Реферат: Химические основы мутаций и эволюция - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Химические основы мутаций и эволюция

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 21 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Химические основы мут аций и эволюция . О.В. Мосин Нуклеиновые кислоты являются генетиче ским материалом клеток. Первичная структура молекулы нуклеиновой кисл оты определяется последовательностью нескольк их тысяч нуклеотидов четырех различных типов. Эта последовательность специфична для каждого вида нуклеиновой кислоты и не обна руживает какой-либо правильной периоди чности или других простых закономерностей. Таким обр азом нуклеиновые кислоты со держат большое коли чество информации, накопленной в одно мерной ст атической форме, аналогичной письменным данным цивилизации . Из вышесказанного сле дует, что мутагенные реакции связаны с измене ни ями в последовательности нуклеотидов. Эти изменения могут быть замещением одного или нескольких нуклеотидов другими, удлинением, вычленением, обменом или другими перест ройками в последовательности. В то время как нек оторые изменения явля ются летальными, другие м огут приводить к образованию жиз неспособных мутант ов. При этом простейшее возможное изменение, вызванное заме щением всег о лишь одного нуклеотида другим внутри неизмененной молекулы является часто мутагенным. Это процесс может быть вызван искусственно или самопроизвольно про исходит в природе. Наиболее известной мутацией является пре вращение нуклеотида в один из трех других естественно вс тре чающихся нуклеотидов. Химическая реакция эт ого типа изве стна в рибонуклеиновой кислоте (РН К), где цитозин посредством дезаминирования може т быть превращен в урацил [1] (рис. 1). Рис. 1. Дезамииирование нуклеотидов азотистой ки слотой Можно ожидать закрепления такого изменения при молекуляр ной редупликации. Менее прямой путь по лучения мутаций — из менение нуклеотида в прои зводное, которое не встречается в естественной нукле иновой кислоте, но которое при редуплика ции ведет к включению естестве нного нуклеотида, отличающегося от исходного. Этот тип мутации определя ется механизмом реду пликации. В нем участвуют к ак энзиматические реакции, так и структурные отношения между матрицей и продуктом редупли кации. Относительно связанной с э тим энзиматической специфич ности известно оче нь мало, и поэтому трудно предсказать, какие химические изменения нуклео тидов могли бы тормозить редупли кацию. С другой стороны, структурное отношение между матри цей и продуктом редупликации определено для дезоксирибону клеиновой кислоты (ДНК) в схеме спаривания основа ний по Уотсону и Крику [2] (рис. 2). Следовательно, если редупликация как возможно предсказать, какие из менения будут происходить как таковая не тормоз ится, то иногда возможно предсказать, ка кие изме нения будут происходить как следствие данной реакции, особенно если один нуклеотид замещен близким аналогом дру гого. Например, в ДНК цитозин, превращенный в урац ил посред ством дезаминирования, может вызвать при редупликации вклю чение тимина на его место, а аденин, превращен ный в гипоксантин, может приводить к включению гуани на (см. рис. 2). Рис. 2. Нуклеотидные пары в ДНК, с участием естест венно встречающихся оснований — аденина, гуан ина, цитозина и тимина и продуктов их дезаминиро вания — урацила и гилоксантина (см. рис. 1) Реакции, ведущие к образованию аналогов естест в енных оснований, могут также быть мутагенными, если они не тормозят редупликацию. В этих случаях специф ичность спаривания оснований уменьшается и при редуплика ции в последовательность вносится неопределенность . Депурини зация при кислых значениях рН [4] предст авляет пример такого рода. Мутации могут быть вызваны не только химическим и изменениями нуклеиновой кислоты, но также включением в ДНК нук леотидных аналогов, таких, как 5-бромурацил и 2-аминопурин. Эти аналоги приводят к образованию мутантов всл едствие того, что специфичность редупликации по нижается [4, 5]. Дезаминирование нуклеиновых кислот in vitro также мо жет быть мутагенным [6]. Это яв ление было обнаружено для вируса табачной мозаи ки (ВТМ) и некоторых других систем. Рис. 3. Лист табака через несколько дней после зар ажения вирусом табачной мозаики А — 0,3 x 10-4 г/мл обычного штамма ВТМ. На лист е видно много хлоротических повреждений: Б — 0,7 x .10-6 г/мл обычног о штамма ВТМ, обработанного 1М нитритом натрия в течение 20 мин. при рН 4,2. Кроме хлоро тических повреждений, образуются 6 некротических (указаны стрелками), свидетельствующих о мутациях Вирус табачной мозаики содержит одну молекулу Р НК, образующую единую цепь из 6400 нуклеотидов. Моле кула изолированной РНК обладает инфекционност ью, причем её активность зависит от це лостности молекулы, а не от простра нственной структуры РНК. Поэтому генетические с войства вируса определяются главным образом линейной последовательно стью 6400 нуклеотидов [7]. Инкубация вирусной РНК с азотистой кислотой приводила к дезаминированию гуанина, цитозина и ад е нина, в то время как сама молекула РНК оста ется неповрежденной . Дезаминирование вызывало инактивацию, причем инфек ционность уменьшалась экспоненциально со време нем обработки азотист ой кислотой. Эта кинетическая зависимость перво го порядка показывает, что дезаминирование единичных нуклеотидов прои сходит летально для клетки. Корреляция скорости инактивации со ско ростью химического дезаминирования свидетельству ет, что один из двух отдельных актов дезаминиров ания является летальным. Иследователи пришли к в ыводу, что по крайней мере некото рые из нелеталь ных актов дезаминирования могут приводить к жиз неспособному потомству с измененной нуклеиновой ки слотой и, вследствие этого, измененными генетическими свой ст вами. Образование мутантов в результате дезаминиров ания было показано в экспериментах с местными не кротическими повреждениями на яванском табаке [6]. На этом виде растений обычный штамм ВТМ дает хлоротические повреждения в в иде диффузных пятен на листьях, тогда как некото рые спонтанные мутанты дают некротические повр еждения. При этом случайные спонтанные мутанты или возникающие при заражении этим штаммом дава ли только два-три некротических повреждения на 1000 хлороти ческих. Однако если РНК обработана азоти стой кислотой , то образуется зна чительно больше некротических повреждений (рис. 3). В то время как общее число повреждений уменьшается со временем обра ботки, вследствие инактивации, относительное ко личество некро тических повреждений возрастает линейно до 25%. Абсолютно е количества некротических повреждений, образу емых постоянным количе ством РНК, вначале также возрастает линейно со временем обработки, затем достигает максимума, после чего уменьшается вследст вие инактивирующего действия азотистой кислоты на му танты. Количество некротических повреждений возрастало в 20 раз по сравнению с уровнем их спонтанного образования, то гда как общая инфекционность понижалась при это м в 2,7 раза (до 37%). Кинетика и линейное во зрастание мутантных инфек ций в начале реакции, показывает, что дезаминирование одного единственно го нуклеотида может быть мутагенным. Кроме мутантов, произв одящих некротические повреждения на яванском т абаке, учёными было обнаружено множество других мутан тов, дающих различные симптомы на растениях-хозяевах. Полученные данные свидетельствуют , что дезамин ирован ие любого одного нуклеотида приблизител ьно из 1000 нуклеоти дов приводит к образованию мута нтов, причем 100— 200 из них являются мутантами, вызыв ающими некротиче ские повреждения ткани листа. Осо бый интерес предста вляет изучение действия дезаминирования РНК на структуру вирусного белка. Учёные [12, 13] изучили му танты, обнаруживаемые п о симптомам, продуцируемым на рас тениях-хозяев ах. При среднем количестве около шести дезаминированных групп на молеку лу РНК приблизительно половина му тантов имеет неизмененный белок, а др угая половина обнаруживает отличия в структуре белка. Отличие было огра ничено заме щением одной или в редких случаях дв ух аминокислот. Из этого сделан вывод, что только часть молекулы РНК является генети ческим матер иалом для вирусного белка, в то время как другие у частки имеют функции, заключающиеся в синтезе кл еточных ферментов или ингибиторов. Исследование естественно с уществующих мутантов и штаммов приводит к подоб ным результатам: близкородственные мутан ты мал о отличаются по аминокислотному составу. Некоторые замены аминокислот в молекуле белка (н апример, аспарагина в аланин) наблюдались как дл я спонтанных, так и для индуцированных азоти стой кислотой мутантов. Дальнеродственные штаммы могут отличаться многими аминокислотами [13]. Общепризнано, что б ольшинство мутантов, возникающих из обычног о штамма ВТМ, обладают меньшей жизнеспособностью,, чем сам ВТМ. Штамм, который сравним с ВТМ по жизнеспособн ости, « BTM - dahlemensc » [14], является довольно отдаленным и сильно отличается по структуре белка [13]. Кроме ВТМ, мутаген ное действие азотистой кислоты было изучено для вируса полиомиелита [15], фагов Т2 [16], Т4 [4, 17], лямбда- Х174[37], и бактерий [19]. У фага Т2 образовани е бляшек интактным фагом, обрабо танным азоти стой кислотой, указывало на образование мутаций. Во з растание количества мутан тов со временем обра ботки показывает, что ед иничные акты дезаминирования мута генны. Пос кольку ни один из продуктов дезаминирования не является естественным нуклеотидом ДНК, очевидно, образование аналогов может вызвать мутацию. Согласно схеме ред упликации Уотсона и Крика, дезаминирование гуанина в ксантин не может бы ть мутагенным, в то время как дезаминировани е цитозкна и аденозина может приводить к обр азованию мутантов (см. рис. 1 и 2). Эта концепция была проверена экспериментально учёными [20, 21]. Наблюдались различия в зави сим ости скоростей дезаминирования от рН для трех указанных оснований. Если соотношение скоростей при рН 4,2 и 5,0 для гуанина равно 35, -для аденина и цитозина оно дос тигает. 90. Соотношение скоростей мутаций равн о при этом 90, как для ско ростей дезаминирования аденина и цитозина. Д езаминирование гуанина не мутагенно, в то время к ак дезами нирование цитозина или аденина мо жет приводить к образованию мутантов [20]. Другие исследовате ли [22] открыли, что азотистой кислотой могут вы зываться как прямые, так и обратные мутации. Согласно схеме спаривания оснований, превращение цитозииа в ура цил в одном тяже, ведущее к тимину, может быть обращено превраще нием комплементарного ад енина в гипоксантин в другой цепочки молекулы РНК, -что приведет к гуанину, и наоборот (см. рис. 2). Де заминирование как цитозина, так и аде нина мутагенно. Кроме того, п ервоначальное химическое изменение одного нуклеотида приво дит при редупликации к замещению только одного нукл еотида . Дезаминирование фага лямбда XI 74, содержащего одноцепочеч ную ДНК, мутагенно [17], что доказано появлением на х озяине ряда бляшек. По кинетике это — также реак ция первого порядка. Для трансформирующего начала инактивирующее действие дезаминирования бы ло изучено Замснхофом [23] еще в 1953 г. Му тагенные эффекты были описаны Литманом и Эфрусси-Тейлор [18]. Если исходную ДНК пневмококков обработать азотистой кислотой, то она обнаруживает устойчивость по отнош ению к таким агентам, как аминоптерин. Хотя урове нь трансформации значительно выше, чем в необра ботанных контролях, кинетика оказывается более слож ной, чем простой тип однозамещённой ре акции для БТМ, Т2 и 0X174, и эти результаты в настоящее время не об ъяснены окончательно. Имеется более чем один механизм, посредством которого последовательность нуклеотидов в генетическ ом мате риале определяет биохимические свойств а клетки. Известно, что в то время как некоторые ге ны определяют структуру белков, другие ответств енны за синтез ферментов или ингибиторов, определяющие количества и усл овия синтеза белка [24]. Наиболее основательно изучена структура кодируемых белков. Каждая аминокислота определяется специфической после довательностью нуклеотидов. Эта основная гипотеза кодирова ния подтверждается результатами, полу ченными по изучению мутаций и показывающими, что изменение одного нуклеотида может вести к замещению в белке одной амино кислоты на дру гую. Специфичность такого замещения п родемонст рирована трехбуквенным кодирование м. Каждая аминокислота определяется после довательностью трех нуклеотидов из четырех различных т ипов: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и урацила ( У). При этом воз можно существование 64 таких нукле отидных триплетов (рис. 4). Дезаминирование может вызывать превращение Ц в У и, воз можно, А в Г. Конечно, не все 380 замен между 20 аминокислотами мог ут быть вызваны дезаминированием. Ведь к од может быть «вырожденным», когда несколько триплетов о пределяют одни и те же аминокислоты. В этом случа е может существовать до 96 возможных замен аминок ислот. Если код не вырожденный, то только 20 из всех возможных триплетов оп ределяют по одной аминокислоте каждый, тогда как остальные 44 триплета не име ют смысла, так как пер еходы, дающие в результате эти трипле ты, препятс твовали бы образованию белка. Если выбор 20 три пле тов произведен наугад, то возможно примерно 9 переходов . Рис. 4. Замены, полученные посредством дезаминиро вания, в триплетных кодах А — аденин; Г — гуанин; Ц — цитозин; У — урацил. Стрелки указывают переходы, вы званные дезаминврованием отдельных нуклеотидов, при допущ ении, что дезаминиройа ние дает в результате зам ещение ЦУ и АГ. Характер замен, являющихся результатом изменения отдельных нуклеотидов специфическими мутагенам и специфичен для каждой схемы кодирования . Все вышесказанное ограничивалось мутациями, возникающими вследствие замещения единственно го нуклеотида в генетическом материале. Эти мутации, вызывающие определен ные изменения в первичной структуре белков играют существенную роль в процесс е эволюции. Однако мало вероятно, что только эти мутации отв етственны за эволюцию того великого множества б елков, которое существует в клетке . Трудно себе представить, что крупный функциональ ный белок мог возникнуть в результате отдельных несвязанны х изменений беспорядочной последовательности нуклеотидов. Точно так же трудно себе представить, что беспорядоч ное одновременное изменение многих нуклеотидов в гене могло б ы привести к образованию нового функци онального белка. Современные исследования показали, что это возможно. Сейчас п редставляется вероятным, что изменения, возникающие в р езультате мутаций составляют важные эволюционные процессы на молекулярном уровне. ЛИТЕРАТУРА 1 Н Schuster , G . Schramm . Z. Naturlorsch., 1958, 13b, 697. 2. J. D. Watson, F. H. C. Crick. Nature, 1953, 171, 737. 3. M. J. В e s s m a n, I. R. L e h m a n,. I. A d 1 e r, S. B. Z i m mermann, E. S. Simms, A. Kornberg. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A., 1958, 44, 633. 4. E. Frees e. Brockhaven Sympos. in Biology, 1959, 12, 63. 5 E . Ф p и 3. Труды V Междун ародного биохим. конгресса. М., Изд-во АН СССР, 1962. 6 К - W. Mundry, A. Gierer. Z. Vererbungslehrc, 1958, 89, 614; 7 A. Gierer, К . W. Mundry. Nature, 1958, 182, 1457. 8 A. Gierer. Progr. Biophys., 1960. 10, 300; Nature, 1957, 179, 1297. 9 K. W. Munrdy. Z. Vercrbungslehre, 1957, 89, 614. 10 F. C. Bawd en. Nature, 1959, 184, 27. 11 K. W. Munrdy. Virology, 1959, 9, 722. 12 A Anderer, H. Uh1ig, E. Weber, G. Schramm. Nature, 1960, 186, 922. 13 G. Melchers. Naturwissenschaften, 1942, 30, 48. 14 W. Vielmetter, С . M. W i e d e r. Z. Naturforsch., 1959, 14b, 312. 15 I. T e s s m a n. Virology, 1959, 9, 375. 16 R. M. Liitnran, H. Ё phrussi- Тау 1 о r. Acad. sci., 1959, 249, 838. 17 F. Kaudewltz. Z. Naturforsch., 1959, 14 b, :528. 18 W. Vielmetter, H. Schuster. Z. Naturforsch., I960, 15, 304. 19 H. Schuster. Z. Naturlorsch., I960, 15, 298. 20 S. Zamenhof, H. E. A 1 ex a n d e r, G. L e i d y. J. Exp. Med., 1953, 98. 373. 21 A. B. Parti ее , F. Y асо b, J. M о n о d. J. Molecular Biol., 1959, 1, 165. 22 F.H.C. Crick, J. S. Griffith . Proc. Nat. Acad. Sci., U.S.A., 1957, 43, 416. 23 G. Brannitzer, B. L i e b о 1 d, R. M u 11 e r, Z. phys. Chem ., 1960, 320, 170; см. также Труды V Международного биохим. к онгресса. М., изд-во АН С ССР, 1962. 24 V. M. Ingram. Biochim. et biophys. acta, 1958, 28, 539.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Вернувшийся из командировки муж отодрал жену от Интернета.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru