§ 5. Изменения генов - мутации и рекомбинации

Подвергаться изменениям, мутировать, или рекомбинировать, может как целый структурный ген (цистрон), так и его части - мутоны и реконы (о которых мы говорили в предыдущем параграфе).

Много сведений об изменении гена дало исследование гемоглобина. Было установлено, что при тяжелом заболевании - серповидноклеточной анемии (см. главу VII, § 3) - эритроциты содержат аномальный гемоглобин (HbS) и имеют необычную, отличающуюся от нормальной форму (см. рис. 43). Нормальный гемоглобин (НbА) содержит четыре полипептидные цепи (две так называемые α- и две β-цепи, α-цепи HbS не отличаются от α-цепей НbА). Различие НbА и S заключается лишь в замене одного аминокислотного остатка, а именно глютаминовой кислоты на валин в шестом положении β-цепи.

Последовательность аминокислот в начальном участке β-цепи нормального (НbА) и измененного (HbS) гемоглобина следующая:

Глютаминовую кислоту кодирует в мРНК триплет ГАГ. Изменение в мРНК, ответственное за включение валина вместо глютаминовой кислоты, состоит в замене одного нуклеотида, а именно А на У, вследствие чего получается триплет ГУГ, кодирующий валин (см. табл. 1). На этом основании можно заключить, что в структурном гене ДНК, кодирующем β-цепь гемоглобина, семнадцатый нуклеотид, в норме представленный Т, заменен на А. Через некоторое время обнаружили еще один аномальный гемоглобин (НbС), вызывающий анемию, но менее тяжелую, а затем и многие другие варианты (около 100), отличающиеся по одному аминокислотному остатку в α- или β-цепях.

Кроме изменений одного азотистого основания, встречаются и другие типы изменений внутри гена:

Трансверсия - перемещение оснований из одной полинуклеотидной цепи ДНК в другую, например комплементарная пара А - Т переходит в Т - А, благодаря чему в одной цепи А заменяется на Т, а в другой, наоборот, Т на А.

Трансцизия - замена одной комплементарной пары на другую, например А - Т на Г - Ц, вследствие чего в одном и том же месте в обеих цепях двуспиральной ДНК заменяется одно основание.

Инверсия - перевертывание большого участка цистрона (или даже хромосомы), при которой происходит изменение положения участка на 180°. Обозначим буквами нуклеотидного "алфавита" отдельные участки цистрона: исходное положение было АТАТЦГАА, произошла инверсия в средней части участка (выделено полужирным) и получилась новая комбинация-последовательность нуклеотидов АТААГЦТА, что приводит к появлению новых свойств (так называемый эффект положения).

Делеция (нехватка) - выпадение одной, нескольких, а иногда многих пар оснований. Например, при выпадении среднего участка ТЦГА получается последовательность АТАА.

Дупликация - удвоение или увеличение в большее число раз какого-либо фрагмента, например АТАТЦГАТЦГАА.