Отбор нуклеиновые кислоты

О том, как происходил отбор структур, каков его механизм, сказать довольно трудно. Но этот процесс оставил нам своего рода. музей. Подобно тому как из 107 химических элементов только 6 органогенов да 10—15 других элементов отобраны природой, чтобы составить основу биосистем, так же в результате эволюции происходил тщательный отбор и химических соединений. Из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен из 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20 лишь четыре нуклеотида лежат в основе-всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах. [c.196]

Все эти трудности относятся не только к белкам, но и к нуклеиновым кислотам. Таким образом, читатель неизбежно приходит к заключению, что случайной полимеризацией и естественным отбором невозможно объяснить возникновение даже самого примитивного гена. [c.401]

Эти процессы приводят к образованию рацемических смесей. Однако считается, что при спонтанной кристаллизации происходило их разделение. Наиболее вероятно, что такое разделение происходило случайно. Видимо, определяющую роль в разделении оптически активных соединений играли процессы селективного комплексообразования одного определенного стереоизомера с ионами металлов и активными фрагментами минералов, например природных асимметричных кристаллов кварца. В конце концов, стереоселективная полимеризация олефинов на поверхности металлов (катализаторы Циглера—Натта) представляет собой хорошо изученный промышленный процесс получения изотактических полимеров (структур, у которых центр стерической изомерии в каждом мономере имеет одну и ту же конфигурацию). Как известно, связывание ионов металлов весьма важно для многих биохимических процессов. Такое связывание играет существенную роль в поддержании нативной структуры белков и нуклеиновых кислот. Процесс отбора оптических изомеров мог происходить в результате каких-то физических явлений, например взаимодействия с радиоактивными элементами, воздействия радиации или космических лучей. Весьма заманчиво привлечь эти факторы для объяснения асимметричности, проявляющейся в процессе жизнедеятельности. Поясним, что асимметричными называются молекулы, не обладающие зеркальной симметрией (или не имеющие плоскости симметрии). Асимметричные молекулы, обладающие только одним элементом симметрии — осью Сь составляют особую группу асимметричных молекул. [c.536]

Не менее трудно представить, как могла быть отобрана нуклеиновая кислота, способная кодировать активный фермент, до того, как появился сам фермент. Если нуклеиновая кислота ие транслировалась с образованием фермента до тех пор, пока не завершился ее отбор, то как могли ыть отобраны те му- [c.139]

В отличие от технических (искусственных) систем все процессы развития в биологических системах принципиально необратимы, характеризуются определенным направлением от простого к сложному и используют механизм самовоспроизведения для закрепления структур и функций, достигнутых на каждом этапе эволюции. Ранее бьшо выдвинуто предположение, что прогрессивная эволюция организмов строится на некоторых общих принципах полимеризации, т. е. увеличении числа однородных компонентов дифференциации, т. е. разнообразной специализации этих компонентов интеграции, т. е. согласовании и объединении их функций в целостной организации . И далее ...объединение линейной структуры нуклеиновых кислот с белковыми телами и поддержание подвижного равновесия в сравнительно устойчивой системе означало, очевидно, возникновение нового качества — возможности самовоспроизведения как основы жизненных процессов. Только таким путем всегда создавалось множество сходных индивидуальностей, послуживших материалом для отбора быстрее нарастающих, более устойчивых систем с более точным механизмом самовоспроизведения. Это и лежит в основе возникновения и эволюции живых существ. Вместе с тем уже в самых элементарных жизненных процессах проявляется и наличие ре- [c.9]

Представим себе первичную полинуклеотидную эволюционную систему. В среде спонтанно, в результате флуктуаций, возникают разные последовательности нуклеотидов в небольших полимерных цепях — образуются низкомолекулярные нуклеиновые кислоты со случайной последовательностью мономеров. По этим возникающим в результате флуктуаций затравкам идет кристаллизация (матричное воспроизведение, размножение), на что расходуются мономеры из среды. В конкуренции за пищу —мономерный материал для полимеризации — происходит естественный отбор определенных последовательностей нуклеотидов по признаку наибольшей скорости матричного синтеза. [c.48]

Наличие даже слабой корреляции между последовательностями нуклеотидов и аминокислот в синтезируемой на полинуклеотидной матрице полипептидной цепи позволяет продолжиться естественному отбору. В конкуренции за пищу и пространство будут побеждать такие полинуклеотидные последовательности, на которых синтезируются полипептиды, способствующие более быстрому размножению матриц своего вида. Критерием отбора на этом этапе служит каталитическое совершенство образующихся белков-ферментов, которое в свою очередь зависит от степени совершенства перевода последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Таким образом, необходимость совершенствования каталитических свойств белков-ферментов, вызванная давлением естественного отбора, обусловливает направление эволюции в сторону совершенствования механизма перевода нуклеотидного языка на аминокислотный. Предел совершенства этого механизма — полная детерминированность последовательности всех аминокислот, необходимых для полноценного функционирования белков, последовательностью нуклеотидов в матрице — нуклеиновой кислоте. Мы приходим, следовательно, к необходимости кодирования примерно 20 аминокислот четырьмя нуклеотидами, т. е. к механизму,. [c.54]

В мою задачу не входит детальное описание биохимических механизмов синтеза белка в ныне живущих организмах. Это прекрасно сделано в ряде оригинальных книг. Мне важно подчеркнуть физико-химическую детерминированность эволюционного возникновения связи, корреляции синтезов полинуклеотидов и полипептидов, а также основных механизмов этих синтезов. Естественный отбор в планетных условиях рано или поздно с неизбежностью должен привести к формированию предельно совершенного механизма синтеза белка и нуклеиновых кислот, аналогичного механизму, работающему в системе рибосома — ферменты. [c.55]

Тем более важно выяснить, не могут ли полипептиды вступать на путь естественного отбора независимо от нуклеиновых кислот. [c.56]

В этом введении мы смогли осветить лишь основа ные положения теории Эйгена на простых примерах. В реальных моделях необходимо учитывать своего рода разделение труда между нуклеиновыми кислотами и белками [194]. Теория этих процессов сейчас находится в стадии интенсивной разработки. Однако даже простейшие модели указывают на особенности дарвиновского процесса отбора. Эйген охарактеризовал отличия процесса отбора от нормальных физических и химических процессов следующими словами [c.224]

Довольно привлекательной в настоящее время является низкотемпературная концепция происхождения жизни [18]. Во всех экспериментах, основанных на этой модели, из метана, аммиака и воды, минуя стадию мономеров, образовывались соединения полипептидного типа с высоким выходом аминокислот при последующем их гидролизе (более 30%), а также свободные и связанные порфирины, полисахариды и вещества липидной природы. Характерно, что в этих условиях могли образовываться лишь азотистые основания, но не нуклеиновые кислоты. Важная роль в происхождении упорядоченности, как и в работах других авторов [2, 4, 8], придается в этой модели процессам самосборки и возникновению структур типа мембран. Однако и данная модель не дает ответа на вопрос о критериях отбора макромолекул, обеспечивающих их совершенствование н возрастание упорядоченности. [c.20]

Генетическая инженерия открыла новые возможности перед учеными и биотехнологами в знвчительной мере в результате применения селекционных методов, т.е. отбора клонов микроорганизмов с определенными свойствами. Появление метода амплификации нуклеиновых кислот в последнее время привело к рождению подходов, основанных на селекции нуклеиновых кислот in vitro, i.e. на молекулярном уровне (молекулярная селекция нуклеиновых кислот). Действительно, если имеется способ среди множества нуклеиновых кислот отобрать такие, которые обладают определенными свойствами, то далее возможно размножить такие нуклеиновые кислоты с помощью амплификации (см. 7.5) и далее, если требуется, повторить селекцию еще один или несколько раз. Таким образом, все, что требуется для отбора нуклеиновых кислот с заданными свойствами, — это иметь исходный материеш для селекции и способ его отделения от остальной массы материала. [c.306]

Эти процессы приводят к образованию рацемических смесей. Однако считается, что при спонтанной кристаллизации происходило разделение смесн. Наиболее вероятно, что разделение проходило случайным образом. Видимо, определяющую роль в разделении оптически активных соединений путем селективного комплексоебразования одного определенного стереоизомера играли минералы, как, например, природные асимметричные кристаллы кварца, и ионы металлов. В конце К01Щ0В, стереоселективная полимеризация олефинов на поверхности металлов (катализаторы Циглера — Натта) представляет собой хорощо изученный промышленный процесс для получения изотактических полимеров. Известно также, что связывание ионов металлов весьма важно для многих биохимических превращений. Такое связывание существенно для поддержания нативной структуры нуклеиновых кислот и многих белков и ферментов. Процесс отбора оптических изомеров мог происходить вследствие других физических явлений, например взаимодействие с радиоактивными элементами, радиация или космические лучи. Недавно проведенные эксперименты с стронцием-90 показывают, что D-ти-роэин быстрее разрушается, чем природный L-изомер. Весьма заманчиво привлечь эти факторы для объяснения происхождения диссимметричности в процессах жизнедеятельности. [c.186]

Для отбора и эволюции необходима система, обладающая ав-токаталитическими свойствами, которая не может состоять только из белков или только из нуклеиновых кислот. По Эйгену, кроме каталитических механизмов самоорганизующаяся система должна иметь обратные связи, причем состояние ее не должно быть равновесным. На важность неравновесности указывали и другие авторы . [c.383]

Анализ вопроса этот автор начинает с рассмотрения возможных путей образования высокомолекулярных последовательностей — носителей информации . Роль последовательностей могут выполнять, например, остатки аминокислот, соединенные в полипептидные цепи. И белки и нуклеиновые кислоты — носители кода самоорганизация и эволюция должна начаться на уровне са-мовоспроизводящегося кода. Обсуждая вопрос о процессах сборки и распада поли.меров, протекающих в ящике конечного объема, через стенки которого могут втекать и вытекать мономерные единицы (высоко- и низкоэнергетические), Эйген приходит к выводу, что при oт yт твии самоинструктирования ожидаемое значение числа цепей с любой данной последовательностью практически равно нулю. Необходимо придать динамические свойства носителям информации , а в теории отбора должен фигурировать параметр, выражающий селективное преимущество через молекулярные свойства. [c.383]

Принцип метода иллюстрирует рис. 148. Фрагмент ДНК, по которому ведется отбор, например содержащий определенный ген, встраивают и размножают в плазмиде. Очищенные плазмиды дробят ультразвуком или линеаризируют действием рестриктаз, а затем меркурируют, как описано выше. Фрагментированные ДНК или РНК, из которых надлежит отобрать комплементарные участки, гибридизуют с ДНК меркурированных плазмид в условиях, когда последняя находится в избытке. Гибридные молекулы (вместе с молекулами ренатурпрованной плазмидной ДНК) вносят на колонку SH-сефарозы. При этом нити плазмидной ДНК через атомы ртути ковалентно связываются с сорбентом (на рис. 148 для ясности он изображен в виде ааштрихованных полосок у стенок колонки, тогда как в действительности он заполняет весь ее объем). Промывка колонки удаляет из нее не вошедшие в состав гибридов, т. е. пе комплементарные к плазмидной ДНК фрагменты нуклеиновых кислот. Затем следует элюция 97 %-ным формамидом нри повышенной темнературе. Двунитевые структуры диссоциируют, и очищенные комплементарные участки ДНК или РНК, не будучи связанными с матрицей, выходят из колонки. Остающуюся в колонке меркурированную плазмидную ДНК можно снять, как обычно, элюцией -меркаито-этанолом. [c.438]

Имеется несколько обзоров по синтезу нуклеозидов, и потому в целом будет дано мало отсылок на оригинальную литературу. В этой области преобладают работы отдельных групп исследователей и можно надеяться, что эти обзоры и несколько ссылок на ключевые работы этих групп помогут читателю не только ознакомиться с ситуацией на момент написания данного раздела, но также и следить за дальнейшими достижениями. Из общих монографий отметим книгу, написанную Микельсоном и опубликованную в 1962 г. [3] в ней исчерпывающе обобщены данные на тот период времени. Более поздний обзор, сделанный Гудманом [46], охватывает литературу до конца 1971 г. Существует также лабораторное руководство, озаглавленное Синтетические методики в химии нуклеиновых кислот , но оно содержит довольно неполный и, вероятно, случайный набор синтезов нуклеозидов, запрошенный у специалистов, работающих в этой области, с минимальной или вообще отсутствующей системой отбора. В итоге это руководство содержит методики получения необычных аналогов наряду с некоторыми очень полезными и имеющими гораздо более общее значение синтетическими процедурами [12]. [c.77]

Химическая структура нуклеиновых кислот будет описана в 2.3. Здесь же уместно кратко описать основные принципы, заложенные в структуре молекулы ДНК, которые обеспечивают возможность самокопирования ДНК независимо от нуклеотидной последовательности. При делении клетки информацию, заложенную в молекулах ДНК этой клетки в виде определенной последовательности нуклеотидов, необходимо передать двум вновь образованным дочерним клеткам. Поэтому из одной молекулы ДНК перед клеточным делением должно образоваться две с той же нуклеотидной последовательностью. В живых организмах ДНК в период между ее удвоением всегда существует в виде двух связанных друг с другом полинуклеотидных цепей (нитей). Связь эта осуществляется в результате того, что каждый из четырех составляющи. ДНК типов нуклеотидов резко предпочтительно взаимодействует с одним из тре.ч остальных. Поэтому нуклеотидные последовательности этих нитей взаимно однозначно соответствуют друг другу, или, как принято говорить, комплементарны друг другу. Следовательно, каждая цепь содержит информацию о комплементарной нуклеотидной последовательности другой цепи. Будучи разделенными, цепи со.чраняют необходимую информацию для построения из нуклеотидов новы.к комплементарны. цепей и, таким образом, осуществляют воспроизведение информации, заложенной в двуспиральной структуре. Процесс самоудвоения ДНК, т.е. образования двух новых двуни-тиевых молекул ДНК, идентичных первоначальной молекуле, называют репликацией ДНК. Химические события, лежащие в процессе репликации, состоят в последовательном присоединении нуклеотидов друг к другу. Этот процесс в живых организмах осуществляет специальный фермент — ДНК-полимераза. Изучение свойств и механизмов функционирования этого фермента в клетке показало, что он работает только в присутствии материнской двуспиральной ДНК. Цепи материнской ДНК направляют образование новых комплементарных цепей, т.е. на каждой стадии роста новой цепи осуществляют отбор одного из четырех мономеров и присоединения его к растущей цепи. [c.18]

Строение нуклеиновых кислот, их биосинтез и биологическая роль составляют предмет особой науки — молекулярной биологии. Родивщись в недрах химии природных соединений и биохимии, она быстро оформилась в самостоятельную научную дисциплину. Это связано с исключительной важностью нуклеиновых кислот для земной жизни. Они играют ключевую роль в таких фундаментальных процессах, как хранение и воспроизводство биологической информации и ее наследование, деление клеток, биосинтез белка. Здесь, однако, нет возможности углубляться в проблемы молекулярной биологии. Для химии природных соединений существенно то, что важная роль нуклеозидов и нуклеотидов в биохимии живых организмов использована естественным отбором для создания антибиотиков и других биологически активных соединений, действующих по принципу антиметаболитов (см. разд. 6.2). Своим химическим строением молекулы этих веществ лищь незначительно отличаются от нуклеозидов. По этой причине ферменты нуклеинового обмена обманываются , принимая их за истинные субстраты. Резуль- [c.581]

Беспорядочные синтетические процессы, в которых принимали участие метан, аммиак и вода (наиболее древние молекулы Земли), по-видимому, явились причиной образования органических соединений на ранних стадиях существования Земли. Из массы разнообразных органических соединений в результате отбора , оиреде-лявнлегося их термодинамической стабильностью и другими важными свойствами (например, энергией молекулярных орбиталей, основностью атомов азота гетероциклических ядер и аминогрупп), накапливались биомолекулы (аминокислоты, пурины, пирамиди-ны, порфирины), затем биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты), взаимодействие которых создало на Земле в течение первых полутора миллиардов лет ее существования уникальное свойство материи — жизнь. [c.6]

Отбор пробы представляет собой определенные проблемы при работе с неоднородными твердыми образцами. С определенными трудностями связан отбор проб биологических и сельскохозяйственных продуктов. Для получения представительной пробы мочи ее следует собирать в течение 24 ч. Привходящие обстоятельства, такие, как прием лекарств и изменение диеты, могут повлиять на состав отбираемой пробы. Хранение пробы может также привести к ошибкам, связанным с потерями за счет улетучивания либо взаимодействия с воздухом и влагой. Так, ненасыщенные жирные кислоты быстро разрушаются кислородом. Предварительная подготовка пробы необходима при анализе многих биологических продуктов, таких, как протеины и нуклеиновые кислоты. Реакции должны быть количественными и при этом должно быть исключено попадание в анализируемую смесь веществ, которые мешали бы определению либо могли бы быть спутаны с определяемыми компоцен-тами смеси. [c.175]

При отборе статей для перевода мы были очень ограпичепы объемом и поэтому необходимо было выбрать какую-то вполне определенную часть, которая имела бы некоторую законченность и представляла бы достаточно полный п разносторонний набор методических приемов, необходимых при изучении именно данного направления в области нуклеиновых кислот. Мы выбрали в основном все те методы, которые касаются анализа первичной структуры и макромолекулярной организации нуклоииовых кислот. Нам казалось, что в настоящее время это наиравление особенно важно и интересно, тем более что по другим аспектам изучеиия этой группы соединений в отечественной литературе имеется достаточно материала. Насколько в этом отношении мы оказались правы — предоставляем судить читателям. [c.5]

Другой эффективный метод контроля заключается в отборе проб по ходу разрушения и их центрифугировании в таком временном и скоростном режиме, который достаточен для осаждения интактных клеток. Надосадочную жидкость проверяют затем на содержание белка и других поглощаюших в ультрафиолете веществ (т. е. нуклеиновых кислот) или специфических цитоплазматических ферментов таким образом определяют степень выхода этих компонентов из подвергаемых разрушению клеток. [c.140]

Эволюцию от атомов и молекул к простым, а затем и сложным соединениям и далее к еще более сложным, способным к самовоспроизведению, называют химической эволюцией, чтобы отличать ее от эволюции организмов, называемой органической эволюцией. Различие между этими двумя типами эволюции обусловлено основным свойством живой материи — ее способностью к самовоспроизведению. На последовательных стадиях, приведших к возникновению жизни, происходило образование все более и более сложных веществ во все больших количествах по мере связывания все больших количеств солнечной энергии и увеличения числа химических веществ, способных вступать в реакции друг с другом. Эти вещества обладали также способностью к росту, сходному с ростом кристалла, и могли случайным образом распадаться на части. Однако подобный процесс еще нельзя считать размножением. В тот момент, когда такое вещество —по всей вероятности, нуклеиновая кислота, сходная с ДНК, содержащейся в хромосомах современных растений и животных, или идентичная ей, — обрело способность к самоудвоению, оно смогло начать образовывать все новые и новые количества подобного себе вещества за счет других, возможно, более простых соединений. Иными словами, оно могло расти и репродуцироваться. Если два химических вещества или два штамма одного и того же вещества обладают одинаковыми свойствами, то из них, которое продуцирует большее число выживающих потомков , станет более обильным. В этом состоит сущность процесса, называемого естественным отбором и присущего исключительно органической эволюции. [c.14]

До сих пор мы рассматривали три основных компонента тео рии эволюции. Сначала мы обсуждали генетическую изменчивость,, поставляющую сырье для зволюции. Существование генетической изменчивости обусловлено в конечном счете физическими и химическими свойствами тех веществ, из которых, состоят организмы, в частности свойствами нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белков. Эти вещества, образующие гены и хромосомы, обеспечивают преемственность генетической информации из поколения в поколение. В то же время характер деления хромосом делает возможным возникновение ошибок при дупликации, называемых мутациями, а также перераспределение генов, в результате чего синтез генетической информации происходит по-новому. Второй компонент эволюции — это отбор. Ввиду того что на свет рождается слишком много особей по сравнению с имеющимися запасами пищи, отбор будет благоприятствовать тем особям, которые способны использовать ресурсы наиболее эффективным образом и оставляют в результате этого наибольшее число потомков. Третий компонент обусловлен разнообразием среды, благодаря которому в данной области может происходить отбор организмов более чем одного типа. Но помимо этих трех компонентов существует еще четвертый — время, на фоне которого разыгрывается взаимодействие между генетической изменчивостью, отбором и изменчивой средой. В каждый данный момент на поверхности земного шара существует множество различных сред. При наличии достаточного времени в каждом данном месте различные среды последовательно сменяют одна другую. Эти непрерывные изменения среды в пространстве и во времени придают ей пестроту, позволяющую сравнивать ее с лоскутным одеялом. Организмы, существующие в каждой ее точке, отражают в своей генетической конституции и морфологических особенностях адаптированность к имеющимся в данный момент условиям, а также к условиям, в которых жили их непосредственные предки и, в меньшей степени, предки более далекие. Поэтому, для того чтобы получить истинное представление об эволюции, следует уделить должное внимание этому четвертому ее измерению. [c.444]

Затем Эйген дает очень интересный анализ возможности эволюционного совершенствования, основанного на комплементарном узнавании только нуклеиновых кислот, и повторяет его для чисто белковых каталитических систем. Он приходит к выводу, что ни нуклеиновые кислоты, ни белки-ферменты не обеспечивают осуществления естественного отбора. Эйген рассматривает также систему, образованную нуклеиновыми кислотами и белками, в которой сочетается комплементарное инструктирование (матричное конвариантное воспроизведение в нашей терминологии) с каталитической связью. Эта система — само-воспроизводящийся гиперцикл — может эволюционировать, [c.40]

В работе [38] рассмотрены возможные физико-химические механизмы, при омощи которых матричные ферменты — полимеразы могут влиять на степень очности матричных синтезов и, следовательно, регулировать ее. В частности редполагается, что ферменты синтеза и репарации нуклеиновых кислот содер ат узнающий участок , определяющий правильность комплементного спаря ания (в результате образования дополнительных водородных связей) по ин вариантным для комплементарных пар атомам N = 3 пуринов и 0 = 2 пиримн динов. Такой узнающий участок (центр) фермента играет роль дополнитель ной белково-нуклеиновой матрицы, способной усиливать отбор правильных и выбраковывать неправильные пары. [c.53]

В соответствии с данным нами выше определением, одной из принципиальных особенностей надмолекулярных биоструктур является их упорядоченность. Если вопрос о моделировании этапа возникновения неупорядоченных полимеров так или иначе поддается экспериментальной разработке [4, 6, 8, 20], то проблема возникновения упорядоченности в процессе предбиологической эволюции все еще остается открытой. Важное значение придавал этой проблеме А. И. Опарин [8 . Дж. Бернал полагал, что вопрос о развитии упорядоченности структуры первых полимеров — нуклеиновых кислот и белков является одной из ключевых проблем биопоэза, а может быть и вообще главной проблемой [2] . Этот процесс, по его мнению, мог осуществляться двумя путями либо сначала образуются случайные последовательности, а затем среди них происходит отбор на ре- [c.18]

Синтетический характер этой новой науки, взрывообразное ее развитие делают необычайно сложной задачу создания учебных пособий в то же время в них ощущается крайне острая потребность. Вышедшие в последние годы отечественные и переводные книги такого рода (Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. — М. Наука, 1975 Волькен-штейн М.В. Биофизика. — М. Наука, 1981 Фрайфельдер Д. Физическая биохимия. Пер. с англ. — М. Мир, 1980 Маршелл Э. Биофизическая химия. Пер. с англ. — М. Мир, 1981, и другие) лишь частично решали проблему. Предлагаемый вниманию читателей трехтомник является, на наш взгляд, наиболее удачной попыткой создания последовательного курса в данной области. Его авторы, Ч.Кантор и П.Шиммел, — известные американские ученые, занимающиеся вопросами строения и функционирования комплексов белков и нуклеиновых кислот. В течение многих лет они читают лекции по молекулярной биологии и биофизике в крупнейших высших учебных заведениях США — первый в Колумбийском университете, второй в Массачусетском технологическом институте. В результате огромной работы по отбору, систематизации, упорядочению материала авторам удалось создать законченный и очень полезный курс биофизической химии. [c.5]

ЛЮЦИЯ. Примитивные организмы должны были содержать значительно меньше различных белков или нуклеиновых кислот, чем современные. Простейшим ответом на всякое новое давление отбора была бы душтикация генов с последующей небольшой модификацией одного из дочерних генов, приводяшей к новой функции. Действительно, первичная структура или более высокие уровни структурной организации могут использоваться для того, чтобы проследить пути эволюции организмов, подобно тому как для этого используются строение костей или другие анатомические особенности. Другое, более спекулятивное объяснение некоторых структурных гомологий, наблюдаемых у биополимеров, связано с конвергентной эволюцией. Считают, что некоторые биологические структуры являются столь оптимальными для решения данной функциональной задачи, что молекулы, исходно удаленные от этого оптимума, будут со временем приближаться к нему в ответ на давление отбора. Трудно доказать, что конвергентная эволюция внесла важный вклад в структурную картину, наблюдаемую сегодня, но также трудно полностью исключить такую возможность. [c.29]

Какие особенности третичной структуры необходимы для выполнения данной функции и какие не важны для нее (если такие есть) Вообще говоря, для функционирования большинство белков и нуклеиновых кислот должны иметь интактную третичную структуру. Сравнивая структуру нативных и денатурированных форм, иногда можно выделить те черты третичной структуры, которые необходимы для биологической активности. В случае полифункциональной молекулы часто удается выявить участки, играющие разную функциональную роль, применяя разделение ее на части путем последовательного разрыва связей. Биологи считают, что биологическую роль играет вся первичная структура. Это предположение можно считать достаточно обоснованным, в противном случае трудно было бы понять, почему в ходе эволюционного отбора несущественные части не были элиминированы и не прекратился их синтез. Биологическая роль некоторых участков молекулы может проявляться лишь косвенным путем. Например, некоторые из них могут оказаться необходимыми для того, чтобы облегчить соответствующую укладку остальных частей. In vitro, однако, удаление определенных участков макромолекулы иногда не приводит к нарушению ее функций. Это, вероятно, означает, что мы до сих пор не понимаем всех тонкостей поведения этой макромолекулы или тех факторов, которые in vivo регулируют ее синтез, активность и распад. [c.33]

Пример, который мы только что подробно рассмотрели, показывает, что эксперименты по тритиевому обмену в принципе являются достаточно информативными. Однако при исследовании более сложных систем разграничить разные кинетические процессы становится труднее. Еше большие трудности возникают при идентификации этих процессов. Ранние исследования на тРНК показали, что в этой молекуле происходит значительно более медленный обмен протонов, чем тот, который можно объяснить наличием водородных связей. В то время казалось, что сушествование столь низких скоростей связано с особенностями третичной структуры этой молекулы. Теперь, после всестороннего изучения процессов обмена в ДНК, детальный анализ данных для тРНК представляется слишком сложной задачей. Таким образом, основная проблема состоит в том, что при наблюдении лишь за обшей скоростью обмена теряется большая часть информации. Нужны методы, которые позволили бы независимо следить за обменом отдельных протонов или по крайней мере определенных групп протонов. Такую возможность дает использование метода ЯМР, который обладает достаточно высоким разрешением, чтобы можно было выполнить это требование. Следует иметь в виду, однако, что расшифровка спектров ЯМР представляет серьезную проблему. Примеры применения этого метода были приведены выше, когда мы рассматривали спектры ЯМР не способных к обмену протонов одиночных цепей. Другой подход состоит в прямом проведении химического обмена, отборе молекул, в которых произошло частичное замещение, и анализе локализации отдельных обменивающихся остатков путем фрагментации молекулы нуклеиновой кислоты и выявления локализации атомов трития в каждой точке последовательности. Такая процедура является довольно громоздкой, но затрачиваемые усилия вознаграждаются тем, что удается получить много ценной информации. [c.300]

Идеи С. Спигельмана оказались исключительно продуктивными для последующего развития молекулярной биологии и легли в основу одного из ключевых подходов к получению новых белков и ферментов с использованием методов направленной эволюции макромолекул. Однако, в отличие от обсуждавшихся выше классических опытов, разнообразие последовательностей нуклеиновых кислот, которые кодируют белки, эволюционирующие in vitro в такой системе, возникает не спонтанно, а создается исследователем с помощью случайного мутагенеза перед каждым новым раундом отбора белков с требуемыми свойствами. Поэтому эксперименты по направленной эволюции белков начинаются с формирования комбинаторных клонотек случайных последовательностей, которые охватывают определенную часть исследуемого пространства последовательностей. [c.321]

Чтобы не путать с предыдущим разделом, этот раздел, в котором описано то, что обычно понимается под названием аф- финная хроматография , озаглавлен Аффинная адсорбционная хроматография . В этом случае биоспецифический отбор происходит на стадии адсорбции, так как выделяемый белок обладает специфическим сродством к адсорбенту благодаря его способности связывать лиганд (рис. 4.32). Нет четкого разделения между действительно специфическими аффинными адсорбентами, которые кроме белков, имеющих центры связывания для иммобилизованного лиганда, связывают мало других белков, и адсорбентами общего типа, которые хотя и проявляют специфичность к определенным классам белков, связывают также и многие другие. Описание адсорбентов второго типа можно начать сокращенных адсорбентов, обладающих значительной избирательностью к ферментам, имеющим нуклеотидсвязывающие центры, а затем перейти к таким адсорбентам, как фосфоцеллюлоза, которая, будучи в основном ионообменником, часто используется в качестве псевдоаффинного носителя для белков, связывающих нуклеиновые кислоты [70], и ферментов, взаимодействующих с фосфорилированными сахарами [62, 63]. Хотя [c.146]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология