История биологии с начала XX века до наших дней - [250]
До сих пор не ясно, что является причиной возникновения однонитевых разрывов в двунитевых молекулах ДНК. По нашему мнению, начало такому разрыву могут положить нарушения или изменения оснований в структуре ДНК, возникающие либо под действием квантов лучистой энергии, либо различных химических агентов как внутриклеточной, так и внешней по отношению к клетке природы. Эта точка зрения[191], высказанная нами в 1969 г., получила в настоящее время экспериментальное подтверждение в опытах на микроорганизмах.
Важным и пока еще также не получившим должного разрешения является вопрос о том, как происходит объединение нитей друг с другом во время рекомбинации. В настоящее время в результате исследования Э. Баутца (1967–1971) в США и Ю.П. Винецкого (1970) в СССР установлено, что зона синапса захватывает не менее 500-1000 нуклеотидов.
В таблице кода указаны три кодона УАА, УАГ и УГА, которые не кодируют никаких аминокислот и потому называются нонсенс-кодонами, или терминирующими кодонами. Открытие этих кодонов было важным шагом в понимании механизма синтеза белка. Выше упоминалось о том, что иРНК может быть считана сразу с нескольких цистронов. Возник вопрос о том, каким образом при синтезе белков с такой полицистропной иРНК происходит обрыв чтения на конце одного цистрона и начинается чтение следующего цистрона. Обнаружение нонсенс-кодонов дало ответ на первый вопрос. К тому же стало понятным поведение некоторых мутантов, выделенных до этого у вирусов и бактерий. Это касается прежде всего так называемых амбер-мутантов фагов, которые могли размножаться в клетках одних линий бактерий и оказывались не способными к этому в других. Анализ этих мутантов показал, что в тех линиях бактерий, где развитие амбер-мутантов фагов не происходило, дефект был связан с неполным прочтением мутировавших генов. Под их контролем формировались не целые молекулы белка, а обрывки полипептидной цепи одинаковой длины. Такие амбер-мутанты удалось выделить практически для всех генов фага Т4 (Р. Эпштейн, 1963; Р Эдгар Г. Денхардт и Р. Эпштейн, 1964; Р. Эдгар, 1965, и др.), а также для гена щелочной фосфатазы кишечной палочки (лаборатория А. Герена в США, 1962 1964), а сам метод изучения амбер-мутантов оказал большую услугу ученым, позволив описать неизвестные ранее гены. Весьма примечательным было и то, что свойства амбер-мутантов фагов проявлялись только при заражении такими фагами определенных видок бактерий. При заражении же других видов дефект исправлялся, и синтезировались молекулы белка нормальной длины, хотя нередко и с измененными свойствами.
Последовательность реакций при матричном биосинтезе белков (по А.С. Спирину Л.П. Гавриловой, 1963).
I — свободные субъединицы рибосом, отдельные транспортные РНК и аминоацил-тРНК в клетках перед началом синтеза белка; II — присоединение индивидуальной молекулы иРНК к малой субъединице рибосомы; III — присоединение большой субъединицы рибосомы к малой субъединице, заряженной иРНК. Этот комплекс в нормальных условиях остается стабильным до конца считывания матрицы иРНК; IV — присоединение к малой субъединице рибосомы аминоацил-тРНК (первой всегда присоединяется формилметиониновая аминоацил-тРНК); V — конец аа-тРНК, несущий аминокислоту, присоединяется к большой субъединице рибосомы; VI — конец иРНК с присоединенной к нему формилметиониновой тРНК «вдвигается» в большую субъединицу рибосомы; VII — начало следующего цикла в работе рибосомы. Снова к малой субъединице присоединяется аа-тРНК, соответствующая очередному кодону иРНК, вошедшему в рибосому; VIII — конец аа-тРНК, несущий аминокислоту, присоединяется к большой субъединице. Теперь две аминокислоты (формилметиониновая и очередная, вошедшая в рибосому) оказываются в пространственной близости; IX — формилметионин перебрасывается на очередную аминокислоту: начался синтез полипептидной цепи; X — транспортная РНК, освободившаяся от аминокислоты формилметионина, покидает рибосому, уступая место для очередного акта «протягивании» иРНК в рибосому; XI — нить информационной РНК продвигается в рибосому еще ни один кодон; XII — начало третьего цикла работы рибосомы: в малую субъединицу вошла новая аминоацил-тРНК.
Спустя некоторое время удалось выделить так называемые охра мутанты (УАА-кодон) (С. Бреннер, А. Стреттон и С. Каплан, 1965; М. Вейгерт и А. Герен, 1965) с точно такими же свойствами, а затем и мутанты, у которых обрыв чтения иРНК происходил на кодоне УГА (опал-кодон), (С. Бреннер, Л. Барнет, Е. Кац и Ф. Крик, 1967), И охра-мутанты, и мутанты, несшие нонсенс-кодон УГА, удалось искра вить (супрессировать) в специальных линиях, имевших так называемы о гены-супрессоры. Все гены-супрессоры относились к трем классам: амбер-супрессоры (su-1, su-2 и su-3), восстанавливавшие чтение иРНК, оборванное на амбер-кодоне; охра-супрессоры (su-4 и su-5), подавлявшие амбер- и охра-кодоны; супрессоры кодона УГА.
Свойство супрессии оказалось связанным с наличием в клетках, несущих супрессорные гены, молекул тРНК, способных узнавать нонсенс-кодон (Г. Броуди и Ч. Яновский, 1963; Дж. Беквит, 1964; Ч. Яновский, 1966; Г. Корана и др., 1966). Такие мутантные тРНК могут спариваться с нонсенс-кодоном и таким образом подставлять против них аминокислоту. Анализ подстановок, осуществляемых в супрессорных линиях, показал, что в su-1-линиях
