались скрещиванием различных мутантов фага Т4, у которых положение мутаций на хромосоме было предварительно* установлено. Трудность состояла в дифференциации мутантов, у ко-* торых произошло выпадение или вставка основания. Без такой диф-* ференциации проверка изложенных выше предсказаний была невозможной. Это препятствие было преодолено разделением мутантов* на две группы так, что скрещивание между штаммами одной группы не исправляло эффекта мутаций, а между штаммами из разных* групп частично его компенсировало. Можно было полагать, что если мутации одной из групп, условно обозначаемые «—», связаны с потерей основания, то мутации другой, условно обозначаемые « + », связаны, напротив, со вставкой основания, что и позволяет компенсировать проявление мутаций скрещиванием. Если принятые обозначения «—» и « + » соответствуют в действительности не выпадению и вставке, а вставке и выпадению, то это не может повлиять^ на трактовку последующих экспериментов: важна лишь противоположность события, лежащего в основе таких мутаций. Совмещая* по 2 и 4 однозначные мутации в одной зоне, Crick и сотр. не наблюдали какого-либо изменения внешних проявлений. Сочетание же 3 однозначных мутаций вело, как правило, к частичному восстановлен нию активности цистрона. Выводы этих работ о том, что код является неперекрывающимся, считываемым в одном направлении, три-плетным (или кратным трем), были полностью подтверждены* большой серией последующих исследований и, в частности, (1) ра-* ботами по конъюгации, в которых удалось сопоставить размеры* отдельных цистронов ДНК и молекулярный вес кодируемых ими белков, (2) результатами анализа первичной структуры лизоцима в гибридах мутантов фага Т4, полученных под действием профла-вина, вызывающего мутации со сдвигом рамки, (3) прямыми экспериментами по синтезу полипептидов с использованием синтетических полирибонуклеотидов в качестве мРНК, а в самое последнее время — (4) по синтезу in vitro на рибосомах белков с известной
первичной структурной с помощью природных мРНК. Эффектным примером подтверждения предсказываемого кодом соответствия со-* става природной мРНК содержанию аминокислот в белке являются результаты изучения мРНК шелковичного червя, ответственной за образование фиброина — главного белка шелка. В силу особого богатства последнего глицином — 45 мол%у аланином и серином мРНК фиброина должна содержать около 40 мол% гуанина и 17 мол% цитозина. После выделения, очистки и анализа фибро-иновой мРНК было установлено очень точное совпадение предсказываемого значения с найденным (Suzuki, Brown, 1972). В силу краткости изложения мы не упоминаем также очень большого числа работ другого характера, также внесших существенный вклад в характеристику кода. Весьма обстоятельно они рассмотрены в монографии Ичаса (1971). i
