Изучение мутационного процесса
Страница 3

Информация » Изучение мутационного процесса

Исключительно важными для молекулярной теории мутагенеза оказались работы по изучению аминокислотных замен в мутантных белках, выполненные на моделях бактериальных и растительных вирусов и белков кишечной палочки.

Наконец, в последнее время появилась надежда с молекулярных позиций объяснить загадку возникновения полных и мозаичных мутаций. Долгое время генетики не могли представить убедительных объяснений, почему в некоторых случаях поврежденными оказываются сразу обе нити ДНК (полная мутация), в то время как в других случаях изменению подвергается только одна из нитей (мозаичная мутация). Открытие ферментных систем, исправляющих повреждения ДНК, нанесенные физическими и химическими агентами, и выяснение молекулярного механизма их действия позволило обосновать тезис о том, что именно репарирующие системы переносят повреждение с одной нити ДНК на другую ее нить, вызывая появление полной мутации (Н. П. Дубинин и В. Н. Сойфер). Этот же принцип был использован для объяснения причин появления хромосомных, а не хроматидных мутаций стадии G1, когда ДНК хромосом остается не реплицирующейся при воздействии на клетки агентами, вызывающими репарируемые повреждения.

В первых же экспериментах по изучению действия радиации наследственные структуры — хромосомы было обнаружено, что хромосомы могут разрываться, образуя фрагменты. Впоследствии разрывы хромосом были описаны и в тех случаях, когда организмы или отдельные клетки обрабатывали химическими мутагенами. Но природа возникновения разрывов, оставалась непонятной до самого последнего времени.

В жизненном цикле клетки можно отметить следующие основные этапы: в фазе G1 клетка готовится к удвоению ее генетических структур. В этой фазе хромосомы большинства клеток содержат одну двунитевую молекулу ДНК. В фазе S происходит удвоение генетического материала — репликация молекул ДНК, и клетки вступают в фазу G2, когда их хромосомы содержат уже две копии — хроматиды, каждая из которых несет по одной двунитевой молекуле.

В результате многочисленных работ по изучению химии взаимодействия мутагенов с ДНК было установлено, что, как правило, повреждению подвергается только одна нить ДНК, а другая остается неповрежденной. Если это так, то ДНК, поврежденная в фазе G1 или G2, могла бы нести только хроматидные мутации. После репликации повреждение одной нити ДНК передалось бы ее дочерней копии — хроматиде, а вторая хроматида, синтезированная на неповрежденной нити ДНК, оставалась бы нормальной. Однако в экспериментах было найдено, что нередко повреждение захватывает обе нити ДНК и обе хроматиды сразу. В этом и заключалась основная трудность в понимании природы мутагенеза. В 1968 г. Н. П. Дубининым и В. Н. Сойфером была предложена модель, объясняющая эту основную трудность и позволяющая понять молекулярный механизм этого явления.

За последние годы были открыты особые ферментные системы, следящие за сохранением целостности генетического материала клетки и названные репарирующими системам. Наибольший интерес представляют ферменты так называемой темновой репарации.

Если в ДНК возникает повреждение, которое может быть узнано репарирующими ферментами, то прежде всего происходит надрез ДНК вблизи места повреждения. Вслед за этим участок, заключающий в себе повреждение, вырезается из структуры ДНК, а образовавшаяся брешь расширяется подобно тому, как при операциях хирурги вычищают некоторый участок здоровой ткани вокруг удаленного повреждения. Два последующих этапа — застройка образованной бреши здоровым материалом и соединение застроенного участка со старой нитью ДНК. Такая репарация может происходить на любой стадии клетки и, что самое главное, — в отсутствие репликации ДНК.

В 1968 г. два американских исследователя Фрэд Рапп и Пауль Говард-Фландерс экспериментально показали, что при некоторых типах поражения ДНК (при соединении двух рядом расположенных в ДНК тиминовых остатков в так называемый димер тимина), против них при синтезе ДНК остается настроенная брешь, и эта брешь оказывается долго живучи Таким образом, система «повреждение — оппозитная брешь» может существовать в ДНК длительное время.

Это интересное наблюдение Раппа и Говарда-Фландерса было учтено при создании модели хромосомных перестроек и полных генных мутаций.

Начнем изложение модели с того момента, когда одна из нитей ДНК получила повреждение. Если это повреждение может быть узнано репарирующими ферментами, то могут быть принципиально две возможности — либо само повреждение будет вырезано и затем зарепарировано с восстановлением нормальной структуры, либо — фермент закономерно или по ошибке вырежет не сам поврежденный участок, а противоположный ему. Принципиальным отличием поражений, узнаваемых репарирующими ферментами, от тех, которые остаются не идентифицированными ими, является нарушение правильности спирали ДНК Уотсона—Крика. Подтверждение этого предположения было получено автором этой статьи в опытах с мутагеном — гидроксиламином. Этот агент действует на цитозиновые основания в ДНК, и мутагенное последствие обработки гидроксиламином заключается в переводе цитозина за счет дезаминирования (отрыва аминной группы) в урацил. Поскольку урацил спаривается не с гуанином, как это делал цитозин, а с аденином, то происходит замена пары гуанин—цитозин на пару аденин—тимин, иными словами, возникает точечная мутация. Переход цитозина в урацил может не сопровождаться нарушением конфигурации ДНК, и согласно нашему предположению повреждения от гидроксиламина не Должны узнаваться репарирующими ферментами. Это было зарегистрировано в опытах с бактериофагом лямбда. Фаги обрабатывались раствором гидроксиламина, и по степени инактивации фага судили о репарируемости генетических повреждений. Совпадение кривых выживаемости фага в нормальных бактериальных клетках и мутантных клетках свидетельствовало об отсутствии репарации.

Страницы: 1 2 3 4


Другие статьи:

Естественные источники радиации
Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излу ...

Абиотические (неживые) компоненты биосферы
Вода, воздух, почвы, их химический состав, физические свойства, в первую очередь температура, космическое излучение, гравитация, магнетизм- таковы абиотические компоненты биосферы. К биосфере относят прежде всего те участки планеты, где ...

Экосистемы, экология и взаимоотношения живых существ
Закономерности взаимоотношений живых существ с окружающей средой изучает специальная наука — экология. В переводе с греческого языка слово «экология» означает; «изучение дома». Иногда «дом», место обитания, бывает самым неожиданным. Все ...