Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Наименьший участок молекул ДНК, единица которого вызывает появление мутации, получил название мутона. Первоначально из опытов С. Бензера следовало, что мутон представляет группу,, состоящую из пяти нуклеотидов. Но в дальнейшем в работах по получению мутаций под действием аналогов азотистых.оснований было выяснено, что мутон скорее всего соответствует одному нуклеотиду.
В некоторых генетических работах вместо мутона употребляется близкое к нему понятие единицы мутации — сайт (от англ. site— место, участок), при этом полагают, что сайт состоит не из одного, а из нескольких нуклеотидов. В принципе понятие «сайт» ¦соответствует понятию «центр» в центровой теории гена.
Наименьшую генетическую функциональную единицу, дальше неделимую на дополняющие друг друга участки,
С. Бензер назвал цистроном. Несколько цистронов, связанных общей функцией, образуют один оперон.
Несмотря на то, что в работах.
С. Бензера по изучению генетики фага Т4 много гипотетического, для дальнейшей разработки теории гена они имеют большое значение. В результате генетических исследований, выполненных им на вирусах, было установлено, что три свойства гена: функции, мутации и рекомбинации не всегда совпадают и не являются особенностью гена как целостной единицы. Тонкий генетический анализ показал, что гены делимы, т. е. есть значительно меньшие элементарные участки ДНК, чем ген, сохраняющие способность к рекомбинациям и мутациям.
Современное представление о гене.
Ген — участок большой самовоспроизводящейся молекулы ДНК, контролирующий последовательность аминокислот в одной полипептидной цепи белковой молекулы (рис. 64). Ген кодирует полипептид или изофермент—’Определенную фракцию фермента. Он является дискретной единицей наследственной информации, это локус (участок) хромосомы, оказывающий специфическое влияние на развитие организма.
Ген — сложная, делимая, молекулярно-биологическая структура. Он состоит из единиц низшего порядка — нуклеотидов. Их число и взаиморасположение определяют специфичность каждого отдельного гена. Любой ген имеет определенную величину, выраженную числом нуклеотидов и молекулярной массой.
Величина гена связана с размером того белка, который образуется под его контролем. В состав большинства белков входит в среднем 300—500 аминокислот. Если учесть, что молекулярная масса одной пары нуклеотидов равна 660, а ген среднего размера состоит из 1500 нуклеотидных пар, то молекулярная масса гена выразится величиной около 1 000 000. Расчеты показывают, что у кишечной палочки имеется примерно Ю3, у дрозофилы 105, у человека 107 генов. Ген занимает примерно одну десятитысячную часть хромосомы. Как элемент наследственности ген входит в непрерывную линейную структуру хромосом. Каждый ген действует в системе целостного генотипа на ряд признаков, и каждый признак определяется действием многих генов. Гены определяют последовательную цепь процессов морфологической и биохимической дифференциации организмов и непрерывно действуют на протяжении всей его жизни.
Рис. 64. Отдельный ген, выделенный из ДНК бактерии. Электронная микрофотография при увеличении в 100 000 раз.
Успехи в познании структуры и функций нуклеиновых кислот и необычайно возросшая техника генетического эксперимента позволяют теперь выделять гены в чистом виде, а также осуществлять их химический и ферментативный синтез.
Выделение генов. Выделение одного гена из многих сотен или тысяч других генов, составляющих геном,— очень трудная задача. Впервые ее удалось решить в 1969 г. ученым Гарвардской медицинской школы в США под руководством Дж. Беквитса. Была использована способность фагов интегрировать в хромосомы бактерий. Два родственных фага — лямбда (X) и фи (ср) 80 интегрировались в разных точках хромосомы Е. coli. Предварительно в соседние точки был транслоцирован ген, контролирующий фермент (3-галактозидазу (lac — область). Транслокация в одну из точек была совершена с инверсией, т. е. переворотом гена на 180°. Фа-ги-трансдуктанты с захваченными генами отщеплялись и размножались в чистом виде. Затем у каждого из них разделили двойную спираль ДНК на отдельные нити. Две одноименные нити обоих фагов соединяли вместе. Поскольку ген lac р-галактозидазы к одному из фагов был прикреплен с переворотом, в пределах этого гена соединялись комплементарные, т. е. разноименные, цепи. При Гибридизации они образовывали полноценную двойную спираль ДНК. Эта двойная спираль оказывалась очень небольшой, она составляла примерно только У12 общей длины фага-трансдуктанта, большая же часть одноименных и некомплементарных нитей оставалась «несвязанной. Под действием специального фермента, дей-етвующего только на однониточную ДНК, эти нити отделялись И получался чистый ген (3-галактозидазы — кусочек ДНК величиной 1,4 мкм. Эксперименты по выделению генов продолжаются, разрабатываются новые, более совершенные методы этой операции.
Химический и ферментативный синтез генов. Химический синтез гена впервые осуществил в 1970 г. Гобинд Хорана (США). В лаборатории этого ученого удалось химическим путем связать 77 дезоксирибонуклеотидов в цепочку ДНК, комплементарную к аланиновой транспортной РНК (г-РНК) пекарских дрожжей. Отрезки цепочки соединялись встык с помощью фермента лигазы. Две синтезированные нити соединялись химическими связями в епирализованную двутяжевую структуру. Такой искусственно созданный биополимер и стал геном аланиновой т-РНК, содержащейся в геноме дрожжей. Этот эксперимент — выдающееся достижение биоорганической химии.
