Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Новосибирский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

6ver7

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.06.2015

Размер:

1.96 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Структура и организация генома

Глава 6

занимает 3.4 мин., можно предположить, что

Рисунок 6.14

каждая молекула ДНК реплицируется в

Два гексамера

Димер T-ag

течение этого короткого периода. Если

Sp1

T-ag

размер генома дрозофилы составляет

5’

Aux-2

ORE

DUE Aux-1

3’

185000 т.п.н. и скорость репликации – 2.6

3’

5’

т.п.н./мин., число репликонов должно

OBR

составлять около 20 тысяч.

Однако, как скорость репликации, так и

ORC

DUE

Abf-1

размеры

число

репликонов

5’

3’

тканеспецифично. У той же дрозофилы в

3’

5’

культуре клеток продолжительность S-фазы

составляет 600 мин. Аналогичные различия

OBR

в продолжительности S-фазы найдены у

тритона (один час в ядрах бластулы и 200

часов

премейотической

S-ôàçå

ARS

Зона инициации

сперматоцитов). Полагают, что различия в

длине S-фазы связаны с различиями не в

скорости синтеза ДНК, а в числе ориджинов

репликации. В ДНК клеток нейрулы тритона

DHFR

Зона инициации

2B2121

они находятся на расстоянии около 40 мкм.

друготдруга,авсоматическихклетках–около

OBRs

100 ìêì. (ñì. ó Blumenthal et.al., 1974; Callan,

1973.)

Полагают, что у эукариот гомологами

Терминация

Промотор

ориджинов начала репликации являются

rRNA

Зона инициации

rRNA

автономно

реплицирующиеся

последовательности или ARS (autonomously

replicating sequences), открытые в 1980 году

ORC?

Факторы

Р. Дэвисом и Дж. Карбоном. Сначала у

транскрипции

дрожжей Saccharomyces cerevisiae были

Lamin

ppv1

выделены особые последовательности,

OBR (0.48 òïí)

которые,

будучи

включенными

Ориджины репликации, функционирующие

экстрахромосомальную ДНК, обеспечивали

в ядрах эукариотических клеток. Зеленым

репродукциюэтихДНКвдрожжевойклетке.

помечены элементы генома, абсолютно

Позднее такие последовательности были

необходимые для инициации репликации

выделены у многих других организмов (Рис.

(коровые

компоненты),

желтым

–

6.14). Коровая часть ориджина репликации у

последовательности ДНК (сайты связывания

вируса SV40 (рис. 6.14а) состоит из элемента

факторов транскрипции), которые облегчают

опознания (ORE – или origin recognition

процесс

репликации

ïðè

некоторых

element), необходимого для связывания

условиях, это вспомогательные компоненты

(Èç: DePamphilis, 1999).

особого белка – Т-антигена (T-ag на рис.

6.14а), белка, расплетающего ДНК (DUE или

DNA unwinding element) и элемента,

Вспомогательные элементы (aux 1 и 2)

обогащенного А/Т нуклеотидами. Участок, с

связывают димеры T-антигена (aux-1) и

котороговилкарепликацииначинаетдвигаться

фактортранскрипцииSp1(aux-2).Расстояние

впротивоположныхнаправлениях,называется

между этими элементами и их ориентация

началом двунаправленной репликации (OBR

играют важную роль в процессе инициации

èëè origin bidirectional replication).

репликации.

117

Глава 6						Структура и организация генома

У S. cerevisiae ориджины состоят из
У S. cerevisiae ориджины состоят из						Рисунок 6.15
двух коровых элементов (A и B1),						ORC
составляющих сайт связывания шести
белков, входящих в ОRС. Элемент DUE
обычно	содержит		генетически			M
						M
охарактеризованный элемент B2. Некоторые						MCMs
охарактеризованный элемент B2. Некоторые								DBF4 CDC7
ориджины содержат вспомогательный						ORC		CDC6
						G2
элемент	B3,	связывающий		фактор
транскрипции Abf-1. Общая длина ARS-						G1
транскрипции Abf-1. Общая длина ARS-						Пререпликационный
элемента составляет 100-200 п.н.							комплекс
элемента составляет 100-200 п.н.						S
У другого вида дрожжей, S. pombe,						ORC
ориджины состоят по крайней мере из одной
ARS, которые		значительно		длиннее		Формирование «пререпликационного»
ориджинов у S. cerevisiae. В некоторых						Формирование «пререпликационного»
ориджинов у S. cerevisiae. В некоторых						комплекса в сайте взаимодействия ARS-
случаях	несколько		ARS-элементов			комплекса в сайте взаимодействия ARS-
случаях	несколько		ARS-элементов			ORC у дрожжей. В состав этого комплекса
формируютзонуинициациирепликации(Рис.						ORC у дрожжей. В состав этого комплекса
формируютзонуинициациирепликации(Рис.						входят такие белки, как ORC, CDC6, MCM,
6.14â).						входят такие белки, как ORC, CDC6, MCM,
6.14â).						CDC7 (киназа) и DBF4 (Из: Marx, 1995).
Умлекопитающихнекоторыеориджины						CDC7 (киназа) и DBF4 (Из: Marx, 1995).

					процессах у других Metazoa (см.
располагаются в межгенных промежутках					процессах у других Metazoa (см.
(Рис. 6.14г, д). Другой тип ориджинов					DePamphilis, 1999).
содержит только районы двунаправленной					В ходе клеточного цикла вначале с
содержит только районы двунаправленной					нуклеосомами (см. раздел 11) связываются
репликации – OBR (Рис. 6.14е).					шесть белков, входящих в состав ORC (Ðèñ.
Комплекс ORC был открыт в 1992 году,					шесть белков, входящих в состав ORC (Ðèñ.
Комплекс ORC был открыт в 1992 году,					6.16а), затем в ранней G ôàçå – Cdc6 (cell
он состоит из 6 белков. В результате мутаций					division cycle protein) (Ðèñ. 6.16á) è åùå
					1
вучасткахARS,комплексORCнесвязывается					шесть белков Mcm (mini chromocome main-
с ДНК. И наоборот, мутации в белках ORC					tenance protein). У ксенопуса для связывания
предотвращают инициацию репликации в					Mcm требуется наличие дополнительного
сайтахARS.Однако,какоказалось, комплекс					фактора RLF-B (replication licensing factor B)
ORC остается связанным с ориджинами на					(Рис. 6.16в). Белки Mcm обнаруживают
протяжении всего клеточного цикла					аффинность к гистонам, а не к ДНК, в
(Рис.6.15), и только его присутствие не					аффинность к гистонам, а не к ДНК, в
(Рис.6.15), и только его присутствие не					результате чего в конце G -ôàçû âåñü
инициирует процесс репликации ДНК. Это					1
					1
означает, что должны существовать другие,					пререпликационный комплекс прочно
дополнительные факторы и вскоре они были					привязываетсякхроматинунепосредственно
открыты.	Ими оказались			белки	в участке ориджина репликации или рядом с
«пререпликационного» комплекса.					ним (Рис. 6.16в). Несколько позже у
«пререпликационного» комплекса.					дрожжей Cdc6 заменяется на Cdc45, è
В дифференцированных клетках					дрожжей Cdc6 заменяется на Cdc45, è
млекопитающих пререпликационные					происходитэтоспомощьюпротеинкиназной
млекопитающих пререпликационные					активности белка Cdc28 (синоним Ckb5,6).
комплексы образуются в специфических					Ó Metazoa происходит то же самое при
участках хромосом в ходе фазы G и затем					помощи белка Сdk2/Cyclins A,E (Ðèñ. 6.16ã).
разрушаются в ходе митоза. Инициация					помощи белка Сdk2/Cyclins A,E (Ðèñ. 6.16ã).
				1
репликации зависит от многих условий:					Образуется пререпликационный комплекс.
структурыхроматина,наличияопределенных					Пререпликационный			комплекс
структурыхроматина,наличияопределенных					активируется протеинкиназами Cdc7/Dbf4
последовательностей ДНК, метилирования					(Рис. 6.16д), что стимулирует начало
ÄÍÊ.					репликации ДНК (Рис. 6.16е).
Большинство, если не все белки,					репликации ДНК (Рис. 6.16е).
участвующие в инициации репликации ДНК						Связавшись с ДНК, белки ОРС
участвующие в инициации репликации ДНК					остаются там на весь оставшийся клеточный
у дрожжей, также участвуют в аналогичных					остаются там на весь оставшийся клеточный
					цикл (у дрожжей). У млекопитающих они

118

Структура и организация генома				Глава 6
Рисунок 6.16
G2			Дрожжи	Xenopus
G2
Нуклеосома			Cdc28/ClnB2	Cdk1/Cyclin B
Нуклеосома
Митоз			ORC связывается	ORC удаляется
Митоз			во время митоза	во время митоза
		-	во время митоза	во время митоза
		-
Ранняя			Cdc6	Cdc6
G1
		P	P
			P
		P	Mcm 2 äî 7	Mcm 2 äî 7
Поздняя		P	P	+ RLF-B
G1		P	P
G1

		Пререпликационный комплекс
			Cdc28/Clb5, 6	Cdk2/Cyklins A, E
			Cdc45	Cdc45
		Преинициирующий комплекс
			Cdc7/Dbf4	Cdc7/Dbf4
S			-
G2	ориджин		[	P P]
G2				P
			ORC + ATP	ORC (+ATP?)
Формирование и активирование пререпликационных комплексов у дрожжей S. cerevisiae и
лягушки Xenopus laevis (Из: DePamphilis, 1999). Пояснения в тексте.
удаляются из хроматина в ходе митоза и			вся ДНК хромосомы в короткий срок
возвращаются в начале S-ôàçû. (Ðèñ. 6.16à).			оказывается реплицированной.
По эукариотической хромосоме в			Насколько велики репликоны и как
каждый момент времени может двигаться			много их в геноме? Трудность определения
независимо друг от друга множество			размеров и числа репликонов заключается в
репликационных	вилок.	Остановка	том, что трудно выделить индивидуальные
продвижения вилки происходит только при			“глазки” репликации. Всегда остается
столкновении с другой вилкой, движущейся			возможность,чтонаблюдаемыйглазокявлется
во встречном направлении, или по			результатом слияния двух соседних
достижении конца хромосомы. В результате			репликонов. Чтобы обойти это препятствие,
			подбирают стадию репликации, когда число

119

Глава 6 Структура и организация генома

“глазков” максимально и они еще не начали		Литература к разделам 6.1. - 6.3.
сливаться. Затем в участке ДНК,		Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М.,
содержащем несколько глазков, измеряют		Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная
расстояние между начальными точками		биология клетки, т. 2. Москва, Мир, 287-
начала репликации (т.е. между средними		301, 1994.
точками смежных репликонов). Скорость		Докинз Р. Эгоистичный ген. Москва, Мир, 1-
движения вилки репликации определяют по		316, 1993.
максимальнойдлинерадиоактивномеченого		Кольцов Н.К. Наследственные молекулы.
следа реплицирующейся ДНК в единицу		Наука и жизнь вып. 5 и 6,					1935;
следа реплицирующейся ДНК в единицу		Перепечатано: “Классики советской
времени.		Перепечатано: “Классики советской
времени.		генетики”, Ленинград, Наука, 93-119,
Как свидетельствуют данные Табл. 6.1,		генетики”, Ленинград, Наука, 93-119,
Как свидетельствуют данные Табл. 6.1,		1968.
репликоны у эукариот имеют существенно		1968.
репликоны у эукариот имеют существенно		Кулаев И.С. Происхождение эукариотических
меньшие размеры, чем у прокариот (хотя в		Кулаев И.С. Происхождение эукариотических
пределах генома одного вида они могут		клеток. Соросовский образовательный
пределах генома одного вида они могут		журнал 5: 17-22, 1998 .
варьировать в размерах в 10 раз). Скорость		журнал 5: 17-22, 1998 .
варьировать в размерах в 10 раз). Скорость		Льюин Б. Гены. Москва, Мир, 23-36, 1987.
репликации существенно ниже у эукариот.		Прозоров А.А. Геном бактерий: нуклеоид,
В соответствии с существующими		Прозоров А.А. Геном бактерий: нуклеоид,
В соответствии с существующими		хромосома,		нуклеотидная			карта.
представлениями репликоны у эукариот		Микробиология 67: 437-451, 1998.
распределены в геноме не случайно, они		Ратнер В.А. Хроника великого открытия: идеи
расположены группами (replicon foci). В этих		и лица. Природа 4: 68-79, 1998а.
группах,илифокусах,собираютсяферменты		Ратнер В.А. Хроника великого открытия: идеи
репликации, которые удлиняют вилки		и лица. Природа 11: 18-28, 1998б.
репликации одновременно 10-100 соседних		Фаворова О.О. Сохранение ДНК в ряду
репликонов длиной примерно по 100 т.п.н.		поколений:			репликация		ÄÍÊ.
репликонов длиной примерно по 100 т.п.н.		Соросовский образовательный журнал
каждый.Репликациявнихзавершаетсяза45-		Соросовский образовательный журнал
каждый.Репликациявнихзавершаетсяза45-		4: 11-17, 1996.
60 мин. Кроме этого существуют очень		4: 11-17, 1996.
60 мин. Кроме этого существуют очень		Чолаков В. Нобелевские премии. Ученые и
длинные репликоны (более 1000 т.п.н.) –		Чолаков В. Нобелевские премии. Ученые и
столь большие, что репликация в них		открытия. Москва, Мир, 1-363, 1987.
столь большие, что репликация в них		Berezney R., Dubey D.D., Huberman J.A. Hetero-
продолжается по нескольку часов.		geneity of eukaryotic replicons, replicon clus-
Особенности репликации ДНК на		geneity of eukaryotic replicons, replicon clus-
Особенности репликации ДНК на		ters, and replication foci. Chromosoma 108:
концах хромосом рассмотрены отдельно в		ters, and replication foci. Chromosoma 108:
концах хромосом рассмотрены отдельно в		471-484, 2000.
		471-484, 2000.
Разделе 9.6.

Таблица 6.1
Параметры репликации ДНК в геномах эу- и прокариот (Из: Lewin, 1994, p. 536).
			Средняя			Скорость
						Скорость
						движения
		Число	длина			движения
Организм		Число	длина			вилки
Организм		репликонов	репликона			вилки
		репликонов	репликона			репликации
			(â ò.ï.í.)			репликации
			(â ò.ï.í.)			(â ò.ï.í./ìèí.)
						(â ò.ï.í./ìèí.)

	Бактерии (Escherichia coli)	1	4200			50

	Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)	500	40			3.6

	Насекомые (Drosophila melanogaster)	3500	40			2.6

	Лягушка (Xenopus laevis)	15000	200			0.5

	Ìûøü (Mus musculus)	25000	150			2.2

	Растения (Vicia faba)	35000	300			Нет данных

120

Структура и организация генома

Глава 6

Blumenthal A.B., Kriegstein H.J., Hogness D.S. The

Дополнение 6.7

units of DNA replication in Drosophila

Проблема кодирования в молекулярной

melanogaster chromosomes. Cold Spring

биологии была впервые поставлена Г.А.

Harbor Symp. Quant. Biol. 38: 205-223,

Гамовым еще в начале 50-x годов, т.е. задолго

1974.

до открытия самой мРНК. Размышляя над

Callan H.G. Replication of DNA in enkaryotic

тем, как линейная последовательность

chromosomes. British Medical Bulletin 29:

четырех различных нуклеотидов может

192-195, 1973.

определить последовательность двадцати

Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature

разных

аминокислот в белке, Гамов

227: 561-563, 1970.

предположил, что генетический код является

DePamphilis M.L. Replication origins in metazoan

триплетным. Он же поставил вопросы и о

chromosomes: fact or fiction? BioEssays 21:

других

свойствах

генетического

êîäà:

5-16, 1999.

перекрываемости, запятых между кодонами,

Fetni R., Drouin R., Richer C.-L., Lemieux N. Com-

вырожденности (см. Crick, 1966; Ратнер,

plementary replication R – and G–band pat-

1998).

terns induced by cell blocking at the R-band/

G-band transition, a possible regulatory check- 1961г.Ф.Крикиегоколлегипоказали,чтокод

point within the S phase of the cell cycle. должен читаться неперекрывающимися

Cytegenet. Cell Genet. 75: 172-179, 1996.

триплетамисфиксированнойстартовойточки.

Lewin B. Genes V. Oxford, New York, Tokyo,

а) неперекрывание подразумевает, что

Oxford University Press, 527-569, 571-603,

каждыйкодонсостоитизтрехнуклеотидов, и

1994.

каждый последующий кодон представлен

Marx J. How DNA replication originates. Science

270: 1585-1587, 1995.

следующимитремянуклеотидами.

Russell P.J. Genetics. Fifth edition. Menlo Park.

Таблица 6.2

California. Addison Wesley Longman Inc.,

Соответствие кодонов генетического кода

344-366, 1998.

аминокислотам белка.

Watson, J.D., Crick, F.H.C. A structure for

Первая

Третья

deoxyribose nucleic acid. Nature 171: 737-

Вторая буква в кодоне

буква в

738, 1953.

кодоне

Watson, J.D., Crick, F.H.C. General implications of

(5’)

(3’)

the structure of deoxyribonucleic acid. Nature

Ôåí (F)

Ñåð (S)

Òèð (Y)

Öèñ (C)

171: 964-967, 1953.

Ôåí (F)

Ñåð (S)

Òèð (Y)

Öèñ (C)

Wilkins M.H.F., Stikes A.R., Wilson H.R. Molecular

Ëåé (L)

Ñåð (S)

Stop

Ëåé (L)

Ñåð (S)

Stop

Òðï (W)

structureof deoxypentosenucleicacids.Nature

Ëåé (L)

Ïðî (P)

Ãèñ (H)

Àðã (R)

171: 738-740, 1953.

Ëåé (L)

Ïðî (P)

Ãèñ (H)

Àðã (R)

Ëåé (L)

Ïðî (P)

Ãëí (Q)

Àðã (R)

6.4. Генетический код

Ëåé (L)

Ïðî (P)

Ãëí (Q)

Àðã (R)

В любом данном участке ДНК только

Èëå (I)

Òðå (T)

Àñí (N)

Ñåð (S)

Èëå (I)

Òðå (T)

Àñí (N)

Ñåð (S)

одна из двух нитей ДНК кодирует

Èëå (I)

Òðå (T)

Ëèç (K)

Àðã (R)

аминокислоты, поэтому код - это

Ìåò (M)

Òðå (T)

Ëèç (K)

Àðã (R)

последовательность нуклеотидов, а не пар

Âàë (V)

Àëà (A)

Àñï (D)

Ãëè (G)

нуклеотидов. Генетический код имеет

Âàë (V)

Àëà (A)

Àñï (D)

Ãëè (G)

Âàë (V)

Àëà (A)

Ãëó (E)

Ãëè (G)

следующие свойства:

Âàë (V)

Àëà (A)

Ãëó (E)

Ãëè (G)

1. Генетический код читается группами

Примечание. U - урацил, С - цитозин, А -

по три нуклеотида, т.е. код триплетный.

Аденин, G

гуанин, F,

L, I è ò.ä. -

Каждый триплет кодирует одну

однобуквенные сокращения названий

аминокислоту, каждый триплет называется

аминокислот, Фен, Сер и т.д. -трехбуквенные

кодоном (Табл. 6.2).

сокращения. Кодоны UАА, UАG, UGA - не

2.Основныезакономерностиорганизации

кодируют

аминокислот.

Эти кодоны

являются сигналами терминации трансляции

генетическогокодабылиоткрытыспомощью

- стоп-кодонами.

генетического анализа района rII фага Т4. В

121

Глава 6	Структура и организация генома

б) Фиксированная стартовая точка означает,чтосчитываниеначинаетсянаодном конце и завершается на другом; различные части кодирующей последовательности не могут считываться независимо друг от друга. Началом синтеза белка для любого гена является кодон AUG. В конце гена обязательно стоят кодоны UAA, UAG или UGA, которые не кодируют аминокислот и являются сигналами на окончание синтеза белка - стоп-кодоны. Для повышения надежности процесса терминации стопкодоны обычно дублируются. Первым при этом, как правило, выступает кодон UAA (основнойтерминирующийтриплет),авслед за ним на очень близком расстоянии в той же рамке считывания следует один из запасных терминирующихтриплетов-UAGилиUGA.

в) Если генетический код считывается неперекрывающимися триплетами, есть только три возможности транслирования нуклеотидной последовательности в аминокислотную,взависимостиот стартовой точки.

ACG ACG ACG ACG ACG ACG

CGA CGA CGA CGA CGA CGA

GAC GAC GAC GAC GAC GAC

Эти три возможности называют рамкамисчитывания.

Мутация, в результате которой инсертируется или делетируется один нуклеотид и изменяется рамка считывания всей последующей последовательности, называется сдвигом рамки. Поскольку последовательностьновойрамкисчитывания полностью отлична от первоначальной, вся дальнейшая аминокислотная последовательность будет измененной после мутации. Функция такого белка полностью утрачена. Пример:

Генетический материал мелкого бактериофага φ X174 представлен одноцепочечной ДНК и состоит всего из 9 генов, продукты которых хорошо изучены. ДНК, необходимая для кодирования этих продуктов, должна бы состоять минимум из 6078 нуклеотидов. На самом же деле хромосома фага φ X174 состоит из 5374 нуклеотидов. Этот парадокс удалось разрешить лишь после того, как в 1978 г. группой Ф. Сэнгера было проведено полное секвенирование ДНК этого фага. Оказалось, что кодирующие последовательности двух генов (B и E) локализованы внутри кодирующих последовательностей двух других генов (A и D). При этом рамка считывания(т.е.триплет,прочитываемыйпри трансляции) в каждом случае оказывалась сдвинутой на одну пару нуклеотидов. Например, в определ¸нном участке внутри гена D находится последовательность,

GTTTATGGTACG

которая в полипептиде D кодирует последовательность валин-тирозин-глицин- треонин. Рамка считывания гена E смещена вправо на один нуклеотид от рамки считывания гена D. Поэтому триплет ATG распознается РНК-полимеразой как стартовый, и в полипептиде E появляется формилметионин, за которым последует валин, кодируемый триплетом GTA, и т.д.

Сходным образом кодирующая последовательность гена B оказывается внутри кодирующей последовательности генаA.Врезультатесдвигарамкисчитывания кодируемые перекрывающимися генами полипептиды полностью отличаются друг от друга по последовательностям аминокислот.

Подобная ситуация “ген внутри гена” обнаружена и в ряде других случаев. Частично перекрывающиеся кодирующие последовательности обнаружены в ДНК вируса млекопитающих SV40. У РНКового фага MS2 один из генов перекрывает два других и, следовательно, не перекрывается лишь один из фаговых генов.

122

Структура и организация генома

Глава 6

Дополнение 6.8

В 1968 году за открытие и

При анализе одного из мобильных

интерпретацию генетического кода и его

функции в белковом синтезе Нобелевская

генетических элементов у бактерий -

премия была присуждена Р. Холли, Х. Г.

элемента IS5 - был обнаружен еще более

Хоране и М.В. Ниренбергу (Robert W. Holley,

яркий пример сверхкомпактной организации

H. Gobind Khorana, Marshall W. Nirenberg).

генетической информации. В этом случае

любого организма. Однако, по мере

одна из цепей молекулы ДНК содержит два

перекрывающихся гена, а комплементарный

расширения круга объектов молекулярной

им участок второй цепи образует третий ген.

генетики стали накапливаться исключения,

Следовательно, обе цепи значимы и несут

сделавшие код ”квазиуниверсальным”.

информацию, соответствующуютрем генам.

Касаетсяэтопреждевсегомитохондриальных

геномов (Табл. 6.5).

Литература к разделу 6.4.

Алиханян С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С.

Общая генетика. Москва, Высшая школа,

По результатам “Геномного проекта E.

231-233, 1985.

Гершензон С.М. Основы

современной

coli” обнаружено, что у 405 пар смежных

генов вообще нет межгенных интервалов:

генетики. Киев, Наукова думка, 285-295,

1983.

знакначалатрансляцииодногогеначастично

Инге-Вечтомов С.Г. Трансляция как способ

перекрывается с конечным знаком другого,

существования живых систем, или в ч¸м

например:

смысл “бессмысленных” кодонов”.

Соросовский образовательный журнал

начало

12: 2-10, 1996.

Ратнер В.А. Хроника великого открытия: идеи

TGATG

TAATG

и лица. Природа 11: 18-28, 1998.

конец

Ратнер В.А. Что содержит полный геном

начало

Escherichia coli?

Соросовский

образовательный журнал, в печати,

ATGA

GTGA

2000.

конец

Генетический

êîä

является

Ратнер В.А. Генетический код как система.

Соросовский образовательный журнал

вырожденным, в том смысле, что одной

3: 17-22, 2000.

аминокислоте может соответствовать

Ashburner M. Drosophila. A laboratoty handbook.

несколько кодонов (Табл. 6.3).

Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor

Однако, кодоны используются не с

Laboratory Press, 75, 1989.

одинаковой

частотой.

Например, у

Crick F.H.C. The genetic code – yesterday, today,

дрозофилы, в результате параллельного

and tomorrow. Cold Spring Harbor Symposia

on Quantitative Biology 31: 3-9, 1966.

изучения последовательностей кодонов в

Crick F.C.H., Barnett L., Brenner S., Watts-Tobin

генах (269 т.п.н.) и аминокислот, кодируемых

R.J. General nature of the genetic code for

ими,былопоказано,чтокодоныиспользуются

proteins. Nature 192: 1227-1232, 1961

с разными частотами (Табл. 6.4) (см. также

Дополнение 6.9

Blattner et al., 1997; Russell, 1998, p. 428;

В 1980 году за выдающийся вклад в

Ратнер, 2000).

разработку методов экспериментальных

4. Генетический код универсален, в том

манипуляций с ДНК Нобелевская премия по

смысле

÷òî

определ¸нному

кодону

химии была присуждена П. Бергу, У.

соответствует определ¸нная аминокислота.

Гилберту и Ф. Сэнгеру (P. Berg, W. Gilbert, F.

Например, AUG-кодон кодирует метионин у

Sanger).

123

Глава 6				Структура и организация генома


Таблица 6.3
Аминокислоты и соответствующие им кодоны.
A	Ala	Аланин	GCA	GCC GCG GCU
C	Cys	Цистеин	UGC	UGU
D	Asp	Аспарагиновая кислота	GAC	GAU
E	Glu	Глутаминовая кислота	GAA	GAG
F	Phe	Фенилаланин	UUC	UUU
G	Gly	Глицин	GGA	GGC GGG GGU
H	His	Гистидин	ÑÀÑ	CAU
I	Ile	Изолейцин	AUA	AUC AUU
K	Lys	Лизин	AAA	AAG
L	Leu	Лейцин	UUA	UUG CUA CUC CUG CUU
M	Met	Метионин	AUG
N	Asn	Аспарагин	AAC	AAU
P	Pro	Пролин	CCA	CCC CCG CCU
Q	Gln	Глутамин	CAA	CAG
R	Arg	Аргинин	AGA AGG CGA CGC CGG CGU
S	Ser	Серин	AGC AGU UCA UCC UCG UCU
T	Thr	Треонин	ACA	ACC ACG ACU
V	Val	Валин	GUA	GUC GUG GUU
W	Trp	Триптофан	UGG
Y	Tyr	Тирозин	UAC	UAU

Blattner F.R. et.al., The complete genome sequence of Escherichia coli K-12. Science 277: 1453-1462, 1997.

Lewin B. Genes V. Oxford University Press, Oxford, New York, Tokyo, 98-100, 217-219, 1994.

6.5. Геномика - наука о геномах

Необходиморазграничитьпонятиягеном и генотип. Генотип - это совокупность генов, имеющихфенотипическоепроявление.Геном -это вся ДНКвгаплоидномнаборехромосом

Таблица 6.4

Частоты использования разных кодонов, кодирующих лейцин и аланин у дрозофилы (часть таблицы из книги: Ashburner, 1989, p. 75.).

Аминокислота	Кодоны	× è ñ ë î
		× è ñ ë î
		случаев
		случаев

	ÑUU	610
	ÑUÑ	1096
Лейцин	ÑUÀ	538
	CUG	3425

	GÑÑ	3534
Аланин	GCA	926
Аланин	GCU	1397
	GCU	1397
	GCG	1159

данноговида. Разделгенетики,посвященный изучениюцелыхгеномовживыхорганизмов, называют геномикой. Сведения о размерах геномовнекоторыхорганизмовпредставлены в Таблице 6.6. В настоящее время разрабатываются многочисленные т.н. геномные проекты. Цель их заключается в выяснениипоследовательностейоснованийво всехмолекулахДНКвклеткахтогоилииного организма.Это программы“Геномчеловека”, “Геномдрозофилы”,“Геномдрожжей”-всего около 50.

В проекте «Геном человека» исследователи стремятся к достижению пяти основных целей:

1.Завершить составление детальной генетической карты, на которой были бы помечены гены, отстоящие друг от друга на расстоянии, не превышающем в среднем 2 млн. оснований (2 мегабазы – сокращенно Мб, от английского слова base - основание).

2.Составить физические карты ДНК каждой хромосомы (разрешение 0,1 Мб).

3.Построить карту всего генома в виде охарактеризованных по отдельности клонов (5 тыс. оснований в клоне, 5 килобаз – 5 Кб).

124

Структура и организация генома					Глава 6


Таблица 6.5
Отклонения от универсального генетического кода (Из: Lewin, 1994, p. 217-219).
Геном		Кодон	Универсальное			Необычное
Геном	Организм	Кодон	Универсальное			Необычное
			значение			значение

	Позвоночные, дрозофила,
	дрожжи, плесени,	UGA	Stop			Trp
	трипаносомы

		CUU
		CUC	Leu			Thr
		CUA	Leu			Thr
	Сахаромицеты	CUA
	Сахаромицеты	CUG
		CUG

		CGG	Arg			Trp

	Позвоночные, дрозофила,	AUA	Ile			Met
	сахаромицеты	AUA	Ile			Met
	сахаромицеты

Митохон-	Морская звезда	AAA	Lys			Asn
äðèè
äðèè		AGA
	Позвоночные	AGA	Arg			Stop
	Позвоночные	AGG	Arg			Stop
		AGG

	Морская звезда, дрозофила	AGA	Arg			Ser
	Морская звезда, дрозофила	AGA*	Arg			Ser

		UUG	Leu			Start
	Аскарида, нематода
	Аскарида, нематода	AUU	Ile			Start
		AUU	Ile			Start

	Нематода	AUA	Ile			Start

		AUU
	Млекопитающие	AUC	Ile			Start
		AUA

	Микоплазма	UGA	Stop			Trp

ßäðî	Цилиаты	UAA	Stop			Gln
ßäðî	Цилиаты	UAG	Stop			Gln
		UAG

	Гриб кандида цилиндрика	CUG	Leu			Ser

Примечание. A* - модифицированный аденин

4. Завершить к 2004 году полное		2. Завершить		секвенирование			âñåõ
секвенирование ДНК (определение		кДНКовых		клонов, что позволит
последовательностей нуклеотидов).		определить число и характер всехбелков,
5. Нанести на карту последовательностей		синтезируемых в клетках дрозофилы
нуклеотидов все гены человека.		(стоимость- 4 млн. долларов).
Более глубокие вопросы поставлены		3. Получить коллекцию инсерций P-
исследователями, работающими в рамках		элементов во все гены дрозофилы.
программы “Геном дрозофилы”:		Ожидается получить около 20000 линий
1. Закончить секвенирование всего генома		дрозофилы,		÷òî		позволит узнать
(Данные об эухроматиновой части		мутантные		фенотипы всех			генов
опубликованы в марте 2000 г.).		(стоимость 2 млн. долларов).

125

Глава 6	Структура и организация генома

Таблица 6.6

Размеры геномов некоторых организмов (Из: Сингер, Берг, 1998, стр.5).

Организм	Примерный размер		Гаплоидное число
Организм	гаплоидного генома, п.н.		хромосом
	гаплоидного генома, п.н.		хромосом

Дрожжи (Saccharomices cerevisiae)	1.35 × 107		16

Миксомицеты (Dictyostelium discoides)	7 ×	107	7

Трипаносома (Trypanosoma brucei)	8 ×	107	Неизвестно

Нематода (Caenorhabditis elegans)	8 ×	107	11/12

Шелкопряд (Bombyx mori)	5 ×	108	28

Плодовая мушка (Drosophila melanogaster)	1.65 × 108		4

Морской еж (Strongylocentrotus purpuratus)	8 ×	108	21

Шпорцевая лягушка (Xenopus laevis)	3 ×	109	18

Протей (Necturus maculosis)	5 ×	1010	19

Курица (Gallus domesticus)	1.2 ×	109	39

Ìûøü (Mus musculus)	3 ×	109	20

Корова (Bovis domesticus)	3.1 ×	109	60

Человек (Homo sapiens)	2.9 ×	109	23

Кукуруза (Zea mays)	5 ×	109	10

Ëóê (Allium cepa)	1.5 ×	1010	8

Арабидопсис (Arabidopsis thaliana)	7 ×	107	5

4.Определение образцов экспрессии всех генов во всех тканях, на всех этапах онтогенеза и в разных условиях окружающей среды (1.5 млн. долларов).

5.Создание набора модельных культур клеток из различных тканей дрозофилы, в которых можно изучать мутации с помощью биохимических методов.

6.Определение последовательностей нуклеотидов у Drosophila virilis. Эти знания будут незаменимыми при интерпретации сведений о Drosophila melanogaster: те функции и структуры

Drosophila melanogaster, которые сохранятся у Drosophila virilis, являются

консервативными и по-видимому важны (стоимость – более 20 млн. долларов).

Для выполнения работ по геномным проектам используют современные методы

геннойинженерии,компьютерныетехнологии обработки данных и объемные базы данных.

Первой крупной удачей геномных проектов было секвенирование генома бактерии Hemophilus influenzae в 1995 году. В 1996 году был секвенирован геном

Saccharomyces cerevisiae (12.5 Мб, около 6 тыс. генов), к середине декабря 1998 года - геном нематоды Caenorhabditis elegans (97 Мб и 19 тыс. генов).

К настоящему времени составлены карты геномов 18 видов микроорганизмов, имеющих размеры геномов от 1 до 20 Мб (архебактерии,спирохеты,хламидобактерии, кишечная палочка, возбудители пневмоний, сифилиса, гемофилии, метанообразующих бактерий, микоплазм, риккетсий, цианобактерий).

126

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Генетика (Жимулев)

#
06.06.2015378.8 Кб1322ver7.pdf
#
06.06.2015698.25 Кб82ver7.pdf
#
06.06.2015806.04 Кб113ver7.pdf
#
06.06.20153.5 Mб114ver7.pdf
#
06.06.20151.63 Mб85ver7.pdf
#
06.06.20151.96 Mб76ver7.pdf
#
06.06.2015907.5 Кб87-1ver7.pdf
#
06.06.20151.14 Mб77-2ver7.pdf
#
06.06.20151.38 Mб77-3ver7.pdf
#
06.06.2015790.75 Кб128-1ver7.pdf
#
06.06.2015377.32 Кб138-2ver7.pdf