Эксперимент Ниренберга и Ледера - Nirenberg and Leder experiment

Маршалл Ниренберг

В Эксперимент Ниренберга и Ледера был научным экспериментом, проведенным в 1964 г. Маршалл В. Ниренберг и Филип Ледер. Эксперимент выяснил триплетную природу генетический код и допустил оставшиеся неоднозначные кодоны в генетический код быть расшифрованным.

В этом эксперименте с помощью рибосома привязка проба называется анализ триплетного связывания, различные комбинации мРНК были пропущены через фильтр, содержащий рибосомы. Уникальные триплеты способствовали связыванию специфических тРНК к рибосоме. Связывая тРНК с ее специфическим аминокислота, можно было определить триплетную последовательность мРНК, кодирующую каждую аминокислоту.

Фон

Освальд Эйвери обнаружил, что вещество, ответственное за производство наследственных изменений у болезнетворных бактерий, не было ни белком, ни липидом, а дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК ). Он и его коллеги Колин МакЛауд и Маклин Маккарти предположил, что ДНК отвечает за передачу генетической информации. Потом, Эрвин Чаргафф обнаружили, что состав ДНК отличается от одного вида к другому. Эти эксперименты помогли открыть путь к открытию структуры ДНК. В 1953 г. с помощью Морис Уилкинс и Розалинд Франклин С Рентгеновская кристаллография, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предлагаемая ДНК структурирована как двойная спираль.[1]

В 1960-х годах ученым-загадочным ДНК нужно было разобраться, перевод сколько оснований будет в каждом кодовом слове, или кодон. Ученые знали, что всего было четыре базы (гуанин, цитозин, аденин, и тимин ). Они также знали, что было 20 известных аминокислоты. Георгий Гамов предположил, что генетический код состоит из трех нуклеотидов на аминокислоту. Он рассудил, что, поскольку существует 20 аминокислот и только четыре основания, единицы кодирования не могут быть одиночными (4 комбинации) или парами (только 16 комбинаций). Скорее он думал, что тройни (64 возможных комбинации) были единицей кодирования генетического кода. Однако он предположил, что тройни перекрываются и невырожденный.[2]

Сеймур Бензер в конце 1950-х годов разработал тест с использованием фаговых мутаций, который предоставил первую подробную линейно структурированную карту генетической области. Крик почувствовал, что он может использовать мутагенез и генетическую рекомбинацию фага для дальнейшего определения природы генетического кода.[3]в Крик, Бреннер и др. эксперимент с помощью этих фагов была подтверждена триплетность генетического кода. Они использовали мутации сдвига рамки считывания и процесс, называемый реверсии, для добавления и удаления различного количества нуклеотидов.[4] Когда нуклеотидный триплет был добавлен или удален из последовательности ДНК, кодируемый белок был минимально затронут. Таким образом, они пришли к выводу, что генетический код представляет собой триплетный код, поскольку он не вызывает сдвига рамки считывания.[5] Они правильно пришли к выводу, что код является вырожденным, что триплеты не перекрываются и что каждая нуклеотидная последовательность считывается с определенной начальной точки.

Экспериментальная работа

Multi-plater, разработанный Leder, помог ускорить процесс расшифровки генетического кода.[6]

Самый первый аминокислотный кодон (UUU, кодирующий фенилаланин) был расшифрован Ниренбергом и его постдоком. Генрих Маттай (видеть Эксперимент Ниренберга и Маттеи ) с использованием длинной синтетической РНК. Однако при создании подобных РНК, содержащих более одного основания РНК, порядок оснований был случайным. Например, может быть получена длинная РНК, которая имеет отношение U к C 2: 1, и поэтому она будет содержать кодоны UCU, CUU, UUC с высокой частотой. При трансляции рибосомами это будет производить белок, содержащий аминокислоты серин, лейцин и фенилаланин; но было невозможно сказать, какой кодон соответствует какой аминокислоте.[7]

Вместо этого группа Ниренберга обратилась к очень коротким синтетическим РНК. Они обнаружили, что тринуклеотид UUU (который является кодоном для фенилаланина) был способен вызывать специфическую ассоциацию тРНК, заряженной фенилаланином, с рибосомами. Эта ассоциация может быть обнаружена при пропускании смеси через нитроцеллюлозный фильтр: фильтр захватывает рибосомы, но не свободную тРНК; однако, если тРНК была связана с рибосомой, она также была бы захвачена (вместе с радиоактивным фенилаланином, прикрепленным к тРНК). Они аналогичным образом обнаружили, что тринуклеотиды AAA или CCC вызывают рибосомную ассоциацию лизин-тРНК или пролин-тРНК соответственно. [8]

Итак, план эксперимента был ясен: синтезировать все 64 различных комбинации тринуклеотидов и использовать анализ с фильтром с тРНК, заряженными всеми 20 аминокислотами, чтобы увидеть, какая аминокислота связана с каким тринуклеотидом. Однако получение чистых тринуклеотидов со смешанными последовательностями оснований, например GUU, было сложной задачей. В новаторских исследованиях Ледера использовались тринуклеотиды, полученные путем расщепления длинной случайной поли-GU РНК нуклеазой и очистки определенных тринуклеотидов с помощью бумажная хроматография[8]: он определил, что GUU, UGU и UUG кодируют аминокислоты валин[9], цистеин и лейцин[10], соответственно. Впоследствии группа Ниренберга сконструировала тринуклеотиды, используя ферменты для добавления оснований либо в начало, либо в конец динуклеотидов. Например, AGU может быть изготовлен из AG и U с полинуклеотидфосфорилаза; UAG может быть изготовлен из AG и U с рибонуклеаза А в высокой концентрации метанола.[11] Постдок Ниренберга Мертон Бернфилд использовали эти методы для определения того, что UUU и UUC кодируют фенилаланин, UCU и UCC кодируют серин, а CCC и CCU кодируют пролин, выделяя закономерность в том, как генетический код избыточно кодирует аминокислоты.[12] Многие другие сотрудники лаборатории Ниренберга и NIH внесли свой вклад в полную расшифровку генетического кода.[11]

Прием и наследство

Таблица генетического кода

На симпозиуме в Колд-Спринг-Харбор 1966 года между Ниренбергом и Хораной генетический код был почти полностью расшифрован. Ниренберг был награжден орденом 1968 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине. Он разделил награду с Хар Гобинд Кхорана из Университет Висконсина и Роберт В. Холли из Института Солка. Работая независимо, Хорана овладел синтезом нуклеиновых кислот, а Холли открыл точную химическую структуру транспортной РНК.

Нью-Йорк Таймс сказал о работе Ниренберга, что «наука о биологии достигла нового рубежа», что привело к «революции, которая по своему потенциальному значению намного больше, чем атомная или водородная бомба». Большая часть научного сообщества считала эти эксперименты очень важными и полезными. Однако были и те, кто был озабочен новой эрой молекулярная генетика. Например, Арне Тизелиус лауреат Нобелевской премии по химии 1948 года утверждал, что знание генетического кода может «привести к методам вмешательства в жизнь, создания новых болезней, контроля над разумом, влияния на наследственность, даже, возможно, в определенных желаемых направлениях».[13]

Рекомендации

  1. ^ Рассел П. (2010). iGenetics: молекулярный подход, 3-е издание. Пирсон / Бенджамин Каммингс.
  2. ^ Ливитт, Сара А. (2004). «Расшифровка генетического кода: Маршалл Ниренберг. Увлечение кодированием». Музей Штеттена, Управление истории NIH. В архиве из оригинала 9 февраля 2020 г.. Получено 2009-10-05.
  3. ^ Яновский С. (2007). «Установление триплетной природы генетического кода» (PDF). Клетка. 128 (5): 815–818. Дои:10.1016 / j.cell.2007.02.029. PMID  17350564. Получено 2018-01-24.
  4. ^ Crick F.H.C .; Brenner S .; Барнетт Л. и Уоттс-Тобин Р.Дж. (1961). «Общая природа генетического кода белков» (PDF). Природа. 192 (4809): 1227–1232. Bibcode:1961Натура.192.1227C. Дои:10.1038 / 1921227a0. PMID  13882203. Получено 2009-10-10.
  5. ^ Маттеи, Х.Дж., Джонс, О.У., Мартин, Р.Г., и Ниренберг, М.В. (1962). «Характеристики и состав единиц кодирования РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 48 (4): 666–677. Bibcode:1962ПНАС ... 48..666М. Дои:10.1073 / pnas.48.4.666. ЧВК  220831. PMID  14471390.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  6. ^ Ливитт, Сара А. (2004). «Расшифровка генетического кода: Маршалл Ниренберг. Научные инструменты». Музей Штеттена, Управление истории NIH. В архиве из оригинала 9 февраля 2020 г.. Получено 2009-10-05.
  7. ^ Джадсон Х. (1996). Восьмой день творения: создатели революции в биологии. Колд-Спринг-Харбор: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор.
  8. ^ а б Филип Ледер и Маршал Ниренберг (1964). «Кодовые слова РНК и синтез белков. Влияние тринуклеотидов на связывание мРНК с рибосомами». Наука. 145 (3639): 1399–1407. Дои:10.1126 / science.145.3639.1399. PMID  14172630.
  9. ^ Ледер П. и Ниренберг М.В. (1964). "Кодовые слова РНК и синтез белка, II. Нуклеотидная последовательность кодового слова валиновой РНК". PNAS. 52 (2): 420–427. Дои:10.1073 / пнас.52.2.420. ЧВК  300293. PMID  14206609.
  10. ^ Ледер П. и Ниренберг М.В. (1964). "Кодовые слова РНК и синтез белка, III. О нуклеотидной последовательности кодовых слов цистеина и лейцина РНК". PNAS. 52 (6): 1521–1529. Bibcode:1964ПНАС ... 52.1521Л. Дои:10.1073 / pnas.52.6.1521. ЧВК  300480. PMID  14243527.
  11. ^ а б Ниренберг, Маршалл (2004). «Историческое обозрение: Расшифровка генетического кода - личный кабинет». Тенденции в биохимических науках. 29 (1): 46–54. Дои:10.1016 / j.tibs.2003.11.009.
  12. ^ Бернфилд М.Р. и Ниренберг М.В. (1965). «Кодовые слова РНК и синтез белков. Нуклеотидные последовательности нескольких кодовых слов для фенилаланина, серина, лейцина и пролина». Наука. 147 (3657): 479–484. Дои:10.1126 / science.147.3657.479. PMID  14237203.
  13. ^ Плата, Э. (2000). "Профили в науке: документы Маршалла В. Ниренберга. Общественная реакция". Национальная медицинская библиотека. В архиве из оригинала 9 апреля 2020 г.. Получено 9 апреля 2020.

внешняя ссылка

Смотрите также