Главная > Химия > Биохимия, Т.3
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

26.15. Многие мутагенные канцерогены можно выявить по их мутагенному действию на бактерии

Многие опухоли у человека возникают в результате воздействия токсичных химических веществ. Поскольку эти химические канцерогены обычно мутагенны, можно думать, что повреждение ДНК лежит в основе и канцерогенеза, и мутагенеза. Эти соединения важно идентифицировать и оценить их потенциальную биологическую активность, чтобы свести к минимуму то воздействие, которое они оказывают на человека. Брюс Эймс (Bruce Ames) разработал простой и чувствительный тест для выявления химических мутагенов. На чашку Петри помещают тонкий слой агара, содержащий около клеток специально сконструированного тест-штамма Salmonella. Эти бактерии не способны расти в отсутствие гистидина, поскольку они несут мутацию в одном из генов биосинтеза этой аминокислоты. Добавление мутагена в центр чашки индуцирует появление множества новых

Рис. 26.14. Аналог тимина -бромурацил иногда спаривается с гуанином вместо аденина. Присутствие атома брома при увеличивает долю редкого таутомера, образующегося при сдвиге протона от к атому кислорода при

мутаций. Небольшая часть этих мутаций приводит к реверсии исходной мутации (возврат к дикому типу), так что клетки приобретают способность синтезировать гистидин. Эти ревертанты размножаются в отсутствие экзогенного гистидина и появляются в виде отдельных колоний на чашке после инкубации чашки в течение двух дней при 37°С (рис. 26.15). Например, -аминоан-трацена дают 11.000 колоний ревертантов по сравнению всего лишь с 30 спонтанными ревертантами в отсутствие этого мутагена. Можно легко поставить опыт с различными концентрациями исследуемого соединения, чтобы получить кривую доза-ответ. Обычно эта зависимость имеет линейный характер; отсюда следует, что пороговой концентрации в процессах мутагенеза нет.

Некоторые тест-линии чувствительны к заменам пар оснований, тогда как другие можно использовать для выявления делеций или вставок пар оснований (сдвигов рамки). Чувствительность этих штаммов, сконструированных специально для оценки мутагенов, увеличена генетически: они лишены системы эксцизионной репарации. Кроме того, у них нет липополисахаридной оболочки, которая обычно окружает клетки Salmonella. Отсутствие этого барьера облегчает проникновение в клетку потенциальных мутагенов. Еще одна важная особенность этой системы выявления мутагенов - добавление гомогената печени млекопитающих. Напомним, что некоторые потенциальные канцерогены превращаются в активную форму под действием ферментативных систем печени или других тканей млекопитающих (разд. 20.21). В бактериях эти ферменты отсутствуют, в связи с чем на чашку наносят несколько миллиграммов гомогената печени, чтобы активировать подобные мутагены. Например, соединение

Рис. 26.15. Тест на мутагены с использованием сальмонеллы. На чашку Петри посеяно примерно 109 бактерий, неспособных синтезировать гистидин. На чашку помещен кружок фильтровальной бумаги, пропитанный мутагеном. В результате возникает множество ревертантов, способных синтезировать гистидин. Эти ревертанты видны в виде ореола колоний вокруг белого кружочка. Небольшое число колоний на чашке спонтанные ревертанты. [Ames B.N., McCann J., Yamasaki E., Mutation Res., 31, 347 (1975).]

с реакционноспособной боковой цепью (дающее ему возможность образовать ковалентную связь с ДНК) и с ароматической группой (которое позволяет ему интеркалировать) обладает значительно большей мутагенностью, чем такое же соединение, состоящее из одной ароматической группы.

В настоящее время тест с использованием Salmonella широко используется для оценки опасности мутагенного и канцерогенного действия множества разнообразных химических соединений. Эта быстрая и недорогая бактериологическая проба на мутагенность дополняет эпидемиологические обследования и пробы на животных, которые всегда оказываются более трудоемкими, медленными и дорогими. Тест на мутагенность с использованием Salmonella - ответвление исследований взаимосвязи гена и белка у бактерий. Это - удивительный пример того, как фундаментальные исследования в области молекулярной биологии могут непосредственно внести важный вклад в здравоохранение.

Заключение

Последовательность оснований гена коллинеарна аминокислотной последовательности полипептидного продукта. Генетический код - это взаимосвязь между последовательностью оснований в ДНК (или соответствующего РНК-транскрипта) и последовательностью аминокислот в белках. Аминокислоты кодируются группами по три основания (они называются кодонами), начиная с фиксированной точки. 61 кодон из 64 кодирует определенную аминокислоту, а остальные три кодона и служат сигналами терминации. Таким образом, для большинства аминокислот имеется более одного кодового слова. Другими словами, код вырожден. Кодоны, определяющие одну и ту же аминокислоту, называются синонимами. В большинстве случаев синонимы различаются только последним основанием триплета. Некоторые последовательности вирусных ДНК кодируют более одного белка, так как их транскрипты транслируются в различных рамках считывания.

Генетический код един у всех живых организмов. Он был расшифрован в результате экспериментов трех типов. Во-первых, синтетические полирибонуклеотиды (полученные с помощью полинуклеотид-фосфорилазы) были использованы в качестве мРНК в бесклеточных системах синтеза белка, после того как было открыто, что кодирует фенилаланин. Во-вторых, тринуклеотид (подобный кодону в мРНК) специфически связывается с определенной тРНК, для которой он является кодовым словом. Были синтезированы все 64 трину-клеотида и проверена их способность стимулировать связывание определенных тРНК с рибосомами. В-третьих, в качестве мРНК были использованы синтетические полирибонуклеотиды с известной последовательностью. Например, на матрице синтезировался

Многие гены высших эукариот имеют «разорванное» строение. Кодирующие последовательности (экзоны) в таких генах разделены вставочными последовательностями (интронами), которые удаляются в ходе превращения первичного транскрипта в мРНК. Например, ген в-глобина млекопитающих содержит два интрона. Прерывистые гены, как и непрерывные гены, коллинеарны своим полипептидным продуктам.

Мутации обусловлены изменениями в последовательности оснований ДНК. Основные типы мутаций - замены, делеции и включения. Самый распространенный тип мутаций - замена одной пары оснований на другую. Замена одного пурина другим или одного пиримидина другим пиримидином называется транзицией. Трансверсия - замещение пурина пиримидином и наоборот. Мутации могут возникать вследствие спонтанной таутомеризации оснований или под действием аналогов оснований (например, -бромурацила) или других химических мутагенов (например, азотистой кислоты). Потенциальную канцерогенную активность многих веществ можно выявить по их мутагенному действию на бактерии.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

Вопросы и задачи

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление