Ауксотрофные мутанты и их значение в выяснении цепей биосинтеза. Гипотеза «один ген – один фермент»

Прототрофы – растут на минимальной среде.

Джлорж Бидл и Эдуард Тейтем справедливо предположили, что функцию генов можно изучать, повредив некоторые из них. Из работ Мюллера было известно, что при рентгеновском облучении генетического материала частота мутаций возрастает примерно в 100 раз. Поэтому Б. и Тейтем начали выращивать колонии Neurospora(красная хлебная плесень) в среде, содержащей лишь некоторые необходимые для питания этого грибка вещества, и затем облучали их рентгеновскими лучами. После такого облучения одни колонии размножались нормально, другие погибли, а третьи продолжали расти, но не могли нормально размножаться. Б. и Тейтем исследовали эту последнюю группу. Они пересадили грибки из нее в 1000 различных сред и к каждой из них добавили вещество, которое нормально развивающиеся грибки могут синтезировать самостоятельно. В среде №299, к которой был добавлен витамин B6, облученная культура стала расти нормально, что говорило о том, что облучение вызвало мутацию гена, отвечающего за синтез этого витамина. Для того чтобы определить, действительно ли имеет место генетический дефект, Б. и Тейтем скрестили облученные грибки с нарушенным синтезом витамина B6 со здоровыми. Оказалось, что это нарушение передается по описанному Менделем рецессивному типу. Опыты доказали, что определенные гены отвечают за синтез специфических клеточных веществ.

Различные ауксотрофные штаммы, растущие при добавлении к минимальной среде одного и того же вещества, не обязательно содержат мутации в одном и том же гене.

Каждый ген направляет синтез одного фермента. Мутация в одном из генов приводит к образованию нефункционального фермента, прерывая тем самым цепь метаболических превращений. Так, мутация в гене В приведет к возникновению блока на стадии превращения продукта А в продукт В. При этом продукт А будет накапливаться, а продукты В, С и пр. не образуются вовсе. Благодаря накоплению продукта А удается идентифицировать тот этап, на котором возникает блок в данной цепи метаболических превращений.

Цикл мочевины или орнитиновый цикл Мутация в гене org Е блокирует цепь превращений перед стадией биосинтеза орнитина. Этот блок можно обойти, добавив к среде орнитин (из которого клетка сама может синтезировать цитруллин, а затем и аргинин), цитруллин или аргинин. Мутацию в гене argF, блокирующую стадию превращения орнитина в цитруллин, с помощью добавки орнитина подавить не удается. Однако такой мутант способен расти как на аргинине, так и на цитруллине.

N-ацетилорнетин→Орнитин→ цитруллин →аргининосукцинат→ аргинин

При совместном культивировании различных штаммов в результате контакта между гифами может происходить их слияние, приводящее к образованию гетерокарионов-гибридных клеток, в цитоплазме которых одновременно присутствуют ядра из клеток различных штаммов. Если исходные штаммы несут мутации в различных генах, то образующиеся гетерокарионы могут приобрести способность расти на минимальной среде. И наоборот, если мутации аллельны, то при комплементационном тестировании не будет наблюдаться образования гетерокарионов с «диким» фенотипом, растущих на минимальной среде. Так, комплементационное тестирование многочисленных мутантов, нуждающихся в аргинине, позволило установить, что в метаболический путь биосинтеза этой аминокислоты вовлечены семь различных генов.

Гемоглобин α – 16 хромосома β-11, серповидноклеточная анемия-в β цепи вместо остатка глутаминовой кислоты – остаток валина→ гены определяют аминокислотную последовательность белков! → один ген – одна полипептидная цепь!