Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Известно, что частота мутаций в области rll больше, чем во многих других участках В области rll общая частота мутаций (даже если мы исключим «горячие точки») составляет 10 ~1 — 10-3. Это очевидно, означает, что в других участках значительно меньшее число нуклеотидных замен ведет к выявляемым мутациям. Еслн это действительно так, то общая ошибка может составлять 10_7 на репликацию одного нуклеотида.
КОНТРОЛЬ НАД УРОВНЕМ МУТАЦИЙ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ БЛАГОДАРЯ ПРАВИЛЬНОМУ СООТНОШЕНИЮ АКТИВНОСТЕЙ ДНК-ПОЛИМЕРАЗ Ы: ПОЛИМЕРИЗУЮЩЕЙ И НУКЛЕАЗНОЙ
Вначале предполагали, что наблюдаемая при репликации частота ошибок является прямым отражением той точности, которая присуща самому' процессу образования пар оснований А---Т и Г—Ц. Если бы это действительно было так, то тогда только в исключительно редких случаях то или иное основание могло бы принять «неправильную» таутомериую форму (еиольную вместо кетоформы или форму имино вместо аминогруппы). Однако прямые химические измерения показали, что различпые основания принимают «неправильные» формы со значительно более высокой частотой, чем та, которую можно было бы сопоставить с известными частотам! мутаций. Чтобы объяснить это несоответствие, было выдвинуто предположение о том, что электронное окружение участка полимеризации в молекуле ДНК-полимеразы каким-то образом втияет на тауто-мерпую форму связанного с этим участком нуклеотида. Это предположение было общепризнанным на протяжении мпогих лет, хотя оно всегда казалось спорным с химической точки зрения. К счастью, это затрудне кие исчезло, как только было обнаружено, что ДНК-полимеразы обладают корректирующей способностью, т. е. способностью исправлять допущенные «опечатки». Таким образом, первоначальная частота ошибок в процессе отбора пар оснований соответствует измеренным частотам образования таутомерных форм и, следовательно, ее величина значительно выше, чем предполагалось впачале. Однако почти все неправильно включенные основания удаляются затем с помощью 3' —>• 5'-экзонук-леазы, являющейся компонентом соответствующей ДНК-полимеразы. Все известные в настоящее время ДНК-полимеразы обладают этой активностью. Впачале это обстоятельство казалось весьма загадочным. Одиако теперь мы понимаем, что экзонуклеаза является необходимым компонентом механизма, обеспечивающего точную репликацию ДНК.
Действительно, опыты с мутантными ДНК полимеразами показали, что уровень мутаций можно регулировать путем установления правиль-ного соотношения между активностями прямой реакции, каковой является
5' 3'-полимеризация, и обратной, катализируемой 3' —*- 5'-экзонуклеа-
зой. Б случае инактивации 3' —*¦ 5'-экзонуклеазы наблюдается аномально высокая частота мутаций, и наоборот, повышенная активность 3' —>- 5'-экзопуклеазы приводит соответствеппо к очень низкой частоте мутаций.
Вероятно, уровень спонтанных мутаций для данного вида устанавливается в процессе эволюции. Слишком высокая частота мутаций настолько отягощает вид, что он перестает производить жизнеспособное потомство, между тем как слишком низкая частота мутаций предотвращает появление новых вариаитных форм, необходимых для выживания в условиях изменяющейся окружающей среды.
НЕКОТОРЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ МУТАГЕНЫ ВЫЗЫВАЮТ
ТОЧНО УСТАНОВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ГЕНЕТИЧЕСКОМ КОДЕ
В настоящее время можно ужо высказать некоторые правдоподобные предположения относительно механизма воздействия определенных химических мутагенов на генетический код Азотистая кислота НМ02, например, очень мощный мутаген, так как оиа действует на нуклеиновые кислоты, вызывая замену аминогрупп кетогруппами Она превращает одно основание в другое и тем самым непосредственно изменяет генетическую информацию (рис. iO-<i) Пекоторые вещества вызывают мутации потому, что они сами включаются в молекулу ДНК. К этой группе относятся аналоги оснований, т. е. вещества, структура которых близка к структуре нормальных компонентов ДНК. Они, видимо, могут включаться в ДНК, не нарушая ее способности к репликации. Однако в силу структурных отличий от нормальных оснований они чаще, чем эти последние, снарнвахогся неправильно, что ведет к ошибкам в процессе репликации Одним из наиболее мощных мутагенов этого типа является 5-бромурацил (аналог тимипа). Как полагают, механизм его мутагенного действия определяется тем, что водородный атом в положении 1 фиксирован у него менее прочно, чем у тимипа. Иногда этот водородный атом перемещается к атому кислорода при шестом углеродном атоме (рис. 10-5) В такой енольной форме 5-бромурацил может спариваться с гуанином.
ГЕНЫ РАЗДЕЛЕНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО КОРОТКИМИ ПРОМЕЖУТКАМИ
Кроссинговер между двумя мутациями, локализованными на смежных концах двух соседних генов, наблюдается обычно значительно реже, чем между двумя мутациями, локализованными на противоположных концах одного даже самого короткого гена. Это наводит на мысль о том, что во многих случаях соседние гены разделены между собой относительно небольшим числом пуклеотиднътх пар. Подтвердить это предположение можно будет лишь после того, как с помощью химических методов установят точную последовательность нуклеотидов в нескольких соседних генах. Вплоть до самого последнего времени эта задача казалась практически неосуществимой, однако изобретение новых методов позволило теперь начать работы по определению нуклеотидных последовательностей длинных участков в некоторых вирусиьтх и бактериальных хромосомах. Как мы увидим в гл. 13, самые первые данпые относительно межгенных нуклеотидных последовательностей показали, что два вирусных гена разделены между собой группой из 30 нуклеотидных нар. Позже при изучении двух соседних генов, участвующих в синтезе триптофана, были получены данные, свидетельствующие о том, что для разделения двух гепов достаточно всего лишь нескольких нуклеотидов.
