Zbulimet e organizimit ekzon-intron të gjeneve eukariote dhe mundësia e bashkimit alternativ kanë treguar se e njëjta sekuencë nukleotide e transkriptit primar mund të sigurojë sintezën e disa zinxhirëve polipeptidë me funksione të ndryshme ose analogëve të tyre të modifikuar. Për shembull, mitokondritë e majave përmbajnë gjenin kuti (ose kalli) që kodon enzimën respiratore të citokromit b. Mund të ekzistojë në dy forma: Gjeni "i gjatë", i përbërë nga 6400 bp, ka 6 ekzone me një gjatësi totale prej 1155 bp. dhe 5 introne. Forma e shkurtër e gjenit përbëhet nga 3300 bp. dhe ka 2 introne. Në fakt është një gjen "i gjatë" i lirë nga tre intronet e para. Të dyja format e gjenit janë të shprehura njësoj mirë.

Pas heqjes së intronit të parë të gjenit të "kutisë së gjatë", bazuar në sekuencën e kombinuar nukleotide të dy eksoneve të parë dhe një pjesë të nukleotideve të intronit të dytë, formohet një shabllon për një proteinë të pavarur, ARN maturazë (Fig. 3.43). Funksioni i ARN maturazës është të sigurojë fazën tjetër të bashkimit - heqjen e intronit të dytë nga transkripti primar dhe, në fund të fundit, formimin e një shablloni për citokromin b.

Një shembull tjetër është një ndryshim në modelin e bashkimit të transkriptit primar që kodon strukturën e molekulave të antitrupave në limfocite. Forma membranore e antitrupave ka një "bisht" të gjatë aminoacide në fundin C, i cili siguron fiksimin e proteinës në membranë. Forma e sekretuar e antitrupave nuk ka një bisht të tillë, gjë që shpjegohet me heqjen e nukleotideve që kodojnë këtë rajon nga transkripti primar gjatë bashkimit.

Në viruset dhe bakteret, është përshkruar një situatë ku një gjen mund të jetë njëkohësisht pjesë e një gjeni tjetër, ose disa sekuencë nukleotide të ADN-së mund të jenë pjesë e dy gjeneve të ndryshme të mbivendosura. Për shembull, në hartën fizike të gjenomit të fagut FX174 (Fig. 3.44), mund të shihet se sekuenca e gjenit B ndodhet brenda gjenit A, dhe geni E është pjesë e sekuencës së gjenit D. Kjo veçori e organizimi i gjenomit të fagut arriti të shpjegojë mospërputhjen ekzistuese midis madhësisë së tij relativisht të vogël (ai përbëhet nga 5386 nukleotide) dhe numrit të mbetjeve të aminoacideve në të gjitha proteinat e sintetizuara, që tejkalon teorikisht të lejuarin për një kapacitet të caktuar gjenomi. Mundësia e montimit të zinxhirëve të ndryshëm peptidikë në mRNA të sintetizuara nga gjenet e mbivendosura (A dhe B ose E dhe D) sigurohet nga prania e vendeve lidhëse ribozomale brenda kësaj mARN. Kjo lejon që përkthimi i një peptidi tjetër të fillojë nga një pikë e re referimi.

Sekuenca nukleotide e gjenit B është gjithashtu pjesë e gjenit A, dhe gjeni E është pjesë e gjenit D.

Në gjenomën e fagut λ, u gjetën edhe gjenet e mbivendosura, të përkthyera si me zhvendosje të kornizës, ashtu edhe në të njëjtën kornizë leximi. Supozohet gjithashtu se dy mARN të ndryshme mund të transkriptohen nga të dy vargjet plotësuese të të njëjtit rajon të ADN-së. Kjo kërkon praninë e rajoneve promotore që përcaktojnë lëvizjen e ARN polimerazës në drejtime të ndryshme përgjatë molekulës së ADN-së.

Situatat e përshkruara, të cilat dëshmojnë për pranueshmërinë e leximit të informacionit të ndryshëm nga e njëjta sekuencë e ADN-së, sugjerojnë që gjenet e mbivendosura janë një element mjaft i zakonshëm në organizimin e gjenomit të viruseve dhe, ndoshta, prokariotëve. Tek eukariotët, ndërprerja e gjeneve lejon gjithashtu sintezën e peptideve të ndryshme bazuar në të njëjtën sekuencë të ADN-së.

Me gjithë këtë në mendje, është e nevojshme të ndryshohet përkufizimi i një gjeni. Natyrisht, nuk mund të flitet më për një gjen si një sekuencë e vazhdueshme e ADN-së që kodon në mënyrë unike një proteinë specifike. Me sa duket, aktualisht, formula "Një gjen - një polipeptid" duhet të konsiderohet ende më e pranueshme, megjithëse disa autorë sugjerojnë ndryshimin e saj: "Një polipeptid - një gjen". Në çdo rast, termi gjen duhet kuptuar si një njësi funksionale e materialit trashëgues, i cili për nga natyra e tij kimike është një polinukleotid dhe përcakton mundësinë e sintetizimit të një zinxhiri polipeptid, tARN ose rARN.

Një gjen një enzimë.

Në vitin 1940, J. Beadle dhe Edward Tatum përdorën një qasje të re për të studiuar se si gjenet ofrojnë metabolizëm në një objekt më të përshtatshëm kërkimi - kërpudhat mikroskopike Neurospora crassa .. Ata morën mutacione në të cilat; nuk kishte aktivitet të një ose një tjetër enzime metabolike. Dhe kjo çoi në faktin se kërpudhat mutante nuk ishin në gjendje të sintetizonin vetë një metabolit të caktuar (për shembull, aminoacidin leucinë) dhe mund të jetonin vetëm kur leucina shtohej në mediumin ushqyes. Teoria "një gjen - një enzimë" e formuluar nga J. Beadle dhe E. Tatum shpejt fitoi një njohje të gjerë në mesin e gjenetistëve dhe ata vetë u nderuan me çmimin Nobel.

Metodat. përzgjedhja e të ashtuquajturave "mutacione biokimike" që çojnë në shqetësime në veprimin e enzimave që ofrojnë rrugë të ndryshme metabolike, kanë rezultuar të jenë shumë të frytshme jo vetëm për shkencën, por edhe për praktikën. Së pari, ato çuan në shfaqjen e gjenetikës dhe përzgjedhjen e mikroorganizmave industrialë, dhe më pas në industrinë mikrobiologjike, e cila përdor shtame mikroorganizmash që mbiprodhojnë substanca të tilla të rëndësishme strategjike si antibiotikët, vitaminat, aminoacidet, etj. Parimet e përzgjedhjes dhe inxhinierisë gjenetike e shtameve të mbiprodhuesve bazohen në nocionin se "një gjen kodon për një enzimë". Dhe megjithëse ky prezantim është praktikë e shkëlqyer, sjell fitime shumë milionëshe dhe shpëton miliona jetë (antibiotikë) - nuk është përfundimtar. Një gjen nuk është vetëm një enzimë.

Hulumtimi i parë. Pasi në 1902 Garrod vuri në dukje lidhjen e një defekti gjenetik në alkaptonuria me paaftësinë e trupit për të zbërthyer acidin homogjentisik, ishte e rëndësishme të sqarohej mekanizmi specifik që qëndron në themel të këtij çrregullimi. Që atëherë dihej tashmë se reaksionet metabolike katalizohen nga enzimat, mund të supozohet se ishte shkelja e disa enzimave që çon në alkaptonuria. Një hipotezë e tillë u diskutua nga Driesch (në 1896). Ajo u shpreh gjithashtu nga Haldane (1920, shih) dhe Garrod (1923). Faza të rëndësishme në zhvillimin e gjenetikës biokimike ishin puna e Kuhn dhe Butenandt në studimin e ngjyrës së syve në molën e mullirit. Efesia kuhniella dhe studime të ngjashme nga Beadle dhe Ephrussi mbi Drosophila(1936). Në këto punime pioniere, mutantët e insekteve të studiuara më parë me metoda gjenetike u përzgjodhën për të sqaruar mekanizmat e veprimit të gjeneve. Sidoqoftë, kjo qasje nuk çoi në sukses. Problemi doli të ishte shumë i ndërlikuar, dhe për ta zgjidhur atë, ishte e nevojshme:

1) zgjidhni një organizëm model të thjeshtë të përshtatshëm për studim eksperimental;

2) për të kërkuar bazën gjenetike të tipareve biokimike, dhe jo bazën biokimike të tipareve të përcaktuara gjenetikisht. Të dy kushtet u plotësuan nga Beadle dhe Tatum në 1941 (shih gjithashtu Beadle 1945).

Modeli Beadle dhe Tatum. Artikulli i tyre filloi kështu:

“Nga pikëpamja e gjenetikës fiziologjike, zhvillimi dhe funksionimi i një organizmi mund të reduktohet në sistem kompleks reaksione kimike që kontrollohen disi nga gjenet. Është mjaft logjike të supozohet se këto gjene ... ose veprojnë si enzima vetë, ose përcaktojnë specifikën e tyre. Dihet se fiziologët gjenetikë zakonisht përpiqen të hetojnë fiziologjike dhe bio bazat kimike tipare trashëgimore tashmë të njohura. Kjo qasje bëri të mundur vërtetimin se shumë reaksione biokimike kontrollohen nga gjene specifike. Studime të tilla kanë treguar se enzimat dhe gjenet kanë të njëjtin rend specifikiteti. Megjithatë, qëllimi i kësaj qasjeje është i kufizuar. Kufizimi më serioz është se, në këtë rast, tiparet trashëgimore që nuk kanë efekt vdekjeprurës dhe, për rrjedhojë, shoqërohen me reaksione jo shumë thelbësore për jetën e organizmit, bien në fushën e shikimit të studiuesve. Vështirësia e dytë ... është se qasja tradicionale ndaj problemit përfshin përdorimin e shenjave të dukshme të jashtme. Shumë prej tyre janë variacione morfologjike të bazuara në sisteme të reaksioneve biokimike aq komplekse sa analiza e tyre është jashtëzakonisht e vështirë.

Këto konsiderata na çuan në përfundimin e mëposhtëm. Studimi problem i përbashkët kontrolli gjenetik i reaksioneve biokimike që përcaktojnë zhvillimin dhe metabolizmin duhet të kryhet duke përdorur procedurë e kundërt me atë të pranuar përgjithësisht: në vend që të përpiqemi të zbulojmë bazën kimike të tipareve të njohura trashëgimore, është e nevojshme të përcaktohet nëse gjenet kontrollojnë reaksionet e njohura biokimike dhe si e bëjnë atë. Neurospora e askomicetit ka vetitë që bëjnë të mundur zbatimin e një qasjeje të tillë dhe, në të njëjtën kohë, shërben si një objekt i përshtatshëm për studime gjenetike. Kjo është arsyeja pse programi ynë u ndërtua mbi përdorimin e këtij organizmi të veçantë. Ne u nisëm nga fakti se ekspozimi me rreze X shkakton mutacione në gjenet që kontrollojnë disa reaksione kimike. Supozoni se për të mbijetuar në një mjedis të caktuar, organizmi duhet të kryejë një lloj reaksion kimik, atëherë mutant, i privuar nga kjo aftësi, në këto kushte do të jetë i paqëndrueshëm. Megjithatë, mund të ruhet dhe studiohet nëse rritet në një mjedis të cilit i është shtuar produkti jetësor i një reaksioni të bllokuar gjenetikisht.”

4 Veprimi i gjeneve 9

Më pas, Beadle dhe Tatum përshkruajnë dizajnin e eksperimentit (Figura 4.1). Përbërja e mediumit të plotë përfshinte agar, kripëra inorganike, ekstrakt malti, ekstrakt majaje dhe glukozë. Mjeti minimal përmbante vetëm agar, kripëra, biotinë dhe një burim karboni. Mutantët që u rritën në mjedisin e plotë dhe nuk u rritën në mjedisin minimal u studiuan në detaje. Për të krijuar përbërjen, sinteza e të cilit ishte e dëmtuar në secilin prej mutantëve, përbërësit individualë të mediumit të plotë iu shtuan agarit minimal.

Në këtë mënyrë, u izoluan shtame që nuk ishin në gjendje të sintetizonin disa faktorë të rritjes: piridoksinë, tiaminë dhe acidin para-aminobenzoik. Këto defekte janë treguar të jenë për shkak të mutacioneve në lokacione specifike. Puna shënoi fillimin e studimeve të shumta mbi neurosporet, bakteret dhe majat, në të cilat u krijua një korrespondencë midis "blloqeve gjenetike" përgjegjëse për hapat individualë të metabolizmit dhe çrregullimet specifike të enzimës. Kjo qasje ka evoluar me shpejtësi në një mjet për studiuesit për të zbuluar rrugët metabolike.

Hipoteza "një gjen - një enzimë" ka marrë një konfirmim të fortë eksperimental. Siç tregoi puna e dekadave të mëvonshme, ajo doli të ishte çuditërisht e frytshme. Analiza e enzimave me defekt dhe varianteve të tyre normale shpejt bëri të mundur identifikimin e një klase të çrregullimeve gjenetike që çuan në një ndryshim në funksionin e enzimës, megjithëse vetë proteina ishte ende e dallueshme dhe ruante vetitë imunologjike. Në raste të tjera, temperatura optimale e aktivitetit të enzimës ndryshoi. Disa variante mund të shpjegohen me një mutacion që ndikon në mekanizmin e përgjithshëm rregullues dhe, si rezultat, ndryshon aktivitetin e një grupi të tërë enzimash. Studime të tilla çuan në krijimin e konceptit të rregullimit të aktivitetit të gjeneve në baktere, i cili përfshinte konceptin e operonit.

10 4. Veprimi i gjeneve

Shembujt e parë të çrregullimeve enzimatike te njerëzit. Sëmundja e parë trashëgimore njerëzore për të cilën mund të shfaqej një çrregullim enzimatik ishte methemoglobinemia me një mënyrë trashëgimie recesive (Gibson dhe Harrison, 1947; Gibson, 1948) (25080). Në këtë rast, enzima e dëmtuar është methemoglobin reduktaza e varur nga NADH. Përpjekja e parë për të studiuar sistematikisht një grup sëmundjesh njerëzore të shoqëruara me defekte metabolike u bë në vitin 1951. Në një studim të sëmundjes së ruajtjes së glikogjenit, Corys tregoi se në tetë nga dhjetë raste të një gjendjeje patologjike që u diagnostikua si sëmundja e Gierke (23220), struktura e glikogjenit të mëlçisë ishte një variant normal dhe në dy raste ishte e shqetësuar qartë. . Ishte gjithashtu e qartë se glikogjeni i mëlçisë, i akumuluar me tepricë, nuk mund të shndërrohej drejtpërdrejt në sheqer, pasi pacientët priren të kenë hipoglicemi. Shumë enzima nevojiten për të zbërthyer glikogjenin në glukozë në mëlçi. Dy prej tyre, amil-1,6-glukozidaza dhe glukoz-6-fosfataza, u zgjodhën për studim si elementë të mundshëm me defekt të sistemit enzimë. Lëshimi i fosfatit nga glukoza-6fosfati u mat në homogjenatet e mëlçisë në vlera të ndryshme pH. Rezultatet janë paraqitur në fig. 4.2. Në një mëlçi normale, u gjet aktivitet i lartë me një optimale në pH 6-7. Mosfunksionimi i rëndë i mëlçisë në cirrozë lidhet me një ulje të lehtë të aktivitetit. Nga ana tjetër, në rastin e sëmundjes së Gierke me rezultat fatal, aktiviteti i enzimës nuk mund të zbulohej fare; i njëjti rezultat është marrë në ekzaminimin e pacientit të dytë të ngjashëm. Në dy pacientë me simptoma më pak të rënda, pati një rënie të ndjeshme të aktivitetit.

U arrit në përfundimin se në këto raste të sëmundjes së Gierke me rezultat fatal, kishte një defekt në glukoz-6-fosfatazën. Megjithatë, në shumicën e rasteve më të lehta, aktiviteti i kësaj enzime nuk ishte më i ulët se në cirrozën e mëlçisë dhe vetëm në dy pacientë ishte pak më i ulët (Fig. 4.2).

Sipas bashkëshortëve Corey, akumulimi jonormal i glikogjenit në indet e muskujve nuk mund të shoqërohet me mungesë të glukozës-6-fosfatazës, pasi kjo enzimë mungon në muskuj dhe është normale. Si një shpjegim i mundshëm për glikogjenozën e muskujve, ata sugjeruan një shkelje të aktivitetit të amilo-1,6-glukozidazës. Ky parashikim u konfirmua shpejt: Forbes zbuloi një defekt të tillë në një nga rastet klinikisht të rëndësishme të sëmundjes së ruajtjes së glikogjenit që përfshin zemrën dhe muskujt skeletorë. Tani ne

4. Veprimi i gjeneve 11

i njohur numër i madh defekte enzimatike në sëmundjen e depozitimit të glikogjenit.

Megjithëse format e ndryshme të kësaj sëmundjeje ndryshojnë disi në shkallën e manifestimit, ka shumë të përbashkëta midis tyre klinikisht. Me një përjashtim, të gjithë trashëgohen në një mënyrë autosomale recesive. Nëse defektet enzimatike nuk do të ishin zbuluar, patologjia e akumulimit të glikogjenit do të konsiderohej si një sëmundje e vetme me korrelacione karakteristike intrafamiljare në ashpërsinë, detajet e simptomave dhe kohën e vdekjes. Kështu, kemi një shembull ku heterogjeniteti gjenetik, i cili mund të supozohej vetëm në bazë të studimit të fenotipit (Seksioni 3.3.5), u konfirmua nga analiza në nivel biokimik: studimi i aktivitetit enzimatik bëri të mundur identifikimin gjenet specifike.

Në vitet pasuese, ritmi i kërkimit për defektet enzimatike u rrit dhe për 588 gjenet autosomale recesive të identifikuara që McKusick përshkruan në edicionin e gjashtë të librit të tij Trashëgimia Mendeliane në Njeriu (1983), më shumë se 170 raste u zbuluan se kishin çrregullime specifike enzimatike. . Progresi ynë në këtë fushë lidhet drejtpërdrejt me zhvillimin e koncepteve dhe metodave të gjenetikës molekulare.

Disa faza të studimit të çrregullimeve enzimatike te njerëzit. Ne paraqesim vetëm momentet më të rëndësishme në këtë proces të vazhdueshëm: 1934 Völling zbuloi fenilketonurinë

1941 Beadle dhe Tatum formuluan hipotezën një gjen-një-enzimë 1948 Gibson përshkroi rastin e parë të një çrregullimi enzimatik në një sëmundje njerëzore (methemoglobinemia recesive)

1952 Cory zbuloi mungesën e glukozës-6-fosfatazës në sëmundjen e Gierke

1953 Jervis demonstroi mungesën e fenilalaninës hidroksilazës në fenilketonuri. Bickel raportoi përpjekjen e parë për të lehtësuar një çrregullim enzimatik duke adoptuar një dietë të ulët në fenilalaninë.

1955 Smithies zhvilloi teknikën e elektroforezës së xhelit të niseshtës

1956 Carson et al. zbuluan një defekt në glukoz-6-fosfat dehidrogjenazën (G6PD) në një rast të anemisë hemolitike të induktuar

1957 Kalkar et al. përshkruan mungesën enzimatike në galaktosemi, duke treguar se njerëzit dhe bakteret kanë një çrregullim enzimatik identik

1961 Krut dhe Weinberg demonstruan një defekt enzimë në galaktozeminë in vitro në fibroblaste të kultivuara

1967 Sigmiller et al. zbuluan një defekt hipoksantinë-guaninë fosforiboziltransferazë (HPRT) në sindromën Lesch-Nyhan

1968 Cleaver përshkroi shkeljen e riparimit ekscizional në xeroderma pigmentosa

1970 Neufeld identifikoi defekte enzimatike në mukopolisakaridozat, të cilat bënë të mundur identifikimin e rrugëve për zbërthimin e mukopolisakarideve

1974 Brown dhe Goldstein vërtetuan se mbiprodhimi i përcaktuar gjenetikisht i hidroksimetilglutaril-CoA reduktazës në hiperkolesteroleminë familjare është për shkak të një defekti në receptorin e lipoproteinës me densitet të ulët të vendosur në membranë, i cili modulon aktivitetin e kësaj enzime (HMG).

1977 Sly et al. demonstruan se manoz-6-fosfati (si një përbërës i enzimeve lizozomale) njihet nga receptorët fibroblastë. Një defekt gjenetik në përpunim parandalon lidhjen e enzimave lizozomale, duke rezultuar në çlirimin e dëmtuar në citoplazmë dhe sekretimin e mëvonshëm në plazmë (sëmundja e qelizave I)

12 4. Veprimi i gjeneve

1980 Në pseudohipoparatiroidizmin, u zbulua një defekt në proteinën që siguron bashkimin e receptorit dhe ciklazës.

Kjo ndodhi në vitin 1941. "Genetika e parë" doli të ishte një kërpudhat me një emër romantik - neurospore. A tingëllon vërtet bukur? Për më tepër, neurospora është shumë tërheqëse në pamje. Vendoseni micelin e kërpudhave nën një lupë të fortë dhe admironi: një dantellë të hollë transparente... Mund të kaloni orë të tëra duke parë një kërpudhë të rritur në një epruvetë, duke admiruar krijimin e përsosur të natyrës. Vetëm gjenetistët amerikanë Beadle dhe Tatum e shikonin atë si studiues, dhe jo si filozofë natyrorë vendas. Shkencëtarët në hollësitë mësuan strukturën e kërpudhave në mënyrë që ta bëjnë atë të funksionojë për gjenetikë. Dhe kjo është ajo që më bëri të lumtur. Neurospora është një organizëm haploid. Ajo ka vetëm 7 kromozome jeta e zakonshme nuk ka qeliza me grup të dyfishtë në micelin e kërpudhave. Kjo do të thotë që nëse një gjen mutant lind në një kërpudhat, atëherë pasojat e kësaj do të shfaqen shumë shpejt - në fund të fundit, neurospora nuk ka një gjen të dytë dominues!

Por kjo nuk është e gjitha. Në neurosporet, ju mund të gjeni ... një fazë seksuale të zhvillimit. Në një moment të jetës, qeliza të veçanta, "femërore" shfaqen në miceli të kërpudhave. Ato, si të gjitha qelizat miceliale, janë haploide, por ndryshe nga ato, ato janë në gjendje të bashkohen me çdo qelizë tjetër, e cila luan kështu rolin e "mashkullit". Pra, ekziston një qelizë diploide me një grup të dyfishtë kromozomesh. Tani janë 14 prej tyre.

Në fillim, bërthamat e një qelize të tillë nuk bashkohen, dhe ajo ndahet në mënyrë mitotike disa herë, duke formuar një ishull qelizash diploide në miceli. Nga rruga, ndoshta ky ishull është "versioni draft" i natyrës kur krijon një organizëm diploid shumëqelizor të kafshëve dhe bimëve?

Por në një nga qelizat diploide, bërthamat bashkohen. Në këtë rast, procesi i kalimit dhe ndarjes së reduktimit zhvillohet në bërthamë. Me një fjalë, qeliza kryen dy ndarje të mejozës, pas së cilës formohen katër qeliza haploide. Ata janë të vendosur në guaskë saktësisht në një rresht, si ushtarët në radhët. Pastaj secila qelizë ndahet sërish në mënyrë mitotike, dhe kaq. Si rezultat, formohen 8 qeliza (ato quhen askospore), të cilat janë të veshura me një guaskë.

Dhe tani le të imagjinojmë se një "telash" i ndodhi njërit prej gjeneve të qelizës amë - ai u mutua. Pas kryqëzimit, që do të ndodhë pas shkrirjes së bërthamave, do të zhvillohen dy qeliza hibride dhe gjeni mutant do të bjerë në njërën prej tyre. Një qelizë e tillë do të japë gjithashtu pasardhës - katër askospore. Çanta do të përmbajë dy lloje askosporesh të dallueshme gjenetikisht. Si të zbuloni nëse ka mutantë mes tyre? Kështu bënë Beadle dhe Tatum. Ata mësuan se si të zgjidhnin askosporet nga qesja dhe t'i mbillnin ato një nga një në një mjedis ushqyes. Nga çdo askospore, pas një cikli të tërë ndarjesh mitotike, rritet një miceli - pasardhësi i tij i drejtpërdrejtë. Nëse krahasojmë vetitë e micelieve nga askospore të ndryshme, mund të dallojmë midis tyre ato mutante dhe ato normale.

Këtu është e nevojshme të thuhet për një cilësi tjetër të mrekullueshme të neurosporeve.

Është jashtëzakonisht jo modest dhe rritet mirë në një mjedis të varfër me lëndë ushqyese, të ashtuquajtur "minimal" ose "të uritur" (disa kripëra inorganike, glukozë, nitrat amonium dhe vitaminë biotinë). Nga këto produkte, një kërpudhat normale sintetizon të gjitha aminoacidet, proteinat, karbohidratet dhe vitaminat që i nevojiten, përveç biotinës.

Por shkencëtarët "goditën" një nga gjenet me rreze ultravjollcë ose X, dhe ai u bë mutant. Nëse aftësia për të sintetizuar ndonjë aminoacid jetik lidhej me të, kjo do të zbulohet menjëherë: disa askospore - pasardhësit e qelizës femërore do të ndalojnë së rrituri në një mjedis të uritur. Dhe mos prisni për qindra breza të kërpudhave. Në fund të fundit, askospori nuk ka një gjen të dytë që kompenson funksionin e dëmtuar: pasardhësit e tij, siç kemi thënë tashmë, janë haploid, domethënë ai përmban vetëm një grup kromozomesh.

Mbetet për të zbuluar saktësisht se cili funksion jetësor është prekur. Beadle dhe Tatum vendosën të shtonin aminoacide të ndryshme, vitamina, kripëra, etj. në mjedisin e uritur me radhë dhe të mbillnin aty tufa të tëra askosporesh. Më në fund! Një nga askosporet mbiu në një mjedis uria me argininë, tjetri në një mjedis me triptofan. Kjo do të thotë se e para nuk u rrit sepse nuk ishte në gjendje të krijonte një molekulë të vetme arginine, e dyta - triptofan. Arsyeja është vetëm një – në kromozomin e askospores preket geni që “menaxhon” sintezën e triptofanit. Në mënyrë të ngjashme, Beadle dhe Tatum gjetën 380 mutantë (!) që mbanin një mutacion në 100 gjene të veçanta që kontrollojnë reaksionet jetike biokimike.

Dhe ja çfarë është interesante. Për secilin gjen, u gjetën disa mutantë. Kështu, gjeni përgjegjës për sintezën e triptofanit përbënte 30 mutantë. Dhe a janë të gjithë njësoj? A është aftësia e të gjithëve për të sintetizuar triptofanin e dëmtuar në një pikë të gjenit? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, shkencëtarët kryqëzuan të 30 mutantët me njëri-tjetrin.

Në këto eksperimente, mutantët u ndanë në dy grupe. Mutantët e grupit të parë plotësuan reciprokisht mutantët e grupit të dytë gjatë kryqëzimit. Si rezultat, midis askosporeve u gjetën rekombinantë * të tipit të egër që sintetizojnë triptofanin. Kjo do të thotë se dy gjene duhet të përfshihen në sintezën e triptofanit: në mutantët e grupit të parë, një gjen preket, tek mutantët e grupit të dytë, tjetri. Por çfarë kontrollojnë këto gjene?

* (Ky është emri i llojit që nuk ndryshon nga mutacionet, më i zakonshmi në kushte natyrore.)

Mutantët e të dy grupeve rriteshin nëse në vend të triptofanit shtoheshin serina dhe indol, dhe në mjedis u shfaq triptofani. Kjo do të thotë se të gjithë mutantët mund të konvertojnë indolin dhe serinë në triptofan. Prandaj përfundimi: indoli dhe seritë janë pararendës të triptofanit në zinxhirin e biosintezës së tij në një qelizë të gjallë.

Ky supozim u konfirmua kur u gjet një mutant në të cilin ky funksion i veçantë u bllokua. Nuk prodhoi enzimën e triptofan sintetazës që kanë neurosporet e egra.

Mutantët e grupit të parë ishin gjithashtu të aftë të sintetizonin substancën që stimulonte rritjen e mutantëve të grupit të dytë. Kjo substancë doli të ishte acid antranilik, i cili me sa duket funksionon si një pararendës i indolit. Kjo do të thotë se te mutantët e grupit të parë prishet reagimi i shndërrimit të acidit antranilik në indol, ndërsa mutantët e grupit të dytë nuk mund të sintetizojnë acidin antranilik, por janë në gjendje ta shndërrojnë atë në indol.

Bazuar në këto të dhëna, u zbulua një metodë për sintezën e triptofanit në qelizat e gjalla: acidi antranilik shndërrohet në indol. Indoli kombinohet me serinë dhe nën ndikimin e enzimës triptofan sintetaza shndërrohet në triptofan. Të paktën tre gjene janë të përfshirë në sintezën e triptofanit, secili prej tyre është përgjegjës për prodhimin e enzimave. Këto gjene mund të hartohen në kromozomin e neurosporeve në reaksionet e kryqëzimit.

Kështu në vitin 1941, për herë të parë në historinë e shkencës natyrore, shkencëtarët gjetën në kromozom gjenet përgjegjëse për sintezën e proteinave - enzimave. Beadle dhe Tatum formuluan përfundimet e hulumtimit të tyre si më poshtë: "Një gjen - një enzimë". Supozohet se gjenet e qelizës kontrollojnë sintezën e të gjitha enzimave të saj që katalizojnë reaksionet metabolike dhe secili gjen kontrollon vetëm një enzimë.

Nëse mendoni për këtë, mund të imagjinoni se shtrirja e kësaj hipoteze është shumë më e gjerë nga sa nënkupton emri i saj. Me të vërtetë. Ne e dimë se të gjitha enzimat janë proteina. Por në fakt, përveç enzimave, në trup ka edhe proteina jo enzimatike. Këto janë hemoglobina, antitrupat dhe të tjerët. Ku ruhet informacioni për sintezën e tyre? Gjithashtu në gjenet kromozomale. Kjo është arsyeja pse hipoteza "Një gjen - një enzimë" tani tingëllon kështu: "Një gjen - një proteinë", apo edhe: "Një gjen - një zinxhir gulipeptid".

Deri në vitin 1941, gjenetika dhe biokimia ishin shkenca të veçanta, dhe secila, për shkak të aftësive të saj, u përpoq të gjente çelësin e sekreteve të jetës: gjenetistët zbuluan gjenet, biokimistët zbuluan enzimat. Eksperimentet e shkencëtarëve amerikanë Beadle, Tatum dhe Brenner i lidhën këto dy njësi të jetës së bashku dhe hodhën themelet për bashkimin e gjenetikës dhe biokimisë, dhe në të njëjtën kohë një përparim të tillë në njohuri që nuk ishte i barabartë në të gjithë historinë e biologjisë. . Gjeni u shfaq si një njësi specifike që kontrollon sintezën e një proteine ​​specifike. Ishte një nivel cilësor i ri kërkimi.

Eksperimentet me neurosporet frymëzuan shkencëtarët, por ende duhet të përgjigjen pyetjet: çfarë është një gjen? Nga çfarë materiali është bërë? Si e rregullon sintezën e proteinave?

Gjenetika i zbuloi këto enigma të natyrës vetëm pasi filloi të kërkonte në mbretërinë e baktereve. Por përpara se të fillojmë një histori për heronjtë e rinj të eksperimenteve gjenetike, më në fund duhet t'i njohim më mirë ata.

një gjen - një teori enzimë- teoria e "një gjen - një enzimë".

Koncepti se vetëm një enzimë mund të kodohet nga një gjen; ky raport pasqyrohet më rreptësisht në teorinë e "një gjen - një polipeptid", pasi një enzimë mund të jetë një heteropolimer dhe të përfshijë zinxhirë polipeptidikë të koduar nga gjene të ndryshëm.

(Burimi: "Fjalori shpjegues anglez-rus i termave gjenetik". Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskë: Shtëpia Botuese VNIRO, 1995)

• - një gjen - një hipotezë polipeptide - teoria e "një gjen - një polipeptid"...
• - teoria e "një gjen - një proteinë". hipoteza "një gjen, një polipeptid"...

  Biologjia molekulare dhe gjenetika. Fjalor

• - teoria e "një gjen - një polipeptid". hipoteza "një gjen, një polipeptid"...

  Biologjia molekulare dhe gjenetika. Fjalor

• - një enzimë - teoria e dy gjeneve - teoria e "një enzimë - dy gjene"...

  Biologjia molekulare dhe gjenetika. Fjalor

• - Të mërkurën. Unë jam vetëm si një gisht në të gjithë botën, nuk kam grua, fëmijë, kunj, pa oborr, askënd që të më strehojë ose të kujdeset për mua ... Saltykov. Pikat provinciale. 5. Pema e Krishtlindjes. e mërkurë Kështu që unë jetoj ... saktësisht si Zoti në një skudelnitsa ...

  Fjalor shpjegues-frazeologjik i Michelson

• - Nga poezia "Ndër luginën e sheshtë" të poetit Alexei Fedorovich Merzlyakov, e cila më vonë u bë fjalët e një kënge popullore: Midis luginës së sheshtë, Në një lartësi të qetë, lulëzon lisi i fuqishëm, rritet në ...

  Fjalor fjalësh dhe shprehjesh me krahë

• - Folësi i parë nuk dëshiron të vërejë ndryshimin në asgjë. Bashkëbiseduesi nuk pajtohet qartë me këtë qëndrim ...

  Fjalor i frazeologjisë popullore

• - Një shkop, dy tela .... - kjo quhet më shpesh muzikë primitive, e keqe instrumente muzikore. Rreth vajzave - kjo është për rimë ...

  Fjalor i frazeologjisë popullore

• - shih Ata jetojnë si vëlla dhe motër ...
• - cm....

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - cm....

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - Shih JETA -...

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - Nje kercen, nje qan dhe vetem...

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - Shih ROSE -...

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - Njëqind e një vëllezër, të gjithë në një rresht, qëndrojnë së bashku të lidhur ...

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

• - Shihni dhëndrin -...

  NË DHE. Dal. Fjalët e urta të popullit rus

"teori një gjen - një enzimë" në libra

Epilog Një fëmijë, një mësues, një libër shkollor, një stilolaps...

Epilog Një fëmijë, një mësues, një libër shkollor, një stilolaps... Birmingham, gusht 2013 Në mars, familja jonë u zhvendos nga një apartament në qendër të Birminghamit në një rezidencë që kishim marrë me qira në një rrugë të gjelbër të qetë. Por ne të gjithë mendojmë se kjo është shtëpia jonë e përkohshme. Shtëpia jonë

48. DHJETË PIKAT QË DUHET TË MBANI PARA SYVE NDËRS TË PËRGATITHET PËR NJË PARAQITJE NJË PËR NJË

48. DHJETË PIKAT QË DUHET TË MBANI PARA SYVE TË TUAJ NDËRSA TË PËRGATITET PËR NJË PARAQITJE NJË MË NJË TË NJË PËR NJËNË Shumë shitës kryejnë ekskluzivisht një për një.Duhet shumë aftësi për të siguruar jetesën në këtë mënyrë. Dhe më e rëndësishmja, kurrë

KAPITULLI 2 Pozicioni ekonomik i individit të izoluar

KAPITULLI 2 Situata ekonomike e të izoluarve

Modele biznesi një për një: TOM'S nuk janë vetëm këpucë, por edhe syze dielli

Modele biznesi një për një: TOM'S Goes Beyond Shoes, Syze dielli Modeli i biznesit të TOM'S Shoes për t'i dhuruar një palë këpucë një personi në nevojë për çdo palë të shitur falas, duket disi i rrezikshëm në një recesion ku i vogël

e. Lufta e Samogitëve një për një me kryqtarët dhe Beteja e Durbës

autor Gudavičius Edvardas

e. Lufta kokë më kokë e Samogitëve me kryqtarët dhe beteja e Durbës Marrëveshjet midis Mindaugas dhe Urdhrit Livonian ndanë lidhjet konfederative të tokave lituaneze. Samogitët mbetën vetëm. Udhëheqja e Urdhrit Teutonik, duke dërguar Eberhardt Zane në Livonia, u vendos para tij,

Rusët, ukrainasit, bjellorusët - një gjuhë, një gjini, një gjak

Nga libri i autorit

Rusët, ukrainasit, bjellorusët - një gjuhë, një gjini, një gjak Cila është mënyra më e lehtë për të dobësuar, gjakosur një popull? Përgjigja është e thjeshtë dhe e provuar ndër shekuj. Për të dobësuar njerëzit, është e nevojshme të ndahet, të pritet në copa dhe të binden pjesët e formuara se janë të ndara, të pavarura,

E vetmja gjë që mbetet për të bërë është të filloni të menaxhoni… Një person në një kohë, një ditë në një kohë

Nga libri i autorit

E vetmja gjë që mbetet për të bërë është të filloni të menaxhoni… Një person në një kohë, një ditë në një kohë Nëse keni bërë të gjithë përgatitjen e nevojshme, atëherë jeni gati të filloni biseda të rregullta me secilin nga vartësit tuaj. Përpara takimit të parë, përgatituni duke rilexuar peizazhin e menaxhimit.Shkruani

PS4 ka filluar, Xbox One është në rrugën e saj: një me një apo dy kundër të gjithëve? Evgeny Zolotov

Nga libri Computerra Digital Magazine Nr. 200 autor Revista Computerra

PS4 ka filluar, Xbox One është në rrugën e saj: një me një apo dy kundër të gjithëve? Evgeny Zolotov Postuar më 18 nëntor 2013 Armëpushimi i stërzgjatur në luftën e konzollave të lojërave ka përfunduar: të premten, shitjet e Sony PlayStation 4 filluan në Shtetet e Bashkuara dhe rivali i tij kryesor, Xbox One, nga

Qasja e parë: Një pronar produkti - një ngarkesë e mbetur

Nga libri Scrum dhe XP: shënime nga vija e përparme autori Kniberg Henrik

Situata #1 Ti dhe gopniku ballë për ballë. Nuk ka dëshmitarë për atë që ka ndodhur.

Nga libri Thikë në dorë [Veçoritë ligjore të vetëmbrojtjes kombëtare] autor Gernet Victor

Situata #1 Ti dhe gopniku ballë për ballë. Nuk ka dëshmitarë për atë që ndodhi. I. Gopnik u plagos, por mbijetoi. Nëse viktima është vërtet gopnik në kuptimin e vërtetë të fjalës (sipas pamjen, sjellje dhe zhargon karakteristik, kjo përcaktohet me

1. Një teori - një përgjigje.

Nga libri Kur fëmija juaj ju bën të çmendur nga Le Champ Ed

1. Një teori - një përgjigje. Kur Dr. Spock dhe shumica prej nesh rizbuluam ushqimin sipas kërkesës në të 10-at, na u duk edhe njerëzore dhe e arsyeshme. Jam i sigurt që fëmijët ushqeheshin kur ishin të uritur, viheshin në shtrat kur ishin të lodhur dhe vishnin tenxheren kur ishin

Lavdëroni njerëzit një për një dhe grupet para të gjithëve

Nga libri Një bisedë serioze për përgjegjësinë [Çfarë të bëjmë me pritjet e mashtruara, premtimet e thyera dhe sjelljen e gabuar] autor Patterson Curry

Lavdëroni njerëzit një për një dhe grupe para të gjithëve Ky rekomandim është gjithashtu në kundërshtim me atë që zakonisht ndodh në organizata. Vetë ideja e çdo ceremonie të ndarjes së çmimeve është për t'u dukur përpara kolegëve dhe miqve. Megjithatë, sipas gjetjeve të hulumtimit, shumë

Më erdhi një mendim që më këshillonte të tërhiqesha në shkretëtirë dhe të jetoja së bashku me Perëndinë, një për një.

Nga libri Autobiografi autor Kavsokalivit Porfiry

E pranova mendimin që më këshilloi të tërhiqesha në shkretëtirë dhe të jetoja së bashku me Zotin, një për një. Mendja ime tashmë ka ikur në shkretëtirë”, kujtoi Plaku Porfir. - Mbetet vetëm t'i kërkosh plakut një bekim, të marrësh një çantë çante me krisur, të fshihesh në mënyrë që të këndosh vazhdimisht

Psalmi 46. Një Zot, një mbret, një popull

Nga libri Komentimi i Biblës së Re Pjesa 2 ( Dhiata e Vjetër) autori Carson Donald

Psalmi 45 Ps. 46 thërret të gjitha kombet që t'i japin lavdi një Perëndie të tillë (2), për të lavdëruar Zotin si Mbretin e gjithë dheut. Baza për këtë

39 fakt i çuditshëm: vlerësohet se gjenitë lindin - një në 10 mijë njerëz, dhe për disa arsye një në 5-10 milion bëhen gjeni.

Nga libri Gjeni i trurit autor Kuzina Svetlana Valerievna

39 fakt i çuditshëm: llogaritet se gjenitë lindin - një në 10 mijë njerëz, dhe për disa arsye një në 5-10 milion bëhen gjeni. Kjo do të thotë se tashmë sot, në fillim të shekullit të 21-të, rreth njëqind mijë njerëz për miliardë banorë. e planetit mund të zhvillohet në nivelin gjenial, por

Gjenetika- shkenca nuk është aspak e re, kërkimet në të kanë vazhduar për disa shekuj, duke filluar nga Mendeli në 1865 e deri në ditët e sotme. Termi "gjen" për një njësi të karakteristikave trashëgimore u propozua për herë të parë nga Johannsen në 1911, dhe në vitet 1940 u rafinua nga koncepti "një gjen - një enzimë" i propozuar nga Tatum dhe Beadle.

Ky pozicion u përcaktua në eksperimentet mbi mizat Drosophila, por njëlloj vlen edhe për njerëzit; Në fund të fundit, jeta e të gjitha qenieve përcaktohet nga ADN-ja e tyre. Molekula e ADN-së tek njerëzit është më e madhe se në të gjithë organizmat e tjerë dhe është më komplekse, por thelbi i funksioneve të saj është i njëjtë për të gjitha qeniet e gjalla.

Koncepti " një gjen - një enzimë”, e cila u ngrit në bazë të ideve të Tatum dhe Beadle, mund të formulohet si më poshtë:
1. Të gjitha proceset biologjike janë nën kontrollin gjenetik.
2. Të gjitha proceset biokimike ndodhin në formën e reaksioneve me faza.
3. Çdo reaksion biokimik kontrollohet përfundimisht nga gjene të ndryshme individuale.
4. Një mutacion në një gjen të caktuar çon në një ndryshim në aftësinë e qelizës për të kryer një reaksion të caktuar kimik.

Që atëherë, koncepti i "një gjen - një enzimë" është zgjeruar disi, dhe tani tingëllon si " një gjen - një proteinë". Përveç kësaj, hulumtimet më të fundit tregojnë se disa gjene veprojnë në bashkëpunim me të tjerët, duke rezultuar në formimin e proteinave unike, d.m.th., disa gjene mund të kodojnë më shumë se një proteinë.

gjenomi i njeriut përmban rreth 3 miliardë çifte nukleotide; besohet se përmban nga 50.000 deri në 100.000. Pas deshifrimit të gjenomit, rezultoi se kishte vetëm rreth 30,000 gjene.Ndërveprimi i këtyre gjeneve është shumë më i ndërlikuar nga sa pritej. Gjenet janë të koduara në fijet e ADN-së, të cilat, në kombinim me disa proteina bërthamore, formojnë kromozome.

Gjenet- jo vetëm segmente të ADN-së: ato formohen nga sekuenca koduese - ekzone, të ndërthurura me sekuenca jo-koduese - introne. Eksonet, si pjesë e shprehur e ADN-së, janë vetëm një pjesë e vogël e molekulës më të rëndësishme të organizmit; pjesa më e madhe e saj nuk shprehet, formohet nga introne dhe shpesh quhet ADN "e heshtur".

Madhësia dhe struktura e përafërt gjenomi i njeriut treguar në figurën e mëposhtme. Gjatësia funksionale e kromozomit të njeriut shprehet në centimorganide. Centimorganidi (cm) - distanca mbi të cilën probabiliteti i kalimit gjatë mejozës është 1%. Analiza e lidhjes së gjeneve ka treguar se gjatësia e gjenomit njerëzor është rreth 3000 cm.

E mesme kromozomi përmban afërsisht 1500 gjene, të koduara në 130 milionë çifte bazash. Figura më poshtë tregon në mënyrë skematike përmasat fizike dhe funksionale të gjenomit: i pari llogaritet në çifte nukleotide dhe i dyti është në cM. Shumica e gjenomit njerëzor përfaqësohet nga ADN-ja "e heshtur" dhe nuk shprehet.

Në shabllon i ADN-së Si rezultat i procesit të transkriptimit, sintetizohet ARN, dhe më pas proteina. Prandaj, sekuenca e ADN-së përcakton plotësisht sekuencën e proteinave funksionale të qelizës. Të gjitha proteinat sintetizohen si më poshtë:
ADN => ARN => proteina

Aparati gjenetik i njerëzve dhe i gjitarëve të tjerë është më kompleks se ai i organizmave të tjerë të gjallë, pasi seksionet e disa gjeneve te gjitarët mund të kombinohen me pjesë të të tjerëve. gjenet, që rezulton në sintezën e një proteine ​​krejtësisht të re ose kontrollin e një funksioni të caktuar qelizor.

Prandaj, është e mundur që një person të rrisë numrin e gjeneve të shprehura pa rritur në fakt sasinë e gjeneve të shprehura. ADN ose numri absolut i gjeneve.
Në përgjithësi, rreth 70% e të gjithë materialit gjenetik nuk është i shprehur.