Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
=< >“ / N
4 О-Н........о'
к-ц к-ц
Рис. 19. Пары оснований прн их дезаминировании: а, б, в — превращения, г, д, е — замены.
Так как при дезаминировании не происходит образования оснований, дающих редкие пары, то АК индуцирует только ошибки репликации.
Изучение кодирующих свойств синтетических полинуклеотидов [105] показало, что обработанная азотистой кислотой поли- (У, А) в бесклеточной системе стимулировала включение тех же аминокислот, что и поли- (У, И) (И — инозиновая кислота, имеющая своим основанием Гк). Так как в тех же экспериментах показано, что поли- (У, И) и поли-
40
I У, Г) по кодирующим свойствам подобны, действие АК на А в составе полимера дает продукт, эквивалентный Г. В то же время поли- (У, Ц), обработанная АК, заметно теряет способность к включению серина, имеющего в составе своих кодонов Ц; это может быть понято, если Ц действительно превращается в У.
Исследование влияния различных pH во время обработки ДНК фага Т2 азотистой кислотой [106] показало, что снижение скорости дезаминирования А и Ц при повышении pH протекает параллельно снижению эффективности мутагенеза, в то время как скорость дезаминирования Г падает в три раза медленнее. Это показывает, что дезаминирование Г не может объяснить наблюдаемые мутации, и последние возникают как результат дезаминирования А и Д. По-видимому, АК индуцирует преимущественно транзиции [1071, при этом частота замен Г — Д А — Тв ДНК в три раза больше, чем А — Т->Г — Ц [106]. Последнее может быть обусловлено большей легкостью дезаминирования Ц по сравнению с А.
В связи с тем, что реакция дезаминирования происходит на атоме углерода, она определяется характерным для этого атома дефицитом электронной плотности, т. е. относится к реакции нуклеофильного типа. Поэтому для интерпретации реакции дезаминирования оказывается полезным знание электронных индексов оснований. Величина положительного я-электронного заряда (в единицах протонного заряда) на атоме углерода, несущем аминогруппу, приведена ниже:
ц А Ия очник
данных
0,17 0,13 [108]
0,14 0,10 [109]
0,19 0,15 [НО]
Несмотря на количественное различие, результаты этих работ указывают на большую легкость дезаминирования Д. Это может служить объяснением того экспериментального факта, что транзиции Г — Д -> А — Т имеют большую частоту, чем А — Т -> Г — Д.
Весьма сильным аргументом в пользу описанного механизма мутагенного действия АК служат результаты анализа аминокислотных замен в белке оболочки различных мутантов вируса табачной мозаики [111]:
41
Асп---<-Гли (ЦЦг->-ЦУг)
(ГАг->ГП/) Про->-Сер
Аспн-сСер (ЦЦг-*УЦг)
{ААу-*АГу) Сер-»-Лей
Глу-ч-Асп (УЦ*-*УУх)
(ГА*-*ГАу) Сер->-Фен
Глу-^Глн (УЦу-^УУу)
(ГА*-*ГГ*) Тир->Цис
Илей->-Вал (УАу-*УГу)
(АУу->~ГУу \ Тре-*-Илей
\АУА->ГУА1 (АЦу-уАУу)
Илей->-Мет АЦА-.-АУА
(АУА-^АУГ) Тре--->-Мет
Про-»-Лей (АЦГ---АУГ)
Примечание. В скобках даны кодоны, соответствующие аминокислотам. Использованы обозначения: х=А, Г; у=Ц,
У; z=А, Г, Ц, У.
Из приведенного сравнения видно, что все аминокислотные замещения (кроме Глу Асп) могут быть объяснены заменами Ц -> У и А -* Г, что находится в полном согласии с механизмом действия АК на ДНК.
Доказательство дезаминирования Ц в У под действием А К было получено также в опытах с глицил-тРНК, соответствующей кодону ГГА [112]. Обработанная азотистой кислотой, глицил-тРНК в присутствии поли- (А, Г) с чередующимися нуклеотидами включала глицин в полипептид в ответ на аргининовый кодон АГА. Полученный результат может быть интерпретирован схемой:
Глицин Аргинин
Кодоны ГГА АГА
I I I HN02 | | |
Антикодоны ЦЦУ --------> УЦУ
Хотя мутации, индуцируемые А К, прежде всего обусловлены дезаминированием А и Д, данные, полученные на фаге S13, показывают, что АК действует также на Т и Г, приводя к транзициям Т -> Ц и Г -> А [79]. В этой же работе был предложен механизм возникновения второй из них. Он основан на том, что ксантозин, образующийся при дезаминировании гуанозина в нейтральной среде существует в основном как анион (р/С 6,0). В случае отщепления протона от атома Nx ксантозин может спариваться с Т; если же протон отщепляется от атома N3, то, вследствие значительного повышения отрицательного заряда на атоме Оп (см.
42
нумерацию Г на рис. 2), существенно облегчается таутоме-ризация ксаитозина, и снова появляется возможность спаривания с Т. Это приводит в следующем цикле репликации к транзиции Г А.
Наряду с транзициями, АК индуцирует крупные деле-ции, обнаруженные на фаге Т4 [113]. Можно полагать, что химической основой возникновения таких делеций является образование ковалентных связей между комплементарными тяжами ДНК [114]. Следует отметить, что одним из побочных продуктов действия АК на гуанозин является