Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
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
10. Генетические функции
19
+
Норма
S
+
Серповидноклеточная
анемия
Отдельные симптомы серповидноклеточной анемии
Рис. 10.11. Электрофоретическая подвижность гемоглобина здорового
человека (вверху) и больного серповидноклеточной 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 серповидноклеточный гемоглобин (S)-b сторону анода. В
препаратах, полученных от пациентов с отдельными признаками
серповидноклеточной анемии, обнаруживаются оба вида гемоглобинов.
(По Pauling L., ItanoH.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 a-цепей
и двух идентичных P-цепей (а2Р2). В 1957 г. Вернон Ингрэм показал, что
нормальный и серповидноклеточный гемоглобины содержат одинаковые a-цепи,
но различные p-цепи. В шестом положении P-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 мутантным аллельными вариантами являются
следствием единственной аминокислотной замены в соответствующем белке.
Таким образом, ста-
20
Экспрессия генетического материала
Норма
Серповидно-
клеточная
анемия
Валин Гистидин Лейцин Треонин Пролин
Г'лутами- норая кислота 1 лутами -новая кислота
1 2 3 4 5 6 7
Глутами-
Валин Гистидин Лейцин Треонин Пролин
Валин новая кислота
Рис. 10.12. Первые семь аминокислотных остатков (5-цепи человеческого
гемоглобина, состоящей из 146 аминокислотных остатков. Замещение
глутаминовой кислоты в шестом положении на валин приводит к тяжелому
заболеванию - серповидноклеточной анемии.
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
