Репликация и рекомбинация хромосом

Как показано на рнс. 15-22, хромосома обычно подразделяется на четыре оперона короткий — продуцирующий репрессор, ранний левый, ранний правый и поздний ). Ранние опероны детерминируют в основном синтез ферментов, обеспечивающих репликацию и рекомбинацию, а также синтез регуляторных белков. Поздний оперон связан с синтезом белков, необходимых для организации вирусных частиц он должен транскрибироваться с более высокой скоростью, которая обеспечивается Продуктом гена Q. В пределах позднего оперона гены от А до F участвуют в упаковке ДНК фага Айв образовании головок, тогда как гены от 2 до / обеспечивают синтез и сборку отростков. Гены S -а. R продуцируют белки, вызывающие разрушение мембраны бактерии-хозяина и лизис клетки. На последних стадиях фазы литического развития большая часть ранних генов выключается другим репрессором фага X (кодируемым геном его). Из сказанного видно, что регуляция транскрипции даже у вирусов может представлять собой достаточно сложный процесс. [c.261]

Одно из наиболее поразительных свойств живых существ — это высокая степень мутабильности генов. Вредные мутации уносят многие человеческие жизни в раннем возрасте. Считают, что очень высокая частота заболеваний раком у людей старшего возраста обусловлена в какой-то мере накоплением соматических мутаций. Многие мутации могут появляться в результате ошибок репликации ДНК, а также процессов репарации и рекомбинации. Скорость мутирования возрастает в присутствии химических мутагенов, оод влиянием физических воздействий, таких, как, например, воздействие ультрафиолетовым излучением и рентгеновскими лучами, а также при случайном включении вирусной ДНК в хромосомы. [c.289]

Легко представить себе, что процесс, изображенный на фиг. 244, обусловливает также генетическую рекомбинацию, происходящую в результате кроссинговера между гомологичными (а не сестринскими) хромосомами в первом делении мейоза (фиг. 11). Иными словами, возможно, что в интерфазе, предшествующей первому делению мейоза, когда молекулы ДНК гомологичных хромосом находятся в растянутой форме и подвергаются репликации, в них происходят разрывы с последующим перекрестным воссоединением фрагментов. В таком случае конъюгация хромосом (т. е. попарное сближение гомологичных хромосом), наблюдаемая в профазе первого деления мейоза, в действительности должна следовать за генетическими обменами хромосомной ДНК, а не предшествовать им. [c.501]

Генетическая информация, заключенная в ДНК хромосомы, может быть передана либо путем точной репликации, либо с помощью рекомбинации, транспозиции и конверсии. Эти процессы лежат в основе изменчивости организмов, обусловливают их способность к адаптации, однако они могут стать и причиной заболеваний. [c.64]

Успехи генетического анализа у микроорганизмов, особенно у бактерий и бактериофагов, сыграли революционизирующую роль в методах изучения структуры и функций генетического материала. Организация геномов бактерий и пути, ведущие к их рекомбинации, оказались, на первый взгляд, совершенно отличными от того, к чему привыкли генетики, работавшие с эукариотами. У бактерий были открыты дополнительные (к хромосоме) генетические э.ле-менты плазмиды и эписомы. Некоторые эписомы существуют в свободной форме. Это бактериофаги, вся структура которых приспособлена к переносу генома между клетками. Другие плазмиды способны только к репликации в бактериальной клетке. Между этими крайними формами есть промежуточною варианты. Само существование таких дополнительных элементов генома поставило вопрос о возможности их использования для переноса генетического материала и не только между клетками бактерий. [c.224]

Плазмиды являются молекулярными эндосимбионтами клеток, в которых они постоянно существуют [94]. Гены природных плазмид часто берут на себя вьшолнение функций, которые дают преимущество клеткам-хозяевам в борьбе за существование в изменяющейся окружающей среде. Так, одна группа генов обеспечивает клеткам устойчивость к токсическим веществам (антибиотикам, ионам тяжелых металлов и т.п.), другие плазмидные гены кодируют белки (например, колицины), токсичные для клеток, не обладающих такими плазмидами, третьи обеспечивают прикрепление бактериальных клеток к субстрату, четвертые помогают осваивать клеткам-хозяевам новые источники углерода. В определенных условиях практически любой ген бактериальной хромосомы может быть перенесен с помощью рекомбинации в плазмиды и далее с их помощью распространиться в популяции микроорганизмов. Существование плазмид в клетках-хозяевах во многом зависит от них, однако способность к автономной репликации дает плазмидам определенную свободу от конкретного хозяина. [c.69]

Область репликация включает два гена, необходимые для репликации ДНК. В области лизис расположены три гена, продукты которых ответственны за лизис бактерии. Область рекомбинация содержит около 10 генов, в том числе два гена, продукты которых осуш ествляют интеграцию фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому при лизогенизации и вырезании ее при индукции. Примерно 10 генов в области головка кодируют белки, из которых строится головка фага еще 12 генов кодируют белки хвостового от- [c.62]

Время от времени у всех организмов происходит спонтанное удвоение генов хромосома, содержащая одну копию гена О, в результате ошибки в репликации ДНК дает начало хромосоме, в которую входят уже две копии этого гена, расположенные одна за другой. Такие дупликации сами по себе не дают никаких преимуществ и встречаются, как правило, у очень немногих особей. Предположим, однако, что дупликация произошла в локусе, содержащем полезный мутантный аллель О , который с высокой частотой присутствует в популяции в связи с отбором в пользу гетерозигот и сосуществует в геноме с исходным аллелем О (рис. 15-6). Тогда велика вероятность того, что в диплоидной клетке, содержащей хромосому ОО (несущую дупликацию), ее гомолог будет содержать аллель О ", так что получится генотип 00/0. Затем в результате генетической рекомбинации в мейозе (см. ниже) могут образоваться гаметы с генотипом ОО ". В этих гаметах исходный ген О и мутантный О, расположенные один за другим, не будут уже двумя аллелями, конкурирующими за один и тот же локус теперь это два отдельных гена, каждый из которых занимает собственный локус. Такая комбинация выгодна, и она станет быстро распространяться, пока, наконец, вся популяция не будет состоять из гомозигот 00 /00 (см. рис. 15-6). Преимущество особей с таким генотипом состоит не только в обладании обоими генами - старым О и новым О, но и в том, что они могут передавать это преимущество всем своим потомкам. [c.12]

Молекулярную основу изменчивости организмов составляют наследуемые изменения первичной структуры ДНК — мутации. Мутации возникают в результате ошибок синтеза ДНК в процессе репликации или при репарации повреждений ДНК, вызванных разного рода внешними факторами. Другой механизм изменчивости составляют рекомбинации — обмен участками ДНК между гомологичными хромосомами при половом размножении. [c.155]

Наша главная задача состояла в том, чтобы раскрыть сущность и глубину экспериментальных подходов науки, которая бьша названа молекулярной генетикой, применительно к эукариотическим организмам. Чтобы решить эту задачу, а также облегчить понимание материала читателями, обладающими ограниченным объемом знаний по биохимии, клеточной биологии и генетике, мы постарались изложить основы этих направлений биологии двумя способами. Во-первых, в гл. 1, 2 и 3 суммирована наиболее важная информация о структуре ДНК, РНК и белков о различных клеточных процессах, протекающих с участием ДНК (репликация, репарация и рекомбинация) об основных механизмах транскрипции, трансляции и контроле экспрессии генов. Читатели, хорошо ориентирующиеся в данных вопросах, могут пропустить эти главы. Во-вторых, во введениях к частям I, II и III даны исторические экскурсы и общий взгляд на проблемы, изложенные в главах, составляющих эти части. В них не говорится детально о том, как были открыты и доказаны те или иные положения, а делается попытка объяснить, как на основе различных исследований в области биохимии, генетики, микробиологии, клеточной и эволюционной биологии бьш выстроен интеллектуальный каркас современной биологии. Так, во введении, предваряющем гл. 1, 2 и 3, прослеживается исторический путь, приведший нас к современному взгляду на наследственность. Мы знакомимся с концепцией гена, трансмиссией и сегрегацией генов, с логическим переходом от первичного картирования генетических детерминант к точной локализации генов на хромосоме, с идентификацией генов как дискретных участков молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты и информационными взаимоотношениями между ДНК, РНК и белками. [c.6]

Как уже упоминалось ранее, F-фактор представляет собой эписому, которая может либо существовать самостоятельно, либо встраиваться в репликон бактерии. В встроенном состоянии F-фактор может переносить бактериальную хромосому в F -клетки. Частота возникновения рекомбинантов дикого типа для генов бактериальной хромосомы при скрещивании F - и F -штаммов очень низка (порядка одной клетки на 10 родительских клеток), поскольку лишь небольшое число клеток F" -культуры участвует в образовании рекомбинантов, хотя частота инфицирования F-фактором довольно высока. Однако, из F -культуры можно выделить штаммы, при скрещивании которых с F -клетками рекомбинанты образуются гораздо чаще (частота рекомбинации > 10 ). Эти штаммы обозначаются символом Hfr (от англ. high frequen y re ombination-высокая частота рекомбинации). В них F-фактор в свободном, автономном состоянии отсутствует, он встроен в бактериальную хромосому. Когда клетки Hfr вступают в контакт с клетками F , между ними образуется цитоплазматический мостик, называемый конъюгационной трубкой, и интегрированный F-фактор инициирует репликацию бактериальной хромосомы по типу катящегося кольца с того сайта, в который он встроен. Эта репликация приводит к переносу бактериальной хромосомы в F -клетку (рис. 8.5). [c.234]

Общая, или гомологичная, рекомбинация характерна для всех живых организмов от вирусов и бактерий до многоклеточных эукариот. При гомологичной рекомбинации происходит обмен участками между гомологичными, т. е. очень похожими по последовательности, лтолекулами ДНК- Так, к сбщей рекомбинации относятся обмены между гомологичными хромосомами в мейозе у эукариот и рекомбинационная инициация репликации ДНК бактериофага Т4 (см. гл. ХП1). В первом приближении можно сказать, что гомологичная рекомбинация не создает принципиально новых последовательностей, а перетасовывает уже имевшиеся сходные варианты одной и той же последовательности (рис. 51). Чтобы подчеркнуть важность этого свойства, достаточно сказать, что при гомологичной рекомбинации между двумя сходными генами, кодирующими белок, оба рекомбинантных продукта оказываются не нарушенными, не происходит, например, сдвига рамки считывания, Другими словами, при гомологичной рекомбинации каким-то образом обеспечивается взаимное узнавание одинаковых (или очень сходных по последовательности) участков рекомбинирующих. молекул. Если же го.чологии нет, то и рекомбинация такого рода происходить не будет. [c.84]

Если вектор представляет собой плазмиду, реплицирующуюся независимо от хромосомы, то он должен содержать сайт инициации репликации, функционирующий в хозяйской клетке. Если же вектор предназначен для встраивания в хозяйскую хромосомную ДНК, то для обеспечения рекомбинации он должен нести последовательность, комплементарную определенному участку хромосомной ДНК хозяина (хромосомный сайт интеграции). Поскольку технически многие операции с рекомбинантными ДНК сложнее проводить в клетках эукариот, чем прокариот, большинство эукариотических векторов сконструированы как челночные. Другими словами, эти векторы несут два типа сайтов инициации трансляции и два типа селективных маркерных генов, одни из которых функционируют в Es heri hia oli, а другие — в эукариотических хозяйских клетках. Такие векторные системы экспрессии разработаны для дрожжей, насекомых и клеток млекопитающих. [c.136]

Изучение структур геномов различных организмов поначалу создало представление о незыблемости локализации тех или иных генов в хромосомах. Это представление было пересмотрено после открытия Б. Мак Клинток, которая в опытах с кукурузой показала, что гены могут перемещаться в пределах генома и влиять на механизмы экспрессии. В дальнейшем было установлено, что это явление характерно для многих эукариотических и прокариотических клеток. Транспозон Е. соИ представляет собой олигонуклеотид, включающий в себя ген фермента транспозазы, ответственной за перемещение транспозона, а также короткие концевые нуклеотидные последовательности. Транспозоны эукариотических клеток гораздо больше и включают в себя набор различных генов. Внутригеномное перемещение и встраивание транспозонов требует разрыва и последующего сращивания цепи ДНК. Репликация транспозона в одном сайте цепи, а затем перемещение и репликация в другом создают благоприятные возможности для дальнейших гомологичных рекомбинаций в клетке. Следует отметить, что транспозоны, встраиваясь в случайные сайты хромо- [c.456]

Б. В аномальном цикле деления, где после репликации хромосом происходит митотическая рекомбинация, две хроматиды в каждой паре различны одна из них несет аллель К, а другая обменялась участком с одной из хроматид второй хромосомы н несет аллель г. В этом случае каждая из дочерних клеток унаследует в результате случайного распределения по одной из двух материнских и двух отцовских хро-матид. Таким образом, в результате митотической рекомбинации одна дочерняя клетка унаследует обе копни аллеля К, а другая-обе копни аллеля г, так что из гетерозиготной клетки К/г (светлоокрашенной) получатся две дочерние клетки с различным генотипом-одна гомозигота К/К (темноокрашенная) и одна гомозигота г/г (белая). Затем обе дочерние гомозиготы воспроизводятся обычным образом, и нх потомки образуют двойное пятно, состоящее из клона красных клеток К/К и клона белых клеток г/г, на фоне розовых клеток К/г, которые не претерпели митотической рекомбинации. [c.84]

Рис. 15.11. Общая гомологичная рекомбинация обмен между фрагментом ДНК донора (выделен красным цветом) и хромосомой бактерии-реципиента. Согласно одной, из моделей, гомологичные двойные цепи ДНК сближаются и обмениваются участками одной из ц Ьпей, а затем в результате репликации или репарации образуется рекомбинантная хромосома.

Задержанно ранние гены включают в себя два гена репликации (необходимых для литической инфекции) и семь генов рекомбинации (некоторые из них отвечают за рекомбинацию при литической инфекции два гена необходимы для интеграции ДНК фага лямбда с бактериальной хромосомой при лизогенизации). Функции двух ге-нов-регуляторов, ll/ lll, необходимы для инициации синтеза лизогенного репрессора. Регуляторный ген Q кодирует фактор антитерминации, благодаря которому бактериальная РНК-полимераза получает возможность приступить к транскрипции поздних генов. Таким образом, задержанно ранние гены служат для двух целей одни из них необходимы для установления фагом лизогенного со- [c.208]

Мы знаем, что их образование не связано с утратой исходной копии хромосомы. Одна из возможностей представлена на рис. 38.12. Показано, что вблизи генов dhfr инициируются дополнительные циклы репликации. Благодаря какому-то рекомбинационному событию из хромосомы высвобождаются внехромосомные копии. В зависимости от природы такого события может образовываться внехромосомная молекула ДНК, содержащая одну или несколько копий. Если двойные микрохромосомы содержат кольцевые ДНК, рекомбинация между ними в любом случае будет приводить к образованию мультимерных молекул. [c.498]

В этом метаболизме активную роль играют комплементарные взаимодействия между основаниями. Феномен комплементарности обеспечивает такие процессы, как полуконсервативная репликация, контроль точности считывания, исправление ошибок и репарация повреждений структуры, возникающих под действием различных факторов окружающей среды. Комплементарные взаимодействия играют также важнейшую роль в процессах общей и сайт-специфической рекомбинации. И в то же время их влияние на различные аспекты метаболизма ДНК не является абсолютным. Так, в случае особенно сильных повреждений ДНК действие репарационной SOS-системы может направляться по пути поддержания общей целостности хромосомы, даже в ущерб требованиям принципа комплементарности, и таким образом приводить к закреплению некоторых мутационных изменений. Участие белка Re A Е.соИ как в общей рекомбинации, так и в активации репарационного действия SOS-системы является поистине удивительным примером эволюционного нововведения , связующего воедино два различных аспекта метаболизма ДНК. [c.163]

Белок Сго в свою очередь также способен связываться с операторами и Or. При этом с Or ОН связывается таким образом, что подавляет транскрипцию гена с1 с Prmt но в то же время допускает транскрипцию правого оперона с Pr. Таким образом, белки Сго и с1 обладают реципрокными свойствами, которые, как показано на рис. 15.15, проявляются в виде двух взаимно исключающих вариантов транскрипции. В варианте включения с1 и выключения его происходит рекомбинация фаговой ДНК с хромосомой хозяина, и клетка становится лизогенной. В обратном варианте с/ выключен, его включен происходит интенсивная репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции поздних генов и клетка лизирует. Детали взаимодействия белков с1 и Сго с областью Or обсуждаются в Дополнении 15.1. [c.188]

Рис. 21-26. Возможный механизм амплификации гена, приводящей к избыточной продукции белка Процесс начинается с акта дупликации, в основе которого, но-видимому, лежит незаконная рекомбинация. Изображенная на рисунке схема предполагает, что незаконная рекомбинация может быть следствием дестабилизирующего эффекта избыточной репликации ДНК. Если дупликация гена произошла, неравный обмен сестринских хроматид в результате рекомбинации между одинаковыми копиями генов в ходе репликации ДНК может дополнительно увеличить число копий гена (см. разд. 10.5.2) в результате их количество в хромосоме может достигать десятков и сотен. Многочисленные повторы ДНК делают видимым содержащий их сегмент — он выявляется в хромосоме как область гомогенного окрашивания. Амплифицированный участок может быть также вырезан из своего локуса (видимо, опять же с участием какого-то из рекомбинационных механизмов) и дать начало самостоятельным двойным минихромосомам (см. разд. 21.1.13). Общая длина амплифицированного по такому механизму сегмента ДНК обычно

Трансформация — важный метод генетического анализа, так как имеющиеся в природе способные к трансформации виды не имеют систем конъюгации, и только небольшое число видов имеет хорошо развитые системы трансдукции. В аспекте фундаментальной науки трансформация позволила составить представление о механизме генетической рекомбинации [25, 31], а в случае Ba illus subtilis ее изучение способствовало получению информации о начале и направлении репликации хромосомы [18]. Данные экспериментов по внутривидовой и межвидовой трансформации использовались также для определения степени генетического родства между определенными участками генома [31]. Такой подход стимулировал изучение родства с использованием анализа кинетики реассоциации ДНК (гл. 22) и новейших методических приемов при исследовании рекомбинантной ДНК. Использование трансформации и трансдукции тесно связано с методологией изучения рекомбинантной ДНК, где благодаря искусственной индукции компетентности возможно введение рекомбинантных молекул в клетки различных видов бактерий. [c.80]

В процессе репликации фаговые геномы претерпевают неоднократные циклы спаривания, рекомбинации и репликации. В результате наблюдаемая частота рекомбинации всегда выше ожидаемой. В подобных многократных циклах репликации фаговых геномов генетические события должны быть проанализированы с пошций популяционной генетики (см. гл. 18). Такой подход разработали Н. Висконти и М. Дельбрюк. При этом они исходили из следующих основных положений 1) в общем фонде ДНК родительские геномы фагов полностью перемешаны 2) каждый геном фага аналогичен целой хромосоме 3) при репликации происходят неоднократные спаривания и рекомбинации. [c.219]

Делеции и дупликации могут происходить, если два мигрирующих элемента в одной и той же хромосоме одинаково ориентированы. Тогда рекомбинация по гомологии между этими элементами после репликации между сестринскими хроматидами или гомологичными хромосомами приведет к дупликации (трипликации) и делеции в качестве реципрокных продуктов рекомбинации (рис. 13.19, А). Делеции могут возникать и в результате рекомбинации двух гомологичных элементов, расположенных в одной хромосоме и одинаково ориентированных (рис. 13.19, Б). При этом дупликация отсутствует. [c.343]

Эволюция тандемных повторов в результате неравного кроссинговера. Рекомбинация может происходить между сегментами одной молекулы ДНК. между сестринскими хроматидами или между гомологичными хромосомами. На рисунке представлена рекомбинация между сестринскими хроматидами после первой репликации. Изображены две молекулы, образовавшиеся в результате кроссинговера, содержащие короткий гетеродуплексный участок, в котором одна цепь происходит от одной родительской молекулы, а другая от другой. В этих участках возможно неправильное спаривание оснований, как это имеет место в одной из приведенных рекомбинантных молекул. Несмотря на сложность двух молекул, образовавшихся в результате [c.196]

Геном фага Я можно разделить на три основные части (рис. 2.15). Левая часть включает все гены (отЛ м1 до J), белковые продукты которых необходимы для формирования капсидов и упаковки в них молекул фаговой ДНК. Центральная часть, расположенная между генами J nN, несущественна для литического развития фага в клетке-хозяине дикого типа. Эта область генома содержит гены, участвующие в общей рекомбинации фага (reda и red ), сайтспецифиче-ской интеграции ДНК фага в бактериальную хромосому (int) и исключении профага из хромосомы (xis). Сайтспецифические рекомбинационные события происходят по особым участкам на ДНК фага (att) и бактериальной хромосомы. Правая часть генома фага Я содержит все остальные контролирующие элементы, к которым, в частности, относятся гены, необходимые для репликации фаговой ДНК (О и Р) и для лизиса клеток (S и R). [c.97]

При наличии механизма конъюгации отцовских и материнских гомологичных хромосом и их последующего расхождения мейоз мог бы в принципе осуществляться путем видоизменения одного митотического цикла, если бы в нем выпала фаза удвоения хромосом (8) и гомологи спфивались перед фазой М. Тогда в результате следующего клеточного деления могли бы непосредственно образоваться две гаплоидные клетки. Однако на самом деле процесс мейоза более сложен. Перед конъюгацией каждый из гомологов подвергается удвоению, образуя пару тесно связанных сестринских хроматид аналогично тому, как это происходит при обычном клеточном делении. Специфические особенности мейоза проявляются лишь после завершения репликации ДНК. Вместо того чтобы отделиться друг от друга, сестринские хроматиды ведут себя как единое целое (как будто дупликация хромосом не произошла) каждый дуплицированный гомолог конъюгирует с партнером, образуя структуру, состоящую из четырех хроматид и называемую бивалентом. Бивалент располагается на экваторе веретена, и в анафазе дуплицированные гомологи (каждый из которых состоит из двух сестринских хроматид) отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам причем в каждом из них две сестринские хроматиды остаются соединенными. Таким образом, при первом делении мейоза каждая дочерняя клетка наследует две копии одного из двух гомологов и поэтому содержит диплоидное количество ДНК. Однако она отличается от обычных диплоидных клеток в двух отношениях 1) обе копии ДНК каждой хромосомы происходят лишь от одной из двух гомологичных хромосом, имевшихся в исходной клетке (хотя, как мы увидим, в результате генетической рекомбинации происходит некоторое перемешивание материнских и отцовских ДНК), и 2) эти две копии клетка получает в виде тесно связанных сестринских хроматид, составляющих единую хромосому (рис. 15-8). [c.15]

Реципрокная гомологичная рекомбинация между реплицирующимся плазмидным вектором и хромосомой дрожжей приводит к стабильной трансформации дрожжевых клеток. В приведенном примере вектор несет ген ТПР дикого типа (а также гены, необходимые для репликации). Гомологичная рекомбинация в мутантном локусе trp дрожжевой хромосомы ведет к появлению в хромосомной ДНК двух копий триптофанового гена, функционирующей и нефункционирующей. Образующие- [c.255]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология