Теория мутаций

Еш,е до того как была окончательно установлена триплетная природа кодонов, Крик и его сотрудники, остроумно использовав мутации со сдвигом рамки, доказали, что генетический код действительно составлен из нуклеотидных триплетов. Рассмотрим, что произойдет при спаривании двух штаммов бактерий, каждый из которых несет мутацию со сдвигом рамки (например, делецию —1). В результате генетической рекомбинации могут образоваться мутанты, содержаш,ие обе мутации со сдвигом рамки. Однако распознать такие рекомбинанты будет трудно, так как (согласно практически любой теории кодирования) они по-прежнему будут продуцировать полностью дефектные белки. Крику и его сотрудникам удалось, однако, ввести в тот же ген третью мутацию со сдвигом рамки того же типа и наблюдать, что рекомбинанты, несуш,ие все три делеции (или вставки), были способны синтезировать, по крайней мере частично, активные белки. Это объясняется просто. Делеции одного или двух нуклеотидов полностью инактивируют ген, тогда как при делеции трех нуклеотидов, расположенных в пределах одного гена и близко друг от друга, ген укорачивается лишь на три нуклеотида. В гене будет содержаться в этом случае лишь небольшая область с измененными кодонами. Кодируемый белок будет нормальным, за исключением небольшого участка, в котором некоторые из аминокислот будут заменены, а одна будет полностью отсутствовать. Мы уже знаем, что в большинстве белков полностью инвариантна лишь сравнительно небольшая доля аминокислот. Таким образом, очень часто ген, в котором модифицирована небольшая область, может синтезировать функционально активные продукты при условии, что не произошло сдвига рамки считывания. [c.252]

Теория эволюции зиждется.на двух китах изменчивости и отборе. Генетика как будто вскрыла механизм изменчивости — в его основе лежат точечные мутации в ДНК. Но та ли это изменчивость, которая способна объяснить эволюцию Прозорливые умы уже довольно давно поняли, что на такой изменчивости далеко не уедешь. Все новое, что мы узнали в ходе развития молекулярной генетики, подтвердило эти сомнения. [c.76]

Возник еще один вопрос не вызывается ли изменение генотипа самим селективным фактором, оказывающим направленное воздействие на гены Или же мутации происходят независимо от среды и носят ненаправленный характер Теория Ламарка о наследовании приобретенных адаптивных признаков в отношении высших организмов оказалась несостоятельной. Получила признание теория Дарвина, согласно которой новые типы и виды возникают в результате мутаций, не зависящих от среды, с последующим отбором наиболее приспособленных форм. У высших организмов передающиеся потомкам мутации происходят в половых клетках, в значительной мере защищенных от воздействия среды. В отличие от этого бактериальные клетки легко подвержены внешним влияниям. Поэтому можно было представить себе, что воздействие яда, приводящее к появлению в бактериальной популяции устойчивых мутантов, не сводится только к отбору, а определяет также и направленность мутаций. Вопрос о зависимости мутаций от среды и об их направленном характере оставался кардинальной проблемой биологии, и его предстояло решать на бактериях. [c.440]

Простейшая теория видообразования связывает возникновение видов с божественными актами творения. Следующее место по простоте занимает идея о том, что изменения в среде непосредственно вызывают изменения организмов, приводя, таким образом, к возникновению новых видов. Это очень старый взгляд, который нашел особенно полное выражение в начале девятнадцатого столетия в теориях Ламарка. Мы уже указывали (см. стр. 116), что это представление ошибочно и опровергается многочисленными фактами, показывающими, что хотя пластичность организмов по отношению к среде действительно велика, но наследственные изменения и наследственные приспособления возникают только в результате мутаций и рекомбинаций генов. [c.376]

Генетика, кроме того, оказала сильное влияние на развитие теории эволюции, установив, что гены, будучи в общем константными, могут тем не менее изменяться путем мутаций. Изменяя гены, мутации поставляют сырой материал для дальнейших рекомбинаций. Большинство мутаций оказываются вредными или бесполезными, но немногие из них бывают полезными и могут дать существенное преимущество виду в борьбе за существование или послужить для возникновения новых видов. В этом отношении очень важна численность популяций. В очень больших популяциях новым мутациям очень трудно сохраниться, а в очень маленьких популяциях решающую роль в определении генетической конституции популяции играет случай. Наилучшим исходным материалом для возникновения новых видов служат популяции среднего размера, [c.389]

В соотношении (6.72) мы ввели скорость отбора X. Пригодность аллели, как правило, зависит от множества факторов среды, поэтому 5/ есть кумулятивный эффект большого числа малых аддитивных вкладов. Имея в виду центральную предельную теорему, мы можем предположить, что 5/ — гауссовская величина. Используя скорости мутаций v и v , т. е. полагая [c.184]

По мнению автора данной книги, в случае инактивации мелких вирусов и получения определенных хромосомных аберраций путем облучения справедливость теории мишеней достоверна настолько, насколько вообще может быть достоверна научная теория в столь быстро развивающейся области основания для подобного утверждения станут ясными из дальнейшего изложения. Мы используем также эту теорию при анализе экспериментов по убиванию крупных вирусов и бактерий и по получению генных мутаций, считая, что и в этой области ее применение вполне оправдано. [c.59]

Первый класс действий излучений, при изучении которого можно пользоваться теорией мишеней, составляют биологические эффекты, возникающие в результате одиночной ионизации. Таким образом мы интерпретируем инактивацию вирусов (гл. VI), возникновение генных мутаций (гл. V) и бактерицидное действие излучения (гл. 1Х). В отношении механизма радиохимического действия все эти явления объединяются общим признаком, а именно наблюдаемый биологический эффект определяется изменениями в одной единственной молекуле, происходящими в результате ее ионизации. С биологической точки зрения можно считать, что указанные действия излучения носят характер генных мутаций. [c.60]

При рассмотрении теории биологических действий излучения в общем виде удобно пользоваться термином мишень для обозначения участка, в пределах которого должна произойти ионизация, приводящая к таким эффектам, как мутации, бактерицидное действие, инактивация вирусов и т. п. [c.61]

В некоторых приложениях теории мишеней, в частности, при рассмотрении образования летальных мутаций (см. гл. V), мы принимаем, что клетка содержит большое количество сферических мишеней, и используем экспериментальные данные для вычисления числа и размеров этих мишеней. Можно с таким же успехом получить экспериментальное значение 37%-ной дозы для различных излучений на основе допущения об отдельной нитевидной мишени или о небольшом числе нитевидных мишеней. [c.81]

Все три рассмотренных усложняющих фактора действуют в одном направлении и приводят к тому, что размеры мишеней, вычисленные для различных излучений, не совпадают полученные из данных для У Частиц, эти размеры больше, чем вычисленные из данных для у-лучей. Следовательно, если эксперименты по летальным мутациям интерпретированы на основе теории многих мишеней, число мишеней получится слишком большим. Однако известны случаи совпадения размеров мишеней, полученных для а-частиц и у-лучей. Сюда относится случай инактивации малых вирусов, рассмотренный в гл. IV. [c.83]

Из генетических исследований известно, что имеется много генов, способных дать летальные мутации. Если их число определяется, исходя из теории многих мишеней и без усложнений, то получаемые результаты вполне приемлемы с генетической точки зрения. Эти данные не дают никаких указаний на то, что пренебрежение усложняющими факторами приводит к большой переоценке числа мишеней. Все это, следовательно, подтверждает нашу точку зрения, что отказ от учета усложняющих факторов не может привести к значительным ошибкам в результате вычислений. [c.83]

В химии после возникновения первого собственного научного мировоззрения локальными бифуркациями, безусловно, следует считать создание классической теории химического строения, стереохимии углеродных молекул, периодической системы элементов. На структурную организацию биологических знаний существенно повлияло возникновение вирусологии, хромосомной теории наследственности, теории мутаций, классиче- [c.29]

В этот период закономерности наследования признаков изучают на уровне целостного организма и не связывают с какими-ли-бо материальными структурами клетки. Передачу и распространение в поколениях наследственных факторов рассчитывают с помощью буквенных схем и формул. Важнейшее значение для последующего развития генетики имела выдвинутая в это время (1901 — 1903 гг.) голландским ученым Гуго Де-Фризом теория мутаций. Датский генетик В. Иоганнсеи на основе своих опытов по изучению наследования признаков в популяциях и чистых линиях фасоли (1903 г.) разработал и ввел в генетику понятия — геи, генотип, фенотип (1909 г.). [c.6]

Как указывалось в гл. 1, мутационная теория, или, правильнее, теория мутаций, составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия законов Г. Менделя в трудах Г.Де Фриза (1901 — 1903). Еще раньше к представлениям [c.291]

Следовательно, в настоящее время теория мутаций, основанная на обратной транскрипции, дает лучшее объяснение всем существующим данным о соматическом гипермутировании. Предложенный более 10 лет назад, этот механизм не опровергнут ни одним из многочисленных экспериментов, проведенных с тех пор. Он прошел, как сказал бы покойный философ науки сэр Карл Поппер (Popper), суровые испытания . [c.145]

В этих играх нет условий для отбора метаболизма, самовоспроизведения (автокатализа) и мутаций. Эйген предлагает модельную игру в бисерь для пояснения предложенной им теории. [c.543]

В более поздней работе тех же авторов добиологическая и биологическая эволюция посредством саморепродукции и мутаций рассматривается как автоволновой процесс в пространстве фенотипов . Автоволпа движется вследствие усиления посредством точной репродукции и распространения посредством репродукции ошибок, т. е. мутаций. Движение автоволны имеет скачкообразный характер. Теория процесса должна быть стохастической. [c.552]

Нейтральная теория показывает такнге, что мутации, прино сящие малый вред, ведут себя как нейтральпые, если абсолютное значение отрицательного коэффициента отбора [c.559]

Почти до середины XX в. среди бактериологов господствовало мнение, что в отличие от других живых организмов бактерии при неблагоприятных внешних воздействиях выживают не благодаря случайным генетическим изменениям (мутациям), а вследствие того, что именно эти воздействия в большинстве случаев запускают физиологические процессы, которые и позволяют бактериям выжить. Эта теория была опровергнута исследованиями С.Е. Лурия и М. Дельбрюка (Luria S.E., Delbru k М., Geneti s 28 491-511, 1943), которые доказали, что устойчивость Е. соИ к бактериальным вирусам (бактериофагам) обусловлена именно произошедшими в них мутациями, а не реакцией бактерий на воздействие со стороны бактериофага. Эти данные нашли подтверждение в работах других авторов, изучавших последствие других неблагоприятных внешних воздействий. Исследования Лурия—Дельбрюка положили начало современной генетике микроорганизмов. [c.26]

Генетики оказались перед выбором — либо не поверить данным Эвери, либо признать, что веществом наследственности оказался не белок, как принято было считать, а ДНК. Опровергнуть Эвери было трудно — в его работе просто-напросто не к чему было придраться. Но и от устоявшихся представлений о белковой природе гена отказаться ни за что не хотели. Опытам Эвери было дано следующее объяснение ДНК, конечно, никаких генов не содержит и содержать не может. Но она может вызывать мутации, т. е. изменять гены, которые, как им и положено, состоят из белка. Правда, ДНК оказалась весьма необычным мутагеном, вызывающим от опыта к опыту одни и те же мутации, в отличие от обычных мутагенов, которые вызывают мутации случайным образом, ненаправленно. Это не могло не заинтересовать генетиков, уже давно искавших способы направленного изменения наследственности. Так удалось спасти, казалось бы, уже испускавшую дух белковую теорию гена, но при этом генетики и все те, кто занимался проблемой химической (или физической) природы наследственности, вынуждены были, наконец, признать, что на ДНК следует обратить серьезное внимание. [c.18]

Представление о том, что и у микроорганизмов возможны скачкообразные изменения наследственных признаков-мутации,-утверждалось лишь с трудом. До разработки метода чистой культуры многие ученые (Нэгели, Цопф) думали, что у бактерий морфология и физиологические свойства чрезвьиайно изменчивы. Считалось, что большое число бактерий, встречающихся в природе, представляют собой разные стадии жизненного цикла небольшого количества видов (плеоморфизм). Возражая против этого на основании результатов, полученных с помощью усовершенствованных методов и чистых культур, другие ученые выступили в пользу теории мономорфизма, согласно которой бактерии можно различать и классифицировать, исходя из постоянства их морфологических и физиологических признаков. Необходимо было научиться различать и у бактерий генотип и фенотип. Генотипом называют совокупность наследственных задатков клетки ему противопоставляют фенотип-совокупность наблюдаемых признаков. Фенотипическое проявление одного и того же генотипа может быть различным в зависимости от условий среды. [c.439]

Вторым указанием на неправильность этой модели явилось открытие полярных мутантов [49, 50], в которых мутация в гене 2 приводит не только к нарушени ю синтеза Р-галактозидазы, но и к падению скоростей синтеза продуктов генов у и X. Это явление полярности, так же как и данные о различных скоростях синтеза продуктов оперона, объяснили Б. Эймс и Р. Мартин [51, 52] с помощью усовершенствованной теории оперона. Цепь мРНК может присоединять несколько рибосом, образуя полисому, [c.72]

Эволюция видов, содержащих вторичные полезные им метаболиты,— это дальнейшее развитие теории Дарвина. Однако существующая точка зрения противоположна той, которую предложил Хоровиц [213] для эволюции биосинтетических путей первичных метаболитов. Его теория была предложена для объяснения происхождения жизни при наличии ряда уже образовавшихся органических соединений. Большинство веществ, необходимых для роста, примитивные организмы получали из среды, но, когда содержание этих веществ в среде уменьшилось, произошла мутация, позволившая мутантам развиваться в среде, содержащей меньшее число необходимых метаболитов. Затем мутанты должны были заменить исходные штаммы. Например, если запасы фенилаланина исчерпались, то должен был выжить мутант, способный использовать для синтеза фенилаланина фенилиируват, а если запасы последнего тоже оказались исчерпанными, то место этого мутанта должен был занять другой мутант, способный использовать префеновую кислоту. Происхождение сложной цепи биосинтеза необходимых метаболитов можно представить, прослеживая отдельные мутации но этапам в обратном направлении, причем каждый этан — отдельная мутация (например, приобретение способности к образованию одного фермента), дающая мутанту ценную способность к выживанию (Хоровиц [213]). [c.279]

Одной из важнейших проблем химии нуклеиновых оснований является проблема их таутомерии. Так, одна из наиболее общепринятых теорий спонтанного возникновения мутаций основана на возможности существования оснований в различных таутомерных формах. Действительно, можно ожидать, например, что цитозин в аминоформе должен по своей электронной структуре образовывать комплементарную пару с гуанином, тогда как в иминофор-ме — с аденином тимин (урацил) в дикетоформе должен образовывать пару с аденином, а в таутомерной 4-оксиформе — с гуанином. Та же картина должна наблюдаться и для производных оснований. [c.162]

Другая грань конструктивной роли необратимых процессов я резкого различия между порядком и случайностью открывается перед нами, если мы рассмотрим в качестве примера механизм биологической эволюции. Со времен Дарвина принято считать маловероятным, что биосфера является тем статическим, гармонично детерминированным миром, который некогда открылся Кеплеру, созерцавшему звездное небо. Биологические виды и даже предбиологические макромолекулярные соединения [1.11, 12] являются самоорганизующимися системами. Они непрестанно становятся , т. е. пребывают в состоянии возникновения, которое существенно зависит от случайных событий. Случайно и независимо от направления эволюции создается обширный банк наследственных генетических вариаций. Этот банк служит бесценной сырьевой базой для эволюции. Именно в нем эволюция находит благоприятные вариации, частота которых в популяции последовательно возрастает и стабилизуется точными, однозначно определенными законами передачи наследственных признаков. Нетрудно видеть, что отличительная особенность эволюционной теории, заведомо не имевшая аналогов в физических науках в те времена, когда создавалась эволюционная теория, придает случайным событиям необычайно важное значение. Мутации играют роль случайного двигателя прогресса. Однако мутации приводят и к гораздо более важным и далеко идущим последствиям, поскольку именно такие случайные события наугад выбирают один из нескольких возможных путей эволюции. По общепринятому ныне мнению исход эволюции биосферы не определен однозначно. Если бы жизнь на какой-нибудь другой планете развивалась в тех же условиях, в каких происходила эволюция живого на Земле, то мы вполне готовы к тому, что формы жизни могли бы быть совершенно иными (не исключено даже, что в основе их лежала бы совершенно другая химия). По общему мнению при надлежащих условиях возникновение жизни неизбежно. В этом смысле жизнь — явление физическое, материальное, детерминированное. Однако из сказанного отнюдь не следует, что жизнь предсказуема. Наоборот, на более современном яэыке можно было бы сказать, что в процессе развития жизнь непрестанно осуществляет случайный выбор одного из многих (быть может, даже бесконечно многих) возможных сценариев. Предсказать достоверно, какого именно сценария будет [c.15]

То обстоятельство, что в макромолекуле ДНК существуют точки, атакуемые с разной вероятностью, не вызывает удивления. Здесь может сказаться различная плотность расположения водородных связей в зависимости от природы соседних звеньев, а также различная прочность химических связей, вызываемая электронным влиянием я-электронов соседних оснований. Вполне можно себе представить, что определенные сочетания соседних звеньев являются слабыми местами, куда направляется атака химических мутагенов, в частности и тех эндогенных химических веществ, которые производят спонтанные мутации. Существование горячих точек на генетической карте не является привилегией только бактерий и вирусов. Фактически генетика высших организмов давно сталкивалась с этим явлением. Известны необычайно высокие вероятности мутации некоторых генов кукурузы (вероятность спонтанных мутаций достигала 0,1% вместо обычных 10 % на поколение). Известны также многочисленные случаи неустойчивых , легко ревертировавших мутаций с необычайно лржюкой вероятностью реверсии, доходившей до 1 % на поколение, изучение горячих точек и их специфичности к действию му-гёнов дает надежду овладеть в будущем процессом направленного -мутагенеза, т. е. сознательным управлением изменчивостью организмов. При этом сами по себе мутации сохранят характер статистического явления, которое можно рассматривать в принципе лишь с помощью понятий теории вероятностей. [c.409]

Исследование мутантных форм ВТМ позволило проверить применимость кодовых триплетов, найденных для Е. oli, к ВТМ. Витман, Френкель-Конрат, Цугита изучили 18 мутантов ВТМ, полученных под действием нитрита, выделили мутантные белки и нашли в каждом из них замещение одного аминокислотного звена. В результате 13 случаев полностью согласовались с предсказаниями теории относительно изменений кодовых триплетов ири химической реакции. Другие 5 случаев укладываются в схему кода, если принять, что мутации произошли не путем простого дезаминирования, а более сложным замещением. [c.426]

Теория лизогении была подтверждена генетическими экспериментами, т. е. нахождением особого типа мутантов и их локализацией на генетической карте. Область хромосомы X содержит центральный сегмент С, управляющий лизогенизацией вируса и рядом цистронов, являющихся структурными генами, управляющими синтезом белков фага. Способность к лизогенизации полностью утрачивается в результате точечных мутаций С+ Ср. Исследование рекомбинантов показывает, что все эти мутации расположены в маленьком сегменте внутри С. Этот сегмент обозначается символом ira (иммунитет). Локус im и есть ген-регулятор, управляющий синтезом специфического репрессора белков фага. Изучая гетерозиготы, содержащие обе аллели С+ и j, мы убеждаемся в том, что мутант j рецессивен.. [c.500]

Единственное рациональное объяснение фенотипического проявления подобных мутаций — изменение структуры самого репрессора в сторону его усиления, а может быть, увеличение количества репрессора, что обеспечивает особую устойчивость лизогенного состояния. Сам процесс индукции профага является повреждением (будь то ядами или лучистой энергией) синтеза эндогенного репрессора, являющегося причиной лизогении. Возможность дать стройное объяснение явлению лизогении с помощью теории регулирования синтеза белков следует считать большим успехом этой теории и важным аргументом в ее пользу. Вместе с тем ясно, что многие детали здесь еще не изучены и что мы имеем дело скорее с эскизом теории, нежели с завершенной системой. [c.500]

Не будучи знакомым с открытием Менделя, еще ничего не зная о мутациях, Дарвин считал возможным насле-довапие приобретенных признаков. Однако легко видеть, что для его теории это несущественно — важен естественный отбор, а не способ возникновения материала для отбора. Напротив, теория Ламарка целиком основывается на предположении о наследовании приобретенных признаков. Прио бретенным признаком считается признак, возникший у особи после ее поя вления на овет божий в течение ее жизни. [c.260]

Ауэрбах [10] проверяла теорию о том, что поперечная связь между биологически важными молекулами является обязательной предпосылкой мутагенности, теорию, которая более привлекательна для получения точковых мутаций, чем разрывов хромосом. Она не нашла никаких доказательств, подкрепляющих пригодность теории поперечных связей для объяснения разрывов хромосом, обрабатывая дрозофилу окисью этилена или диэпоксибутаном. [c.126]

Однако сейчас можно сказать, что теория мишени в той ее части, где она утверлодает, что микрогеометрическое распределение первичных физических событий при облучении клетки элементарными частицами или квантами высокой энергии обусловливается законами теории вероятности и квантовой физики, сохраняет свое значение. Также верно и другое положение в этой теории, утверждающее, что реакция клетки на облучение (задержка деления, мутация и т. д.) определяется тем, какие элементарные биологические единицы поглощают энергию излучений. [c.3]

Общее представление о теории мишеней дано в гл. II. Эта теория прило-/кима к таким биологическим эффектам, причиной возникновения которых является ионизация, вызываемая излучением в некоторых особых молекулах или структурах или в непосредственной близости от них . Таким образом, образование генной мутации вследствие ионизации молекулы гена или разрыв хромосомы, сопровождающий прохождение через нее ионизирующей частицы, служит примерами действий излучения, к которым приложима теория мыше-е [c.59]

Теория, рассматривающая биологический эффект как следствие одной или нескольких ионизаций внутри отдельной сферической мишени, представляет, по-видимому, вполне приемлемую интерпретацию экспериментов по инактивации малых вирусов. Выводимая из этой теории зависимость инактивирующей дозы от вызываемой излучением плотности ионизации достаточно хорошо совпадает с дашшми опыта. Существует, однако, один класс биологических действий излучений, а именно образование летальных мутаций, который может быть интерпретирован, лишь исходя из представления о множестве мишеней. [c.77]

Кроме общебиологических соображений относительно применимости теории многих мишеней к какому- ли(5о конкретному случаю, прямые сведения могут быть получены из самого радиационного эксперимента. Если попытаться, например, интерпретировать резуль.таты эксперимента по получению летальных мутаций исходя из модели, принятой в теории одиночных мишеней, то размеры мишеней, вычисленные по данным для различных излучений, не будут согласовываться. Размеры мишени, полученные для сильно ионизирующих излучений (а-частиц или нейтронов), больше вычисленных по данным, полученным для слабо ионизирующих излучений (а- или рентгеновы лучи). [c.78]

Количественное изучение действия излуче1шй на вирусы было начато лишь совсем недавно. Однако результаты, наводившие на мысль о применении теории мишени, были получены еще раньше, в особенности при изучении генных мутаций, вызванных облучением, и действия излучений на бактерии. На основании результатов, полученных в этих исследованиях, были вычислены размеры мишеней, однако, поскольку не было других способов определения этих размеров, объяснение оставалось довольно гипотетическим. В случае же многих вирусов размер мишени по крайней мере в первом приближении, по-видимому, идентичен с размером самого вируса, и метод вычисления, предложенный для определения размера мишени на основании дозы инактивашш, приводит к результатам, достаточно хороню согласующимся с результатами определения размеров вирусов другими методами. [c.99]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология