| |
 |
Если эта новая нуклеиновая кислота А'-В' окажется в сперматозоиде или яйцеклетке, а впоследствии - в оплодотворенной яйцеклетке, то она будет присутствовать во всех клетках нового организма (не учитывая возникновения новых ошибок), так что мутация коснется не отдельных клеток, а всего организма в целом.
Мутацию может вызывать и "закольцовывание" нитей в процессе репликации. Для идеальной репликации нужно, чтобы все нуклеотиды каждой из нитей были открыты для бомбардировки свободными нуклеотидами, чтобы каждое звено цепочки могло найти для себя соответствие.
Однако, предположим, что нить "закольцовалась" таким образом, что замкнутые в петлю звенья цепочки вышли из строя. В норме нить, имеющая секцию, скажем, ЦТАГ, должна выстроить соответствующую ей секцию ГАТЦ. Однако же, если часть ТА замкнулась в кольцо, а находящиеся по краям от нее Ц и Г сошлись рядом, то будет образована часть второй нити, составляющая всего лишь ГЦ. И опять же, эта дефектная нить при следующей репликации сформирует себе столь же дефектную пару; в получившейся таким образом молекуле нуклеиновой кислоты часть ТА будет безвозвратно утеряна.
Еще одной причиной возникновения мутации может стать изменение нуклеотидов отделившейся нити нуклеиновой кислоты под воздействием определенных химически активных веществ, оказавшихся в зоне репликации. В ходе репликации нуклеотиды окажутся увековеченными именно в таком измененном виде - снова мутация!
Любой фактор окружающей среды, приводящий к мутации, называется мутагеном. Нагревание - мутаген, поскольку на материале бактерий и плодовых мух было обнаружено, что с повышением температуры повышается и процент мутаций. Возможно, причиной тому ослабление с увеличением температуры и без того не очень сильных водородных связей. Разница в силе водородных связей, образовываемых нуклеотидом со своей положенной парой и другим веществом, таким образом, оказывается менее значительной. Тогда увеличивается вероятность, что "положенный" аденин не сможет выбить с предназначенного ему места застрявший там гуанин - а следовательно, и вероятность мутации.
Еще один сильный мутаген - радиация. Сюда входит и солнечный ультрафиолет, и рентгеновское излучение, а также множество видов излучения, испускаемого радиоактивными веществами. Воздействие любого из этих излучений приводит к образованию в клетке свободных радикалов - фрагментов разрушенных молекул, чаще всего - молекул воды, поскольку их количество сильно превышает количество всех остальных молекул в организме.
Свободные радикалы очень агрессивны, они соединяются практически с любой молекулой, которая окажется на их пути, изменяя ее при этом. Если их образуется много, то возрастает и вероятность того, что один из них наткнется и на молекулу нуклеиновой кислоты, и изменит ее. Результатом будет опять мутация.
Если доза облучения чересчур велика, то генетический код жизненно важных клеток может оказаться поврежденным до такой степени, что клетки перестанут выполнять жизненно важные функции. Это приводит к лучевой болезни и смерти. Именно такую опасность несут в себе радиоактивные осадки.
Существуют и химические вещества, которые увеличивают риск мутации, соединяясь с нуклеиновой кислотой и изменяя ее структуру. Самым известным из химических мутагенов является печально известный после Первой Мировой войны газ иприт и родственные ему газы класса "азотистые иприты".
Мутации будут случаться даже в самой мягкой и заботливой среде, поскольку полное устранение мутагенов невозможно. Солнце постоянно облучает все живое ультрафиолетом, земля, море и воздух имеют естественный радиационный фон, а извне Земля постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами. И в каждый процесс репликации всегда может вмешаться случай.
Иными словами, ошибки будут происходит всегда, и мутации будут случаться. Есть, к примеру, такая болезнь - гемофилия, при которой кровь не сворачивается, так, что больной может истечь кровью от малейшей царапины. Причиной ей - "врожденный порок", ошибка химической фабрики организма. Больной гемофилией с рождения неспособен производить некий фермент или ферменты, необходимые для того или иного этапа крайне сложного процесса образования тромбов. Как правило, подобная неспособность к выработке фермента по причине дефектной молекулы нуклеиновой кислоты в хромосоме является наследственной. Тем не менее, мутация может привести к развитию такого заболевания и у ребенка здоровых родителей. В среднем вероятность подобной мутации - один случай на тридцать тысяч родов. Кстати, мутация может и не проявляться - так, по причинам, в которые я сейчас вдаваться не буду, девочки, в отличие от мальчиков, могут являться носителями гена, и при этом их кровь будет нормальным образом сворачиваться.
Но мутации - это не только разрушительные ошибки. Некоторые изменения могут, в редчайших случаях, сослужить организму добрую службу, поспособствовав лучшей его адаптации к окружающей среде. Именно мутациям мы обязаны эволюционированию путем естественного отбора. Так, сто лет спустя после того, как Дарвин сформулировал свою теорию на основе усердного изучения живых организмов, ученые подтвердили ее на молекулярном уровне.
Рукотворные нити
При репликации нуклеиновых кислот все разнообразные свободные нуклеотиды должны соединиться воедино, чтобы занять свои места по цепочке. Очевидно, это происходит в два этапа. Сначала к нуклеотиду присоединяется второй фосфат - так сказать, довеском к первому фосфату. В результате получается "дифосфат". Затем этот второй фосфат замещается соседним нуклеотидом, и, таким образом, два нуклеотида оказываются связанными воедино вторичной фосфатной группой. По мере того, как подобное происходит по всей линии, образуется полинуклеотидная цепочка.
Такую реакцию должен катализировать какой-то фермент. В 1955 году американский физик испанского происхождения Северо Очоа выделил из бактериальной ткани именно такой фермент. Добавление этого фермент а раствор дифосфатной разновидности нуклеотидов привело к сильному увеличению вязкости всего раствора. Он загустел, и из раствора превратился скорее в желе - хороший признак формирования в веществе длинных и тонких молекул.
Если изначально взять соединения только одного типа, скажем, аденозиндифосфат (так называют адениловую кислоту, обладающую второй фосфатной группой), то формируется длинная полинуклеотидная цепочка адениловых кислот. Это полиадениловая кислота - ААААААА…. Если изначально взять уридиндифосфат, будет синтезирована полиуридиловая кислота - УУУУУУУУ…. И так далее. Если изначально взять два, три, или четыре различных дифосфата, то и получившиеся в итоге полинуклеотидные цепочки будут содержать два, три, или четыре компонента.
Сначала цепочки строятся медленно - имеется некоторый латентный период. Через некоторое время, когда часть цепочки сформирована, она выступает в качестве некоего ядра, вокруг которого цепочка формируется дальше, и реакция в целом ускоряется. Если в изначальный раствор добавить "для затравки" немного уже готового полинуклеотида, то латентного периода вообще не будет.
Если добавить в раствор аденозиндифосфата полиадениловую кислоту, быстро начинает формироваться новая полиадениловая кислота. Однако, если в тот же раствор аденозиндифосфата добавить кислоту полиуридиловую, то это не ускорит процесса образования полиадениловой кислоты. Полиуридиловая кислота является в данном случае неправильным примером.
Очоа работал с РНК. Годом позже, в 1956 году, американский биохимик Артур Корнберг проделал то же самое в отношении ДНК. Он выделил фермент, способствующий формированию длинных полинуклеотидных цепочек из отдельных дезоксинуклеотидов, имеющих три (а не две) фосфатные группы. Такие нуклеотиды называют трифосфатами (примером трифосфата является уже упоминавшаийся АТФ - аденозинтрифосфат.
Однако, он в своих экспериментах не создавал разновидностей ДНК из единого типа нуклеотидов (по крайней мере, в эксперименте с данным конкретным ферментом). Вместо этого, цепочки ДНК создавались только тогда, когда в растворе были представлены все четыре различных нуклеотида. Более того, ДНК формировалась только тогда, когда в растворе, помимо трифосфатов, уже присутствовал пример ДНК с длинной цепочкой. (1)
(1) Очоа и Корнберг получили за эти достижения Нобелевскую премию 1959 года в области медицины и физиологии.
Очевидно, в лабораторных пробирках образование двух различных видов нуклеиновой кислоты проходит по-разному. РНК создается путем последовательного пристроения нуклеотидов одного за другим, и строгой необходимости в шаблоне при этом нет. Образцы РНК способствуют лишь тем, что становятся ядрами, к которым могут крепиться новые нуклеотиды, а новые создаваемые цепочки являются копиями образцов, а не их "химическими парами". ДНК же, по всей видимости, даже в лабораторной пробирке размножается с помощью репликации.
Такие различия кажутся вполне правдоподобными, поскольку это именно ДНК, а не РНК, является нуклеиновой кислотой, несущей характеризующие свойства генов и хромосом. Именно ДНК, а не РНК, является реплицирующимся материалов в клетках.
Неверно было бы утверждать, что молекула РНК не может реплицироваться - может. Доказательством тому ряд простейших вирусов, в составе которых имеется только РНК, а ДНК нет вообще. Пример такого вируса - уже упоминавшийся вирус табачной мозаики, первый вирус, который удалось кристаллизовать. Проникнув в клетку листа табака, вирус принимается бурно размножаться внутри клетки, сотнями формируя новые молекулы вируса, каждая их которых содержит молекулу РНК, не похожую ни на одну из молекул РНК, имеющихся в клетке листа, но в точности повторяющую молекулу РНК проникшего в клетку вируса. Эти новые молекулы РНК могли сформироваться только в результате репликации.
Тем не менее, очевидно, что формы жизни, в основе которых лежит репликация РНК, оказались не столь успешными, как те, что используют репликацию ДНК. Кроме простейших вирусов, примеров первых наука не знает; более сложные вирусы, а тем более - клеточные организмы, все имеют в основе своей жизнедеятельности репликацию ДНК.
Однако, тем не менее, РНК, как и ДНК, тоже имеется во всех клетках живых организмов, и свойства РНК у каждого вида живых существ свои. Как же специфические молекулы РНК могут передаваться из поколения в поколение без репликации?
Кажется, ответ заключается в том, что молекулы РНК могут формироваться с использованием в качестве модели молекулы ДНК. Годами биохимики принимали это предположение за наиболее вероятное, но четкие свидетельства в его пользу были получены только в 1960 году. Тогда было обнаружено, что молекулы ДНК могут служить образцами для формирования молекул РНК из рибонуклеотидов, и даже для формирования молекулы РНК, парной для представленной молекулы ДНК. Если в качестве образца представлена ДНК, составленная из однородных нуклеотидов, например, полиокситимидиловая кислота (ТТТТТТ….), то формируется молекула РНК, также состоящая из однородных нуклеотидов. В данном примере это будет полиадениловая кислота (ААААААА….), поскольку парным элементом к тимину является аденин.
Если в качестве образца взята ДНК, имеющая в своем составе и дезокситимидиловую и дезоксиаделиновую кислоты, то будет сформирована РНК, состоящая из парных к ним адениловой и уридиловой кислот. Насколько нам известно, адениловая кислота всегда формирует пару к дезокситимидиловой, а уридиловая - к дезоксиадениловой.
Подобное формирование парной РНК происходит в даже тех случаях, когда в среде имеются и другие нуклеотиды, не являющиеся химическими парами нуклеотидов образца. Иными словами, если в растворе имеются в наличии все четыре нуклеотида, то образец ДНК, составленный только из дезокситимидиловой кислоты, все равно будет выбирать из среды только адениловую кислоту.
Приведенные данные свидетельствуют не только в пользу гипотезы о производстве РНК по ДНК-образцам, но и лишний раз подтверждают правоту модели репликации по Уотсону-Крику в целом.
Соответственно, наш вывод - что ДНК является единственным носителем генетического кода клеточных организмов. Если РНК и несет в себе тот же код, то только потому, что получила его от ДНК.
В таком случае, возникает вопрос - а зачем вообще живым организмам РНК? Если это - просто имитация, то для чего она сохраняется? Давайте рассмотрим этот момент поподробнее.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21
| |
| |
|
|
|
