Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
(рис. 10.2). Гэррод предложил аналогичную интерпретацию еще для трех
аномалий, включая и альбинизм, который, по его мнению, вызывается
блокированием метаболического пути, ведущего от тирозина к меланину.
Гэррод назвал эти наследственные биохимические аномалии врожденными
ошибками метаболизма. Ему удалось сделать свои открытия благодаря
осознанию того обстоятельства, что метаболический "блок" можно
идентифицировать по накоплению в организме вещества, которое образуется
на стадии, предшествующей этому блоку. В дальнейшем использование этого
простого принципа сыграло важнейшую роль в изучении многочисленных
метаболических процессов.
Гипотеза "один ген-один фермент"
Впервые представление о взаимосвязи между генами и ферментами точно
сформулировали Джордж Бидл и Эдуард Татум в 1941 г. в рамках гипотезы
"один ген-один фермент". За это открытие в 1958 г. они были удостоены
Нобелевской премии. Бидл и Татум изучали биохимическую роль различных
генов в опытах с обычной хлебной плесенью-Neurospora crassa (см. рис.
5.15). В норме этот микроскопический гриб может расти на определенной
минимальной среде, содержащей сахар, некоторые минеральные соли, источник
азота (аммонийные соли) и витамин биотин.
С помощью мутагенеза, индуцируемого рентгеновским излучением, Бидл и
Татум получали и затем отбирали мутанты, для роста которых требовалось
добавлять в среду некоторые дополнительные питательные вещества (рис.
10.3). Такие мутанты называются ауксотрофами в отличие от исходных
прототрофов, способных расти на минимальной среде. (Мутации, изменяющие
питательные потребности бактерий, специально обсуждаются в главе 8.)
Подход, использованный Бидлом и Татумом для подтверждения наследуемого
характера мутаций, приводящих к ауксотрофности, проиллюстрирован на рис.
10.4.
Первые три мутанта, выделенные Бидлом и Татумом, были обозначены pab, pdx
и thi. Для их роста на минимальной среде требовались добавки n-
аминобензойной кислоты, пиридоксина и тиамина соответственно. В каждом из
трех случаев наблюдалось блокирование определенного этапа метаболизма, в
норме приводящего к образованию соответствующего недостающего
питательного вещества. Таким образом, было установлено однозначное
соответствие между генетической мутацией и исчезновением определенного
фермента, необходимого на данной биохимической стадии метаболизма. Исходя
из этого, Бидл и Татум и сформулировали гипотезу "один ген-один фермент":
каждый ген направляет синтез одного фермента (рис. 10,5). В ходе
дальнейших исследований эта гипотеза в несколько модифицированном виде -
"один ген -одна полипептидная цепь"-полностью подтвердилась.
12
Экспрессия генетического материала
?3
Дикий
тип
Рентгеновское или ультрафиолетовое облучение
I
о.
о.
е(r)-
Конидии (вегетативные споры)
o>l Скрещивание с диким штаммом противоположной типа спаривания
Плодовое тело
&
Тиамин
Рибо- Пиридо-флавин ксин
Минимальная среда с добавками:
Ш ^
j
Панто - Никоти - п-Амино- Инозитол Холин т еновая новая бензойная кислота
кислота кислота
Фолиевая Нуклеи-кислота новая
кислота
J
Контроль (без добавок)
Рис. 10.3. Метод идентификации ауксо-трофных мутаций у Neurospora.
Конидии подвергают воздействию мутагенов (например, рентгеновскому или
ультрафиолетовому облучению) и скрещивают с конидиями дикого типа. Затем
на полной среде выращивают гаплоидные споры. Полученные культуры высевают
на минимальную среду. Отсутствие роста на минимальной среде указы-
вает на возникновение ауксотрофной мутации. Для установления природы этой
мутации испытываемые штаммы высевают на минимальную среду с теми или
иными питательными добавками (аминокислоты, витамины и др.). В
представленном на рисунке примере мутантный штамм оказывается способен
расти на минимальной среде с добавлением пантотеновой кислоты.
Биохимические превращения при метаболизме
Различные ауксотрофные штаммы, растущие при добавлении к минимальной
среде одного и того же вещества, не обязательно содержат мутации в одном
и том же гене. Так, все три мутанта Neurospora, отме-
10. Генетические функции
13
Рис. 10.4. Метод, позволяющий подтвердить генетическую природу
питательной потребности. Мутантный штамм, полученный, как показано на
рис. 10.3, скрещивают со штаммом дикого типа. Гаплоидные споры высевают
на минимальную среду. При этом оказывается, что на четыре споры,
способные расти, приходятся четыре, неспособные расти на минимальной
среде. Это подтверждает, что неспособность расти на минимальной среде
является результатом генетической мутации.
Ген А
В отсутствие пантотеновой у кислоты
Ген В
{ I
i_j № 1 - -
1
Ген С
JJ
и
Фермент А
\ \
Фермент В
о
Субстрат
Фермент С
Стадия А
о
Стадия В Продукт А
о
Стадия С
Продукт В
> О
Продукт С
Рис. 10.5. Гипотеза "один ген-один фермент". Каждый ген направляет синтез
одного фермента. Мутация в одном из генов приводит к образованию
нефункционального фермента, прерывая тем самым цепь метаболических
