Молекула ДНК. Открытие ДНК. Генетическая роль ДНК.

К 1944 г. О. Эйвери и его коллеги К. Маклеод и М. Маккарти открыли трансформирующую активность ДНК у пневмококков. Эти авторы продолжили работу Гриффита, описавшего феномен трансформации (передачи наследственных признаков) у бактерий. О. Эйвери, К. Маклеод, М. Маккарти показали, что при удалении белков, полисахаридов и РНК трансформация бактерий не нарушается, а при воздействии на индуцирующее вещество ферментом дезоксирибонуклеазой трансформирующая активность исчезает.

В этих экспериментах впервые была продемонстрирована генетическая роль молекулы ДНК. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз подтвердили генетическую роль молекулы ДН К в опытах на бактериофаге Т2. Пометив его белок радиоактивной серой, а ДНК-радиоактивным фосфором,они инфицировали этим бактериальным вирусом кишечную палочку Е. coli. В потомстве фага было выявлено большое количество радиоактивного фосфора и лишь следы S. Отсюда следовало, что именно ДНК, а не белок фага проникает в бактерию, а затем после репликации передается фаговому потомству.

В 1953 г. двум американским ученым - генетику Джеймсу Уотсону и физику Френсису Крику удалось разгадать, как устроена молекула ДН К. Предложенная ими модель была основана на данных рентгено-структурного анализа ДН К, проведенного Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и учитывала правило эквивалентности Чаргаффа, согласно которому молярные отношения пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований в ДНК близки к 1:1, т.е. содержание А = Т, a C = G. Дальнейшие исследования показали, каким образом относительно просто устроенная молекула справляется со своей генетической ролью.

Оказалось, что ДНК передает наследственную информацию в матричных процессах репликации и транскрипции. Наличие же всего четырех азотистых оснований, которые в различных сочетаниях организованы в триплетные кодирующие единицы - кодоны, не ограничивает возможности выполнения этой молекулой своих генетических функций, поскольку различная последовательность оснований и их соотношение (A+T)/(G+C) обеспечивают генетическое разнообразие видов и индивидуумов.

В 1957 г. Дж. Ингрем показал, что тяжелая анемия у человека, при которой эритроциты приобретают форму серпа (так называемая «серповидноклеточная анемия»), обусловлена изменением аминокислотного состава гемоглобина. Но поскольку гемоглобин состоит из двух а- и двух В-субъединиц, то естественно было предположить, что каждая из субъединиц имеет собственную генетическую детерминанту. В связи с тем, что белки могут состоять из различных полипептидных цепей, кодируемых разными генами, гипотеза «один ген - один фермент» получила более точную формулировку: «один ген - одна полипептидная цепь», т.е. один ген контролирует синтез одной полипептидной цепи

В середине XX века чрезвычайно популярным объектом генетических исследований стал бактериофаг Т4, Быстрота размножения этого бактериального вируса и огром -ная численность дочерних популяций позволяла анализировать редкие генетические события, например рекомбинацию мутантных аллелей в пределах одного гена (внутригенная рекомбинация). Анализируя большую коллекцию мутантов по области rII фага Т4, американский генетик Сеймур Бензср использовал в своей работе методы, позволявшие ему отличить мутации одного гена от мутаций различных генов и локализовать их на генетической карте.

молекула днк

Аллельность мутаций определялась с помощью цис-транс-теста (метода, предложенного Эдвардом Льюисом для исследования мутаций у дрозофилы; с помощью именно этого метода Льюису удалось показать, что две мутации Star и asteroid, обусловливающие грубые, маленькие глаза у дрозофилы, являются мутациями различных генов).

Цис-транс-тест основан на сравнении фенотипов гетерозигот с цис- и транс-положениями аллелей, Цис-гетерозиготы (аллели локализованы водной из гомологичных хромосом) как по аллельным, так и неаллельным мутациям имеют нормальный фенотип. У транс-гетерозигот по аллельным мутациям (аллели расположены в разных гомологах) фенотип мутантный, а по неаллельным мутациям - нормальный.

В отличие от диплоидных организмов, для которых был предложен цис-транс-тест, бактериофаг гаплоиден. Однако когда молекулы ДНК различных фаговых частиц проникают в бактериальную клетку, часть генов оказывается в диплоидном состоянии. Между этими генами, а также внутри них(с низкой частотой может происходить рекомбинация). Расстояние между мутантными сайтами в пределах одного гена можно определить но частоте рекомбинантов дикого типа.

С помощью цис-транс-теста, С. Бензер разбил область rII на два функциональных участка А и В, позднее названных цистронами.
Размер цистрона может быть определен в единицах рекомбинации на генетической карте и/или в нуклеотидных парах, поскольку цистрон занимает определенный участок молекулы ДНК. Длина цистрона гIIА составляет примерно в 2400 п.н., rII В - 1200 п.н. В настоящее время термин «цистрон» употребляется крайне редко, по сути дела этот термин является синонимом термина «ген».

По мере изучения молекулярной структуры гена, а также механизмов транскрипции и трансляции стало очевидным, что представление о гене как о единице функции подлежит уточнению; более того, изменилось и наше представление о том, что есть функция гена. В домолекулярный период развития генетики под функцией гена понимали признаки, им определяемые (например, желтая и зеленая окраска семян гороха, ярко-красные (vermilion) и белые глаза (while) у дрозофилы, атаксия (ах) у мышей и др.). Если за функцию принимать синтез определенного белка, то в результате особенностей транскрипции эукариотических генов, или вследствие различных мутаций, такие гены, как нам теперь известно, могутдетерминировать синтез белков с разными функциями. В медицинской генетике существует понятие «аллельная серия* - группа ноюлогически самостоятельных заболеваний, вызванных различными мутациями одного гена. Так различные мутации в гене РМР22 17-й хромосомен являются причиной: 1) моторно-сенсорной нейропатии 1А, 2) наследственной нейропатии с предрасположенностью к параличам от сдавления и 3) болезни Дежерина-Сотта.

Межгенная и межаллельная комплементация. Под межгенной комплементацией понимают способность неаллельных генов в транс-положении у гетерозигот детерминировать продукты, которые обусловливают проявление нормального фенотипа. Если мутации принадлежат разным генам, активность фермента в транс- и цис-положении должна быть одинакова, поскольку в обоих случаях возникает дигетерозигота поданным генам.

Если мутации затрагивают один и тот же ген, ожидается разница ферментативной активности у цис- и тря«с-гетерозигот. Так при цис-положении мутаций гетерозигота несет в одной из гомологичных хромосом аллель дикого типа, а при транс-положении возникает компаунд двух мугантных аллелей, который если и обеспечивает ферментативную активность, то меньшую, чем цис-гетерозигота.

Проявление нормального фенотипа у транс-гетерозигот по аллелям одного гена называется межаллельной (внутригенной) комплементацией. При межаллельной комплементации хотя и образуется активный фермент, но мутационные изменения сохраняются, они только скрыты и выявляются при экстремальных условиях. Предполагается, что причиной исправления белка при межаллельной комплементации является взаимодействие между по-разному измененными субъединицами за счет механизма конформационных взаимодействий. Активный фермент, возникающий при межаллельной комплементации, состоит из двух мономеров по одному от каждого родителя.

Псевдоаллелизм. Между мутантными сайтами (участками) одного гена может происходить кроссинговер, В 50-х годах такого типа аллели было предложено называть псевдоаллелями или гетероаллелями. Каждый мутантный сайт в гомозиготном состоянии представляет один из рецессивных аллелей гена. При скрещивании таких мутантов, можно получить транс-гетерозиготу по аллелям одного гена. Расстояние между различными сайтами сложного гена определяют по частоте появления цис-гетерозиготных, нормальных по фенотипу особей, среди потомков транс-гетерозиготных мугантных организмов.

Первая генетическая карта сложного гена была составлена супругами М. и К. Грин. Изучая ген lozenge у дрозофилы (гладкие глаза, без фасеток) с помощью цис-транс-теста, они показали наличие, по крайней мере, трех групп аллелей, разделяемых кроссинговером.

- Вернуться в оглавление раздела "Генетика."

Оглавление темы "Хромосомы и гены.":
1. Хромосомы. Хромосомная теория наследственности.
2. Клеточный цикл. Хромосомы в ходе клеточного цикла. Митоз и фазы митоза.
3. Мейоз. Фазы мейоза. Процессы во время мейоза.
4. Половые различия в типе хромосом. Признаки сцепленные с полом.
5. Нерасхождение половых хромосом. Изучение нерасхождения половых хромосом.
6. Группы сцепления генов в хромосоме. Понятие группы сцепления.
7. Теория наследственности Моргана. Аутосомно-доминантное наследование признаков.
8. Аутосомно-рецессивный тип наследования признаков. Недоминантное наследование.
9. Ген. История изучения генов. Роль гена в мутации и наследственности.
10. Молекула ДНК. Открытие ДНК. Генетическая роль ДНК.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: