Молекулярная биология клетки. Том 1. Молекулярная биология клетки 2Molecular Bruce Alberts, Dennis Bray,Biology
 Скачать 25.6 Mb.
|
|
256(1), 102-111, 1987. Ureta Т., Radojkovic J. Microinjected frog oocytes. Bioessays, 2 , 221-225, 1985. 18. Freshney R.I. Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique. New York, Liss, 1987. 19. Herzenberg L. A. Sweet R.G., Herzenberg L. A. Fluorescence-activated cell sorting. Sci. Am., 234(3 ), 108-116, 1976. Kamarck M. E. Fluorescence-activated cell sorting of hybrid and transfected cells. Methods Enzymol, 151 , 150-165, 1987. Nolan G.P., Fiering S., Nicolas J.F., Herzenberg L.A. Fluorescence-activated cell analysis and sorting of viable mammalian cells based on beta-D-galactosidase activity after transduction of E. coli lac Z. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 85 , 2603-2607, 1988. 20. Harrison R.G. The outgrowth of the nerve fiber as a mode of protoplasmic movement. J. Exp. Zool., 9 , 787-848, 1910. 21. Ham R.G. Clonal growth of mammalian cells in a chemically defined, synthetic medium. PNAS, 53 , 288-293, 1965. Loo D. Т., Fuquay J. /., Rawson C. L., Barnes D. W. Extended culture of mouse embryo cells without senescence: inhibition by serum. Science, 236 , 200-202, 1987. Sirabasku D.A., Pardee А. В., Saw G.H., eds. Growth of Cells in Hormonally Defined Media. Cold Spring Harbor, NY, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982. 22. Ruddle F. H., Creagan R. P. Parasexual approaches to the genetics of man. Annu. Rev. Genet., 9 , 407-486, 1975. 23. Colowick S. P., Kaplin N. O., eds. Methods in Enzymology, vols. 1 -... San Diego, CA, Academic Press, 1955-1988. (Многотомное издание, содержащее общие и специальные статьи с описанием множества методов). Cooper T.G. The Tools of Biochemistry. New York, Wiley, 1977. Scopes R.K. Protein Purification Principles and Practice, 2nd ed. New York, Springer-Verlag, 1987. 24. Claude A. A coming age of cell. Science, 189 , 433-435, 1975. de Duve C., Beaufay H. A short history of tissue fractionation. J. Cell Biol ., 91 , 293s-299s, 1981. Meselson M., Stahl F. W. The replication of DNA in Escherichia coli. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 47 , 671-682, 1958. (Для демонстрации полуконсервативной репликации ДНК использовали центрифугирование в градиенте плотности). Palade G. Intracellular aspects of the process of protein synthesis. Science, 189 , 347-358, 1975. Sheeler P. Centrifugation in Biology and Medical Science. New York, Wiley, 1981. 249 25. Moore D.J., Howell K.E., Cook G.M. W., Ewans W.H. eds. Cell Free Analysis of Membrane Traffic. New York, Liss, 1986. Nirenberg N. W., Mattaei J. H. The dependence of cell free protein synthesis in E. coli on naturally occuring or synthetic polyribonucleotides. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 47, 1588-1602, 1961. Racker E. A. A New Look on Mechanisms of Bioenergetics. New York. Academic Press, 1976. (Бесклеточные системы в исследовании энергетического метаболизма). Zamecnic P. С. An historical account of protein synthesis with current overtones – a personalized view. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 34 , 1-16, 1969. 26. Dean P. D. G., Johnson W. S., Middle F. A. Affinity Chromatography: A Practical Approach, Arlington, VA, IRL Press, 1985. Gilbert M. T. High Performance Liquid Chromatography. Littleton, MA, John Wright-PSG, 1987. 27. Andrews A. T. Electrophoresis, 2nd ed. Oxford, U. K., Clarendon Press, 1986. Laemmli U. K. Cleavage of the structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685, 1970. 28. Celis J. E., Bravo R. eds., Two - Dimentional Gel Electrophoresis of Proteins. New York, Academic Press, 1983. O'Farrell P.H. High-resolution two-dimentional electrophoresis of proteins. J. Biol. Chem. 250 , 4007-4021, 1975. 29. Cleveland D. W., Fisher S. G., Kirschner M. W., Laemmli U. K. Peptide mapping by limited proteolysis in sodium dodecyl sulphate and analysis by gel-electrophoresis. J. Biol. Chem. 252 , 1102-1106, 1977. Ingram К М. A special chemical difference between the globins of normal human and sickle anemia hemoglobin. Nature, 178 , 792-794, 1956. 30. Edman P., Begg G. A protein sequenator. Eur. J. Biochem. 1, 80-91, 1967. (Первое описание автоматизированного секвенатора). Hewlck R. M., Hunkapiller M. W., Hood L. E., Dreyer W.J. A gas-liguid-solid phase peptide and protein seguenator. J. Biol. Chem. 256 , 7990-7997, 1981. Sanger F. The arrangement of amino acids in proteins. Adv. Protein Chem . 7 , 1 -67, 1952. Walsh K. A., Ericsson L. H. Parmelee D. C., Titani K. Advances in protein sequencing. Annu. Rev. Biochem. 50 , 261-284, 1984. 31. Chase G.D., Rabinowltz J.L. Principles of Radio Isotope Methodology, 2nd ed. Minneapolis, Burgess, 1962. Dyson N. A. An Introduction to Nuclear Physics with Applications in Medicine and Biology, Chichester, U. K., Horwood, 1981. 32. Calvin M. The path of carbon in photosynthesis. Science, 135, 879-889, 1962. (Один из первых случаев применения радиоизотопов в биологии). Rogers A. W. Techniques of Autoradiography, 3rd ed. New York, Elsevier/North Holland, 1979. 33. Anderton B. H., Thorpe R. C. New methods of analysis of antigens and glycoproteins in complex mixtures. Immunol. Today, 2 , 122-127, 1980. Coons A.H. Histochemistry with labelled antibody. Int. Rev. Cytol. 5 , 1-23, 1956. 34. Milstein C. Monoclonal antibodies. Sci. Am ., 243(4), 66-74, 1980. Yelton D. E., Schariff M. D. Monoclonal antibodies: a powerful new tool in biology and medicine. Annu. Rev. Biochem., 50 , 657-680, 1981. 35. Mabuchi L, Okuno M. The effect of myosin antibody on the division of starfish blastomeres. J. Cell Biol., 74 , 251-263, 1977. Mulcahy L. S., Smith M. R., Stacey D. W. Requirement for ras proto-oncogene function during serum stimulated growth of NIH 3T3 cells. Nature, 313 , 241-243, 1985. 36. Drlica K. Understanding DNA and Gene Cloning. New York, Wiley, 1984. Sambrook J., Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor, NY, Cold Spring Harbor Laboratory, 1989. Watson J. D., Tooze J. The DNA Story: A Documentary History of Gene Cloning. New York, W.H. Freeman, 1981. 37. Garoff H. Using recombinant DNA techniques to study protein targeting in the eucaryotic cell. Annu. Rev. Cell. Biol ., 1 , 403-445, 1985. Jackson lan J. The real reverse genetics: targeted mutagenesis in the mouse. Trends Genet., 3, 119, 1987. Kelly J.H., Darlington G.J. Hybrid genes: molecular appoaches to the tissue-specific gene regulation. Annu. Rev. Genet., 19 , 273-296, 1985. 38. Nathans D., Smith H. 0. Restriction nucleases in the analysis and reconstructuring of DNA molecules. Annu. Rev. Biochem., 44, 273-293, 1975. Smith H. 0. Nucleotide sequence specificity of restriction endonucleases. Science, 205 , 455-462, 1979. 39. Cohen S.N. The manipulation of genes. Sci. Am., 233(1), 24-33, 1975. Maniatis T. et al. The isolation of structural genes from libraries of eucaryotic DNA. Cell, 15, 687-701, 1978. 250 Nooick R.P. Plasmids. Sci. Am., 243(6), 102-127, 1980. 40. Cantor C. R., Smoth C. L., Mathew M. K. Pulsed-field gel electrophoresis of very large DNA molecules. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem., 17 , 287-304, 1988. Maxam A. M., Gilbert W, A new method of sequencing DNA. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 74 , 560-564, 1977. Southern E. M. Gel electrophoresis of restriction fragments. Methods Enzymol., 68 , 152-176, 1979. 41. Rigby P. W., Dieckermann M., Rhodes C., Berg P. Labeling deoxyribonucleic acid to high specific activity in vitro by nick translation with DNA polymerase I. J. Мої. Biol, 113 , 237-251, 1977. 42. Galas D. J., Schmitz A. DNAse footprinting: a simple method for the detection of protein-DNA binding specificity. Nucl. Acid Res., 5 , 3157- 3170, 1978. Gilbert W. DNA sequencing and gene structure. Science, 214 , 1305-1312, 1981. Prober J. M., et al. A system for rapid DNA sequencing with fluorescent chainterminating dideoxynucleotides. Science, 238 , 336-341, 1987. Tullius T. D. Chemical "snapshots" of DNA: using the hydroxyl radical to study the structure of DNA and DNA protein complexes. Trends Biochem. Sci., 12 , 297-300, 1987. 43. Berk A.J., Sharp P. A. Sizing and mapping of early adenovirus mRNAs by gel electrophoresis of SI endonuclease digested hybrids. Cell, 12 , 721-732, 1977. Hood L.E., Wilson J.H., Wood W.B. Molecular Biology of Eucaryotic Cells: A Problems Approach, pp. 56-61, 192-210, Mento Park, CA, Benjamin-Cummings, 1975. Wetmer J. G. Hybridization and renaturation kinetics of nucleic acids. Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 5 , 337-361, 1976. 44. Alwine J. C., Kemp D. J., Stark G. R. A method for detection of specific RNAs in agarose gels by transfer to diazobenzomethyl-paper and hybridization with DNA probes. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 74 , 5350-5354, 1977. Southern Е. М. Detection of specific sequences among DNA fragments separated by gel electrophoresis. J. Мої. Biol., 98 , 503-517, 1975. 45. Itakura K., Rossi J. J., Wallace R. B. Synthesis and use of synthetic oligonucleotides. Annu. Rev. Biochem., 53 , 323-356, 1984. Ruddle F. H. A new era in mammalian gene mapping: somatic cell genetics and recombinant DNA methodologies. Nature, 294 , 115-119, 1981. White R., Lalovel J. M. Chromosome mapping with DNA markers. Sci. Am., 258(2) , 40-48, 1988. McGinnis W., Garber R.L., Wirz J., Kuroiwa A., Gehring W.J. A homologous protein-coding seguence in Drosophila homeotic genes and its conservation in other metazoans. Cell, 37 , 403-408, 1984. 47. Gerhard D. S., Kawasaki E. S., Bancroft F. C., Shabo P. Localization of a unique gene by direct hybridization. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 78 , 3755-3759, 1981. Huten E., Kuroiwa A., Gehring W.J. Spatial distribution of transcripts from the segmentation gene fushi tarazu during Drosophila embryonic development. Cell, 37 , 833-841, 1984. Pardue M. L., Gall J. G. Molecular hybridization of radioactive DNA to the DNA of the cytological preparations. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 64 , 600-604, 1969. 48. Abelson J., Butz E., eds. Recombinant DNA. Science, 209 , 1317-1438, 1980. Gilbert W., Villa-Komaroff L. Useful proteins from recombinant bacteria. Sci. Am., 242(4), 74-94, 1980. 49. Lederberg J., Lederberg E. M. Replica plating and inderect selection of bacterial mutants. J. Bacteriol., 63 , 399-406, 1952. Nusslein-Volhard C., Wieschaus E. Mutations affecting segment number arid polarity in Drosophila. Nature, 287 , 795-801, 1980. 50. Palmiter R. D., Brinster R. L. Germ line transformation of mice. Annu. Rev. Genet., 20 , 465-499, 1986. Pellicer A., et al. Altering genotype and phenotype by DNA-mediated gene transfer. Science, 209 , 1412-1422, 1980. Rubin G. M., Spradling A. C. Genetic transformation of Drosophila with transposable element vectors. Science, 218 , 348-353, 1982. Shortle D., Nathans D. Local mutagenesis: a method for generating viral mutants with base substitutions in preselected regions of the viral genome. Proc. Nat. Acad. sci. USA, 75 , 2170-2174, 1978. Struhl K. The new yeast genetics. Nature, 305 , 391-397, 1983. 51. Melton D.A., Rebagliati M.R. Antisense RNA injections in fertilized eggs as a test for the function of localized mRNAs. J. Embryol. Exp. Morphol., 97 , 211-221, 1986. Rosenberg V.B., Preiss A., Seifert E., Jackle H., Knipple D.C. Production of phenocopies by Kruppel anti-sense RNA injection into Drosophila embryos. Nature, 313, 703-706, 1985. Weintraub H., Isant J. G., Harland R. M. Anti-sense RNA as a molecular tool for genetic analysis. Trends Genet., 1 , 22-25, 1985. 251 II. Молекулярная организация клеток Рис. 5.1. Электронная микрофотография окаймленных ямок и пузырьков на внутренней поверхности плазматической мембраны клетки печени. (Из Hirokawa и Heuser, Cell 30: 395-406, 1982.) 252 Рис. 5.П. Электронная микрофотография ДНК хромосомы человека. (С любезного разрешения Paulson и Laemmli.) 253 5. Основные генетические механизмы Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации в хаотичной Вселенной зависит от генетической информации, которая реализуется, сохраняется, воспроизводится, а иногда и совершенствуется в четырех генетических процессах - синтезе РНК и белка, репарации ДНК, репликации ДНК и генетической рекомбинации. Эти процессы, в которых создаются и поддерживаются клеточные белки и нуклеиновые кислоты, одномерны: в каждом из них информация, заключенная в линейной последовательности нуклеотидов, используется для образования либо для изменения другой линейной последовательности нуклеотидов (молекулы ДНК или РНК) или линейной последовательности аминокислот (молекулы белка). Поэтому генетические события проще для понимания, чем большинство других клеточных процессов, связанных с выражением информации, которую несут в себе сложные трехмерные поверхности белковых молекул. Быть может, именно благодаря этой относительной простоте генетических механизмов мы знаем и понимаем их гораздо лучше, чем большую часть других событий, происходящих в клетке. В этой главе мы рассмотрим молекулярные механизмы, обеспечивающие репарацию, репликацию и изменение клеточной ДНК. Мы увидим, что эти механизмы зависят от ферментов, расщепляющих, копирующих и рекомбинирующих нуклеотидные последовательности. Мы покажем далее, что вирусы, плазмиды и мобильные генетические элементы ведут себя в отношении этих и прочих ферментов как паразиты, не только используя их для собственной репликации, но и изменяя - посредством генетической рекомбинации - клеточный геном. Заключительная часть главы посвящена тому, как знание основных генетических механизмов реализуется практически в методиках выделения генов и генных продуктов. Для начала, однако, мы вновь вернемся к центральной теме, уже затронутой кратко в гл. 3, а именно к механизмам синтеза РНК и белка. 5.1. Синтез РНК и белка На долю белков приходится обычно более половины сухой массы клетки и синтез их играет главную роль в таких процессах, как рост и дифференцировка клеток, поддержание их структуры и функции. Синтез белка зависит от совместного действия нескольких классов молекул РНК и ему предшествует ряд подготовительных этапов. Сначала в результате копирования ДНК, несущей информацию о синтезируемом белке, образуется молекула матричной РНК (мРНК). Одновременно в цитоплазме клетки к каждой из 20 аминокислот, из которых строится белок, присоединяется молекула специфической транспортной РНК (мРНК), а к субъединицам рибосомы, на которой происходит синтез, присоединяются некоторые вспомогательные белковые факторы. Началом синтеза белка считается тот момент, когда эти компоненты объединяются 254 в цитоплазме, образуя функциональную рибосому. По мере того как молекула мРНК шаг за шагом продвигается сквозь рибосому, ее нуклеотидная последовательность переводится (транслируется) в соответствующую последовательность аминокислот, в результате чего создается определенная белковая цепь. Однако прежде всего необходимо ответить на вопрос о том, как образуются в клетке различные молекулы РНК. 5.1.1. РНК-полимераза «переписывает» заключенную в ДНК информацию в виде РНК: процесс транскрипции [1] Синтез РНК на ДНК-матрице называется транскрипцией. В результате транскрипции образуются молекулы мРНК, несущие информацию да Рис. 5-1. Синтез молекулы РНК, катализируемый РНК-полимеразой. Фермент начинает синтез у специального старт-сигнала в ДНК, называемого промотором, и заканчивает его у стоп-сигнала (сигнал терминации транскрипции), после чего полимераза и синтезированная готовая цепь РНК отделяются друг от друга. Скорость полимеризации при 37°С составляет примерно 30 нуклеотидов в 1 с, поэтому синтез цепи РНК длиной 5000 нуклеотидов длится около 3 мин. 255 Рис. 5-2. Реакция элонгации, катализируемая ферментом РНК-полимеразой. На каждом этапе из поступающих рибонуклеозидтрифосфатов отбирается один, способный к комплементарному спариванию с открытой матричной цепью ДНК, в результате к растущему 3'-ОН-концу цепи РНК добавляется рибонуклеозидмонофосфат (цветная стрелка), а пирофосфат (выделен цветом) высвобождается. Таким образом новая цепь РНК растет в направлении 5' → 3' и оказывается комплементарной матричной цепи ДНК. Движущей силой реакции является термодинамически выгодное изменение свободной энергии, сопровождающее высвобождение пирофосфата, и гидролиз пирофосфата до неорганического фосфата. Перемещающаяся вдоль спирали ДНК РНК-полимераза непрерывно раскручивает спираль впереди той точки, где происходит полимеризация, и вновь закручивает ее позади этой точки, высвобождая новосинтезированную цепь РНК. Поэтому небольшой участок РНК-ДНК-спирали (для бактериального фермента - около 17 пар нуклеотидов) существует лишь короткое время. Готовый РНК-продукт высвобождается в виде одно-цепочечной копии одной из двух цепей ДНК. синтеза белка, а также транспортные, рибосомные и другие виды молекул РНК, выполняющие структурные и каталитические функции. Синтез этих молекул РНК, т. е. синтез РНК-копий нуклеотидных последовательностей тех или иных участков молекулы ДНК, катализируется ферментами, которые называются |