Геном эволюция

Чрезвычайно важным является то обстоятельство, что интегрированная в хромосому конъюгативная плазмида (например, F-фак-тор Е.соН) не теряет способности инициировать конъюгацию клеток и перенос ДНК из донора в реципиент. При этом ДНК плазмиды, составляющая одно целое с хромосомной ДНК, затаскивает в реципиент хромосому бактерии-донора. Между ДНК донора и реципиента может происходить общая рекомбинация, что приводит к обмену гомологичными генами между клетками бактериальной популяции. Этот процесс — бактериальный аналог полового размножения. Наличие механизма обмена генами очень важно для эволюции бактерий, поскольку, как и в случае патового размножения эукариот, нарушает абсолютную сцепленность генов одной хромосомы и позволяет естественному отбору находить благоприятные комбинации уже присутствующих в популяции бактерий аллельных вариантов генов. [c.128]

Обнаружение интронов в большинстве эукариотических генов заставило задуматься о том. как и когда возникли интроны и какова нх роль в эволюции гено.ма. [c.191]

Определение нуклеотидных последовательностей в составе гомологичных генов (например, генов глобинов), кодирующих полипептиды со сходным строением и функцией у одного или разных организмов, показало, что наибольшим изменениям в эволюции подвергались интроны, а не экзоны. В интронах обнаружены встав ки, делеции и другие перестройки, в то время как последователь ности экзонов оказываются значительно более консервативными Изменения в нуклеотидных последовательностях экзонов часто обу словлены лишь отдельными нуклеотидным заменами. Эти наблю дения также можно истолковать в пользу представлений о том, что [c.194]

Первой ступенью в эволюции жизни на Земле была, вероятно, эволюция молекул. В водном растворе содержалось множество мелких молекул, которые беспорядочно образовывались под действием солнечного света, разрядов молний и других источников энергии и обладали способностью катализировать реакции, приводившие к синтезу копий самих себя. По-видимому, этот процесс проходил в две стадии во-первых, под влиянием каталитического действия (как на матрице) шло образование молекулы, комплементарной по структуре первоначальной молекуле, а затем эта вторая молекула служила матрицей для образования новой молекулы, которая была идентична первоначальной молекуле. Тот факт, что такой двухстадийный процесс репликации (или эквивалентный ему одностадийный процесс репликации молекулы, состоящей из двух комплементарных частей) осуществляется в настоящее время нуклеиновыми кислотами при репликации генов, позволяет предположить, что первыми самовоспроизводящимися молекулами на Земле были действительно молекулы нуклеиновой кислоты. Учитывая важную роль, которую белки играют в живых организмах, полагали, что именно они должны были быть первыми самоудваивающимися молекулами, однако существующие в этом отношении данные говорят в пользу нуклеиновых кислот. [c.465]

Среди биологов существует представление, что в будущем человек научится контролировать свои собственные гены и предотвращать возникновение генетических дефектов, обусловленных накоплением вредоносных мутаций. С энтузиазмом думают они о том, что когда-нибудь человеку удастся направить эволюцию в нужное ему русло [267]. Однако некоторые биологи предостерегают от этого, считая, что наши знания еще недостаточны и что попытки избавиться от всех плохих генов в популяции могут привести к непредсказуемым последствиям [268]. [c.295]

Значение IS-элементов для эволюции бактерий связано с тем, что эти элементы при своих перемещениях инактивируют разл. гены или нарушают их нормальную регуляцию. Помимо прямого влияния на экспрессию гена (раз- вития признака, контролируемого данным геном) вследствие транспозиции инсерционной последовательности непосредственно в кодирующую часть гена или его регуляторную зону, эти М. г. э. могут влиять также на транскрипцию (биосинтез информационной РНК на матрице ДНК) окружающих их последовательностей ДНК генома. Это происходит вследствие того, что мн. IS-элементы содержат промоторные (инициирующие транскрипцию) и термина-торные (прекращающие транскрипцию) участки ДНК. Транспозиции IS-элементов могут вызывать слияние двух не [c.79]

Транспозоны вместе с плазмидами и фагами (в к-рые они легко интегрируются) способны осуществлять обмен разл, заключенных в них генов между весьма отдаленными видами бактерий, поэтому они играют чрезвычайно важную роль в эволюции бактерий, включая адаптацию их к лек. в-вам и продуцирования ими новых токсинов. [c.79]

Каким образом увеличивался размер генома клеток при эволюции организмов от низших форм к высшим Изменения формы и поведения организмов обусловлены мутациями, меняющими последовательность аминокислот в белках. Однако такие мутации не могли увеличить количества генетического материала в процессе эволюции. Вполне возможно, что в ряде случаев в клеточное ядро случайно включалась копия одного илн нескольких генов [32а]. Тогда при наличии дополнительной копии гена клетка могла выжить, даже если в результате мутации в одном из парных генов нарушались структура и функция кодируемого им белка если парный ген оставался неповрежденным, организм был способен расти и размножаться. Дополнительный, несущий мутацию ген мог оставаться в нефункционирующем состоянии много поколений. До тех пор, пока этот ген продуцировал безвредные, нефункционирующие белки, он не элиминировался под давлением естественного отбора и со временем мог опять мутировать. Вполне возможно, что в конце концов белок, кодируемый этим многократно мутировавшим геном, оказывался в каком-то отношении полезным для клетки. [c.38]

Рекомбинационные процессы играют также ведущую роль в эволюции строения гено.мов в цело.м. Дело в том, что перестройки генетического материала часто можно объяснить реко.убинацией. между гомологичными последовательностями, оказавшимися в негомологичном положении (роль таких последовательностей могут выполнять, напри.мер, мобильные генетические эле.менты см. гл. V). На рис. 81 (с.ч. с. 126) показан один важный частный случай ошибочной реко.мбинации — неравный кроссинговер. В результате этого процесса генетический материал одной из гомологичных хро.мосом делетн-рует, но в другой хромосоме возникает дупликация. Считается, что такие дупликации играют важную роль в возникновении родственных, но различных генов, поскольку присутствие в геноме лишних копий какого-либо гена позволяет и.м сравнительно свободно из.че-няться, что, в принципе, может привести к возникновению новых функций белка — продукта гена. По всей вероятности, это один из путей возникновения. мультигенных семейств, характерных для геномов высших эукариот и кодирующих белки со сходными, но различными функциями. [c.109]

В последние годы стало очевидным, что изменчивость как эу-, так и прокариотических организмов связана не только с точечными мутациями, хромосомными перестройками или описанными рекомбинационными событиями, но и с подвижными, или мобильными, генетическими элементами — сравнительно автономными сегментами ДНК, способными встраиваться в геном клетки-хозяина и вырезаться из него. К мобильным элементам можно отнести и некоторые вирусы — в этом случае возможно перемещение ие только в пределах генетического материала одной клетки, но и между клетками (см. гл. XIII). У бактерий перенос генетической информации между клетками могут осуществлять не только вирусы, но и плаз.миды, многие из которых могут встраиваться в различные участки генома клетки-хозяина и поэтому тоже могут быть отнесены к мобильны. элемента.м. Плазмиды и мобильные генетические элементы играют существенную роль в эволюции бактерий. [c.110]

Какова функциональная роль плаз.мид и мобильных элементов бактерий Ниже будет расс.мотрена существенная роль этих структур в эволюции бактерий, но эволюционные, т. е. отдаленные, преимущества вряд ли могут объяснить поддержание в бактериальных клетках мобильных элементов и плазмид в тех случаях, когда они не приносят непосредственных селективных выгод. Так, например, если считать, что в клетке поддерживается только функционально необходимый генетический материал, непонятно, почему плазмиды, несущие гены устойчивости к антибиотикам, встречаются не тмько в клинике, где эти антибиотики применяют, но и в других местах обитания, лишенных подобного селективного давления. Совсем непонятно, почему существуют плазмиды, вообще не приносящие никаких непосредственных преимуществ содержащим их клеткам, и 15-эле.менты. [c.122]

Важность обмена генетическим материалом для эволюции прокариот подтверждается тем, что многие бактерии имеют другой механиз.м обмена генами — естественную трансформацию. В ходе этого процесса бактерии активно поглощают ДНК, оказавшуюся в среде. Если поглощенная ДНК гомологична внутриклеточной, то воз.можна рекомбинация между ними. Для того чтобы повысить вероятность попадания в клетку именно гомологичной ДНК, некоторые бактерии амеют систему дискриминации, узнающую определенную последовательность ДНК, часто встречающуюся у этих бактерий, но редко у других, и позвачяющую транспорт в клетку лишь тех. молекул ДНК, которые отмечены такой последовательностью. Проникновение в клетку произвольной ДНК из среды потенциально опасно таки.м путе.м могли бы проникать патогенные агенты, например вирусы. Видимо, поэтому при естественной трансформации в клетку проникает лишь одна линейная цепь ДНК, а вторая в ходе транспорта деградирует. В таком виде ДНК относительно безвредна она рекомбинирует с клеточной ДНК при наличии гомологичных участков, а при отсутствии гомологии, как правило, де- [c.128]

В самых больших субъединицах эукариотических РНК-полимераз обнаружено несколько участков, которые по аминокислотной последовательности у всех трех форм сходны между собой и с -субъединицей РНК-полимеразы Е. oli. В следующих за ними по раз.меру субъединицах эукариотических РНК-поли.мераз обнаружено сходство в аминокислотной последовательности с -субъе-диницей РНК-полимеразы Е. oli. Эти данные свидетельствуют о том, что на заре эволюции эукариот у них имелась одна форма РНК-полимеразы, а разные формы возникли за счет умножения предко-вых генов (общих для про- и эукариот) и последующего расхождения их нуклеотидных последовательностей в результате множества мутаций. [c.136]

Исследование закономерностей процессинга необходимо для выяснения механиз>юв регуляции экспрессии генов. Рассмотрение этапов процессинга и его вариантов у разных организмов затрагивает также ряд других принципиальных проблем. Оказалось, что молекула РНК и в отсутствие белка может выступать как аутокатализатор, осуществляя благодаря конформационной гибкости молекулы сложную и точную собственную перестройку с образованием новых ковалентных связей. Таким образом, полирибонуклеотиды могут функционировать подобно ферментам. Открытие возможности аутокаталитических превращений полирибонуклеотидов показало, что исследование процессинга РНК имеет прямое отношение к вопросу о пребиотических стадиях эволюции макромолекул. [c.163]

В ядрах клеток дрожжей, насекомых, червей содержится в 5—10 раз, а у млекопитающих в несколько сотен раз больше ДНК, чем в клетке Е. соИ. Содержание ДНК в расчете на гаплоидный геном в целом увеличивается с возрастанием сложности организма. У амфибий и растений оно сильно варьирует от вида к виду и может значительно (в 10 раз и более) превышать количество ДНК в клетках млекопитающих. Однако было бы неверным считать, что прогрессивная эволюция, как правило, сопровождается увеличением содержания ДНК в расчете на гаплоидный геном. Известны также случаи, когда достаточно близкие виды содержат количество ДНК, различающееся в несколько раз. Это явление описано как парадокс содержания ДНК (англ. С value paradox), который до сих пор не получил достаточно определенного объяснения. Таким образом, размеры геномов не коррелируют с тем количеством ДНК, которое предназначено для выполнения функции кодирования бе.лков. [c.185]

Было высказано предположение, что экзоны кодируют определенные автономные элементы укладки полипептидной. цепи, представляющие собой функциональные сегменты белковой молекулы, которые сортируются в процессе эволюции. Если процессы такой перетасовки генетического материала, механизмы которых не рассматриваются, идут по районам интронов, то структура экзонов не изменяется и, следовательно, не нарушаются функциональные свойства отдельных белковых доменов. Экзоны могут соответствовать участкам доменов или отдельным белковым доменам, т. е. тем участкам белковой молекулы, которые можно выделить как пространственно делимые структуры, обладающие определенной биологической функцией. Установление раз.меров экзонов во многих генах показало, что главный класс экзонов имеет раз.меры около 140 п. и., что соответствует 40—50 а. о. в молекуле белка. Большая часть белковых доменов, содержащих в среднем 100—130 а. о., складывается из нескольких элементов вторичной структуры ( су-первторичных структурных единиц), кодируемых отдельными экзонами. М-терминальный участок из нескольких гидрофобных аминокислот (сигнальный пептид) секреторных белков, как правило, также кодируется отдельным экзоном. [c.192]

Исследования ряда эволюционно связанных генов, содержащих гомологичные последовательности, позволили сделать заключение, что в эволюции происходили не только утери интронов, но и их приобретения. Механизм этого процесса не ясен- Возможно, вставки интронов происходили на уровне РНК- Если процесс вырезания интрона с помощью реакций трансэтерификации термодинамически обратим (см. гл. 8), то возможно и внедрение линейной молекулы в РНК с помощью реакции, обратной сплайсингу. На образовавшейся РНК как на матрице в результате обратной транскрипции может синтезироваться ДНК-копия, которая затем интегрируется в геном (см. гл. Х[). [c.195]

Гены, кодирующие адаптивные белки, образование которых резко усиливается под влиянием разных факторов среды (повышение температуры, отравление металлами), содержат в составе промоторов дополнительные характерные короткие нуклеотидные последовательности. В ответ на повышение температуры или другие стрессы (например, отравление ядами) вырабатываются особые белки, naiy-чившие название белков теплового шока. Считается, что быстрое накопление таких белков в клетке обеспечивает физиологическую адаптацию к изменившимся условия.м среды. Эти белки чрезвычайно консервативны, они мало менялись в эволюции. Например, белки, имеющие Mr=lQ ООО и образующиеся после теплового шока в клетках . соИ, растений, насекомых и млекопитающих, проявляют большую степень гомологии по аминокислотной последователь- [c.199]

В ней выделяются районы А и Б. Волнистой чертой отмечена после довательность, необходимая для экспрессии разных генов, кодирующих белки, индуцируемые в условиях теплового шока. Гены, к которым присоединяют этот участок промотора, начинают также активно экспрессироваться при тепловом шоке. В промоторных районах А и Б гена теплового шока дрозофилы подчеркнуты повторяющиеся четырехнуклеотидные мотивы T G и GTT . Наличие района Б необходимо для полной экспрессии гена. Элементы А и Б, взаимодействующие с белковыми факторами транскрипции, имеют сходные функциональные свойства и обладают синергическим действием, активируя транскрипцию. Гены теплового шока дрозофилы, введенные в клетки млекопитающих, начинают активно экспрессироваться при повышении температуры. Это говорит о том, что не только сами гены теплового шока, но и регуляторные компоненты этой системы генов достаточно консервативны в эволюции. [c.200]

Геном млекопитающих содержит несколько разных семейств коротких повторов. Короткие повторы у птиц и амфибий изучены значительно хуже. Число копий коротких повторов, например наиболее изученных повторов Alu-семейства у человека, составляет 3-10 , что соответствует 5—6% массы ДНК клетки. Такие повторы рассеяны по геному и получили название вездесущих. Повторы Alu могут находиться в интронах, на 5 -флангах генов и, наконец, в составе З -нетранслируемого участка мРНК- Нуклеотидная последовательность Alu-повтора гомологична последовательности отдельных участков 7S РНК. Структура 7S РНК достаточно консервативна у позвоночных, а гомологии в нуклеотидной последовательности прослеживаются и с 7S РНК насекомых, Поэтому семейства коротких повторов, присутствующие у разных видов, предшественником которых служила 7S РНК, также могут обладать достаточной гомологией. В то же время семейства коротких повторов, как и длинных, характеризуются видоспецифичностью, обусловленной амплификацией той или иной копии клеточных РНК, которые к тому же могли быть по-разному модифицированы в результате процессинга. Локализация ретропозонов, внедрившихся в отдельные сайты генома у предков млекопитающих, может, по крайней мере, частично сохраняться в процессе дальнейшей эволюции. Например, места локализации Alu-подобного семейства в межгенных про.межутках кластера глобиновых генов оказались достаточно сходными у мышей и приматов. [c.226]

Описанные случаи внедрения элемента сопровождаются мутациями с самыми разными фенотипическими проявлениями, обусловленными подавлением образования или, наоборот, гиперпродук-цией белка. Можно наблюдать полную или частичную реверсию мутаций к норме, вызванную вырезанием мобильного эле.мента при сохранении в составе хромодомы только одного ДКП. Перемещение мобильных элементов по геному могут способствовать распространению регуляторных сигналов (сайтов инициации транскрипции, сигналов полиаденилирования или энхансеров). Рать мобильных элементов в эволюции систем регуляции. может быть значительной, если принять во внимание, что геном эукариот кодирует транс-действующие белковые факторы, способные специфически регулировать инициацию транскрипции в районе ДКП. [c.230]

Внедрение М. г. э. в гены приводит к мутациям. М. г. э. способствуют рекомбинационным взаимодействиям неродственных геномов, определяя, т. о., однн из механизмов эволюции живой мате1)ии. [c.341]

ЗАДАЧА . ПОСТРОЕНИЕ КАЛИБРОВОЧНОЙ ШКАЛЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЛШГИВНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРА ЦШРЕДЕЛЕКИЯ ПАР ГЕНОВ ПО СООТНОШЕНИЮ СИНОНИМИЧНЫХ И ЖШОНИМИЧНЫХ МУТАЦИЙ. [c.57]

Оценка режима эволбции реальшх семейств генов с помощью построенной калибровочной шкалы осуществляется путем отнесения режима эволюции семейства к одной из трех ситуаций [c.60]

Каково происхождение гена tox и почему он переносите вирусом Паппенхеймер и Джил высказали предположение что этот ген каким-то образом образовался из гена эукариотической клетки, кодирующего функциональный белок. Этот ген внедрился в вирус и в ходе эволюции трансформировался в ген, детерминирующий синтез белкового токсина. Наличие в клеточном ядре поли (ADP-рибозы) (разд. И, 3) позволяет предложить одну из возможностей появления гена tox. NAD+ служит субстратом при синтезе этого ядерного полимера, а синтетаза катализирует разрыв рибозилникотинамидной связи с образованием новой гликозидной связи между 1-углеродом рибозы и 2-гидроксильной группой аденозина следующей мономерной единицы. Возможно, что именно ген синтетазы в результате модификации трансформировался в ген дифтерийного токсина. [c.306]

Роль МДГ в экспрессии прилежащих к ним генов, в мутагенезе и в общей эволюции эукариотич. генома м. б. весьма значительной. МДГ-подобные элементы могут включаться в геном вирусов, а с ними, вероятно, переноситься между организмами одного или разных видов. [c.80]

Поскольку в составе многих МДГ присутствуют промоторы транскрипции, а также особые последовательно-сти-усилители, обладающие способностью повышать эффективность транскрипции с участием др. промоторов, внедрение МДГ может активно влиять на деятельность всего генного окружения. Возможно, активация определенных генов иногда оказывается полезной для организма. В то же время внедрение радом с протоонкогенами МДГ может вести к онкогенной трансфорлмации клетки. Предполагают, что в опухолевых клетках происходит активация процессов транспозиции нек-рьк типов М.г.э., что ускоряет микро-эволюцию опухолевых клеток и способствует развитию опухолей. [c.80]

Важное достижение М. б.-раскрытие на мол. уровне механизма мутацгш. Главную роль в нем играют выпадения, вставки и перемещения отрезков ДНК, замены пары нуклеотидов в функционально значимых отрезках генома. Определена важная роль мутаций в эволюции организмов (в СССР инициатором исследований мол. основ эволюции бьш А. Н. Белозерский). Раскрыты мол. основы таких генетич. процессов у прокариот (бактерии и синезеленые водоросли) и эукариот (все организмы, за исключением прокариот), как рекомбинация генетическая - обмен участками хромосом, приводящий к появлению бактерий (вирусов) с новым сочетанием генов. Достигнуты значит, успехи в изучении строения клеточного ядра, в т.ч. хромосом эукариот. Усовершенствование методов культивирования и гибридизации животных клеток. способствовало развитию генетики соматич. леток (клеток тела). Была развита идея о репликоне (элементарная генетич. структура, способная к репликации как единое целое), объясняющая важные аспекты регуляции репликации (Ф. Жакоб и С. Бреннер, 1963). Значит, успех М. 6.-первый КИМ. синтез геиа, к-рый осуществил в 1968 X. Корана. Данные о хим. природе и тонком строении генов способотвовали разработке методов их выделения (впервые осуществлено в 1969 Дж. Беквитом). [c.110]

Осн. доля всех М. в природе обусловлена генными М. Они вызывают разнообразные изменения признаков. Большинство из М. вредны для организмов (могут вызывать уродство и даже гибель). Очень редко возникают М., улучшающие св-ва организма. Эти М. дают осн. материал для есгесгв. и искусств, отбора, являясь необходимьпл ус ювием эволюции в природе н селекции полезных форм растений, животных и микроорганизмов. Частота спонтанных мутаций у каждого вида генетически обусловлена и поддерживается на оптим, уровне. [c.155]

Молекула П. (мол. масса ок. 23 тыс.) представляет собой одну полипептидную цепь, построенную из 199 аминокислотных остатков и имеющую три дисульфидные связи. Установлена первичная структура П. человека и нескольких видов животных. Видовые различия в хим. строении П. немногочисленны. N-Концевое положение в полипептидной цепи П. у человека и ряда животных (напр., свинья, кит) занимает остаток лейцина, у др. животных (напр., овца, крупный рогатый скот)-остаток треонина. С-Концевым аминокислотным остатком в молекуле П. независимо от видовой принадлежности является остаток цистеина. Молекула П. обладает довольно устойчивой третичной структурой ок. 50% полипептидной цепи находится в виде а-спирали, По хим. строению, физ.-хим. и биол. св-вам П, сходен с гормоном роста (со.штотропином) и плацентарным. гак-тогеном. Считается, что эти трн регуляторных белка произошли в процессе эволюции в результате дупликации гена [c.99]

Примером результата эволюции, идущей через дупликацию генов, служат белки крови, переносящие кислород. Предполагается, что около миллиарда лет тому назад ген белка-предшественника (глобина) дуплицировался. Далее в результате эволюции один из парных генов превратился в ген, кодирующий гемоглобин, а второй — в ген мышечного миоглобина. Затем ген гемоглобина вновь дуплицировался, что привело к существованию в настоящее время а- и р-цепей этого белка (гл. 4, разд. Г.8). Последние представляют собой родственные, но отчетливо различающиеся белковые субъединицы кодирующие их гены расположены даже в разных хромосомах. [c.38]

Белки плазмы выполняют множество функций. Одна из них, присущая в основном сывороточному альбумину, состоит в поддержании в плазме достаточно высокого осмотического давления, сравнимого с давлением в цитоплазме клеток. Сывороточный альбумин человека состоит из одной цепи, содержащей 584 аминокислотных остатка его мол. вес равен 69 000. В молекуле имеются три повторяющиеся гомологичные области — три домена, каждый из которых содержит шесть дисульфидных мостиков. Можно предположить, что в ходе эволюции ген, детерминирующий этот белок, дважды дуплицировался . Сравнительно низкий молекулярный вес и высокая плотность отрицательных зарядов на поверхности молекулы очень помогают сывороточному альбумину в выполнении его функции, связанной с поддержанием осмотического давления. [c.104]

В связи с развитием генной инженерии, сделавшей доступными антные белки, в последние годы более популярными становятся ючетные методы, основанные на предположении о существовании огии между биологической эволюцией и процессом оптимизации. При М руководящей является идея об эволюции целой структурной попу- [c.245]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология