Био-инфо-ресурсы: пример Уотсона

Изменено: 08.12.2018 Posted on

Проект развития общих ресурсов включает развитие главной англояз. ВИКИПЕДИИ, через национальные- сравнивая здесь число их страниц, как  Домены биобелков (1с.ру! — англ.11с)  с МБК (см.ниже Молекулярная биология гена Уотсон Дж. и последние англ.Molecular Biology of the Cell  ContentsMBOC, 5Ed- Chapter 21: Sexual Reproduction: Meiosis, Germ Cells, and FertilizationiBiology Seminar videos with Molecular Biology of the Cell, Sixth Edition,Chapter 20: Cancer 6 Edition +  Translations of previous editions :  http://www.lavoisier.fr,   http://www.wiley-vch.de, http://www.zanichelli.it, http://www.newtonpress.co.jp/cell4/, http://www.grupoa.com.br, RUSSIAN Regular & Chaotic Dynamics (5 изд.2008- М., 2013), http://www.ediciones-omega.es

(Прежние, с 2011 — статьи, тексты по био- (хим-2003), Принципы, теории, эксперименты (с радиоуглеродом, С-14 — 2005, статья 2008, отчеты 2013, и др.), Описание нобелевских работ, их логики и развития, по биологии, физиологии и медицине194 работ лауреатов, их биографии и связи.  Школа по биологии — Заочная школа по биологии, материалы по биохимии, для олимпиад: МБО

Общая биология: 40% Ботаника      20%   Зоология 20% Человек 20%
Предметы Система Авто- трофные (растения) переход   : гетеротрофные мало- подвижные (животные) размер связь части
Биохимия МБ  Генетика Прокариоты циано- фото- хемо-архе мико- актино- αβγε- протео- спиро- бактерии 1 мкм  регул Обмен веществ Хим.состав и функции
з-ныМенделя

Цитология

Эукариоты 1 Alba Водоросли 30 без- Жгутиковые: Mastigoph. Фито-лейко Zoa Зоо-флагеляты Саркодовые Sarcodina СпоровикиSporozoa Миксоспорид.Myxozoa инфузорииCiliophora 10-300мкм П-киназы А,С Общий обзор организма:клетки
Гистология Много-   клеточные красные, бурые, зеленые МхиHepaticae лишайники  Lichenes 20 Грибы, слиз.100 Fungi Губки 10 Кишечнополостные 9 черви:плоские 1-полостные(круглые) 1-30см цАМФ ,Са фактор.роста Ткани, развитие,с. экто-мезо-эндо-дерм.ЖКТ
Анатомия  и Сосудистые псилофиты плауны Lyco- Хвощи -членистые папоротники Pterido-Ptero- Щупальцев.5 Tentaculata Моллюски 150 Mollusca черви  не-цел.морские членистые:кольчецы18 членистоногие 1300 0.001-1м Гормоны желез СС и НС- органы чувств, дыхания, питания,выделения
Физиология 2-ротые Семенные: Голо-(Gymn Покрыто-1- Angiosperm. 2-дольные Иглокожие 6 Echinoder. Полу-Proto хордовые chordata 2 Позвоночные:рыбы 25 Четвероногитетраподы19 0.1-30м Тропные гГГ ВНД:речь,мышление ЦНС (н.трубка, части мозга)
Экология — свет:ярусы, пищ.цепи пирамида энергии Эволюция   Соотв. среде, Отбор: иск. ест Древесные: дерев, куст Сады Леса хв-ли Лесо- Травы :много-дву Поля Степи Растение- п-1-лет:оз-яр-эф Луга П-пустыни Луговод. Прикрепл. дно,бентос Моря океан микология Фильтраторы донные Поверхность абиссаль Промыслы 15т Водные +хищникипелагиальЖивотно-водство: 70подвижные, плавающиеНектонВоды и почваРыбо-..птице- ЭтологияВсе среды, суша и воздухЗверо,свино-Ветеринария Медицина2 млрд.видов организмовБиосфера,М=10СХ:2зерн 2 овощи+1 мясо-м 1 вид, 6.5 млрд. человек(0.5млрд.т) населен. пункты НоосфераНаука Т ПроизводствЭнергия:СН-10млрд.т/год)

*эту систему может объяснять общий язык (е-3K) и разделения 3 царств «Системы природы» Линнея, мира минералов, растений и животных, с «первого уравнения» Лавуазье (1У далее): угле-воды +кисло-род = угле-кислота + вода (+тепло-род, обратно- ФС- свет)

современное (в символах Берцелиуса): (СН2О) + О2 <=> СО22О +Е

будущее (квант.атомной теории, № х.э.): (6 128) + 82 <=> 6 82 +128 +(kT/hv)

— через комбинации частей- соединений, ред-окс- дыхания-фотосинтеза (1У), С(0/+4)О2  и Т-эффекты (green — ice «химических» Т— карбона и мела — поглощения СО2  растениями и животными в скелетах, карбонатов-фосфатов позвоночных, циклы Вильсона, как кембрий-«взрыв» жизни — предыдущий «мел» — образование скелетов СаСО3). Сопряжение 1У с другими элементами, циклами до О серы S, NPK, 2nxn Ридберга до экзопланет и химии — конца Период.системы х.э. (№118Og =2+2(8+18+32) 7 периодов- «формулы Og от древних 4 элементов и «7 металлов- планет- периодов» до «планетарных» единиц.Более глубокий анализ механизма ТД и молекулярных машин, тепловых насосов типа холодильника, обратимых и связанных со средой, включает механическую часть и потоки масс, циркуляции и размер систем, в т.ч. через рецепторы-медиаторы и др.   Отсюда- общий анализ строения и функций типа дыхания, О2/СО2 для разных организмов,  м.б. центр возможностей-высокой энергии (как био-физики, ядра клеток с С-14) в ДНК-ядре, хлоропластах, фотоС типа связывающегося с разными органеллами фитохрома растений -см.академ. — Изотопы и уровни систем

Содержание планируемых пособий : 1. Молекулярная и клеточная биология:ч.1. Биохимия2. Молекулярная и клеточная биология: Биополимеры и организация клетки. 3. Генетика и механизмы эволюции. 4. Эволюция и система видов. Растения. 5. Животные. Экология. 6. Человек. 7. Человек и его здоровье. 8- дополнительные материалы:Начала медицинских знаний. Общая медицина, биохимия, фармакология, лекарственные средства, препараты, указатель и описание работ и развития биологов и медиков, Нобелевских лауреатов, связанных с фармакологией и медициной. Учебники и разделы лауреатов и др. Таблица лекарств и болезней, изучаемых ведущими учеными и лауреатами Нобелевских премий — НП по физиологии и медицине, пример:

Dog drooling difficulties
Everyone loves a delicious treat to eat. Russian scientist and Medicine Laureate Ivan Pavlov saw that dogs drooled without even seeing the food. Why? Try the Pavlov’s Dog Game — a desktop game that can teach both young and old about conditioned reflexes.  arrow Try the Pavlov’s Dog Game
Pavlov's Dog.
Pavlov’s Dog Game

В конце- содержание книги Э.Кандела (НП 2000) о памяти, воспоминания с Вены

Ниже пример- развитие Уотсона (4 с. при англ.

от орнитологии —  зоологии до генетики с Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» и  Индианы,С.Лурия (узнал от итал.Э.Ферми?), пошел в Кавендишскую лабораторию Кембриджа изучать структуру белков с физиком Фрэнсисом Криком, с биологией и структурой ДНК, построили двухспиральную модель (см.его Двойная спираль. Воспоминания об открытии структуры ДНКФотография 51  30.5.53 Nature), 20 лет (1956—76) Гарварда, 25 лет завлаб Колд-Спринг-Харбор, генетик рака, в 1989-92 — проектом «Геном человека», в 2000-07 в связи цвета кожи с половым влечением, темнокожих либидо обвинялся в расизме, в 2008 стал honoris causa МГУ, где Сергей Капица назвал его «несомненно самым выдающимся учёным нашего времени» (медаль купил вернуть Усманов, обвиненный Навальным во взятках премьеру, хотел ответить, как Чубайс с Роснано в шоу Собчак, сейчас можно предложить с также пострадавшим и оплачивавшим премии Гамова RASA Дерипаской организовать центр Уотсона-Гамова).

Нобелевская премия по физиологии и медицине 62 г., «за открытия в области молекулярной структуры нуклеиновых кислот и за определение их роли для передачи информации в живой материи», с Фрэнсисом Криком и Морисом Г.Ф. Уилкинсом

Nobel Lecture The Involvement of RNA in the Synthesis of Proteins — переход от ДНК к генкоду Г.

 У. заинтересовался генетикой и с 1947 г. начал обучение в Индиане у Германа Дж. Мёллера (НП 46)и бактериолога Сальвадора Лурия (НП 69), за диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии) получил в 1950 г. степень доктора философии, но изучение биохимических свойств дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) бактериофага, эксперименты стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.

Нуклеиновые кислоты впервые были открыты в ядре человеческих клеток швейцарским исследователем Фридрихом Мишером в 1869 г. В начале XX в. биологам и биохимикам удалось выяснить структуру и основные свойства клетки. Было установлено, что одна из нуклеиновых кислот, ДНК, представляет собой чрезвычайно большую молекулу, состоящую из структурных единиц, названных нуклеотидами, каждый из которых содержит азотистые основания.

К 1944 г. американский биолог Освальд Авери, работая в Рокфеллеровском институте медицинских исследований (в настоящее время Рокфеллеровский университет), представил доказательства, что гены состоят из ДНК; как и в 1952 г. Альфред Херши с Мартой Чейз.  ДНК контролирует основные биохимические процессы, происходящие в клетке, но ни структура, ни функция молекулы не были известны.

Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул ДНК и показала, что они представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. Ради мысли исследовать химическую структуру нуклеиновых кислот общество по изучению детского паралича выделило субсидию и в октябре 1951 г. он отправился в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Джоном К. Кендрю, познакомился с Фрэнсисом Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим в то время докторскую диссертацию. Они в 1952 г. решили попытаться определить структуру ДНК, из моносахаридов пентоз, фосфата и четырех азотистых оснований:аденина, тимина (в РНК – урацила), гуанина и цитозина. 8 месяцев У. и Крик обобщили  результаты в сообщение о структуре ДНК в феврале 1953 г. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК из шариков, кусочков картона и проволоки.

Согласно модели Крика – Уотсона, ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином. С помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК. Две части молекулы ДНК отделяются друг от друга в местах водородных связей, похоже на расстегивание застежки-молнии. Из каждой половины прежней молекулы синтезируется новая молекула ДНК. Последовательность оснований функционирует как матрица, или образец, для образования новых молекул ДНК. Открытие химической структуры ДНК было оценено во всем мире как одно из наиболее выдающихся биологических открытий века.

После опубликования описания модели в английском журнале «Нейче» («Nature») в апреле 1953 г. тандем Крика и У. распался. У., Крик и Уилкинс получилиНобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 г.«за открытия в области молекулярной структуры нуклеиновых кислот и за определение их роли для передачи информации в живой материи». В речи презентации А.В. Энгстрём из Каролинского института охарактеризовал ДНК как «полимер, составленный из строительных блоков нескольких типов – моносахарида, фосфата и азотистых оснований». «Моносахарид и фосфат – повторяющиеся элементы гигантской молекулы ДНК, –…четыре типа азотистых оснований. Открытием является порядок пространственного соединения этих строительных блоков», «открывает самые неожиданные возможности для разгадки механизма контроля и переноса генетической информации».

 

Американский молекулярный биолог Джеймс Девей Уотсон родился 6 апреля 1928 г. в Чикаго (штат Иллинойс) в семье Джеймса Д. Уотсона, бизнесмена, и Джин (Митчелл) Уотсон и был их единственным ребенком. В Чикаго он получил начальное и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе «Викторины для детей». Лишь два года проучившись в средней школе, У. получил в 1943 г. стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Став бакалавром естественных наук в университете Чикаго в 1947 г., он продолжил образование в Индианском университете Блумингтона.  Субсидия дала ему продолжить исследования бактериофагов в Копенгагенском университете в Дании. Весной 1951 г., во время пребывания на симпозиуме в Неаполе (Италия), У. встретил Мориса Г.Ф. Уилкинса, английского исследователя.Через год с небольшим У. был назначен старшим научным сотрудником кафедры биологии Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 г., когда он работал ассистентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат Массачусетс), судьба вновь свела его с Криком, вел совместные исследования до 1956 г. В 1958 г. У. был назначен адъюнкт-профессором, а в 1961 г. – полным профессором. С 1968 г. У. – директор лаборатории молекулярной биологии в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Исланд). Отказавшись от должности в Гарварде в 1976 г., он посвятил себя руководству исследованиями в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. (Cold Spring Harbor Laboratory). Под его руководством прославленное, но испытывающее финансовые проблемы учреждение получило вторую жизнь. Уотсон направил энергию ученых лаборатории в область вирологии опухолей, на сегодняшнее понимание онкогенов (раковых генов) и молекулярной основы рака. В 1994 году он стал президентом Лаборатории.

В 1988 году Уотсон был назначен заместителем директора исследования генома человека, проводимого Национальным институтом здоровья (National Institutes of Health), а в 1989 году — директором Национального центра исследования генома человека при Национальном институте здоровья. В 1992 году Уотсон оставил свой пост в Национальном центре исследования генома человека после успешного проведения всемирных исследований по картированию и секвенированию генома человека.

Значительное место в его работе заняли нейробиология и изучение роли вирусов и ДНК в развитии рака.

В 1968 г. У. женился на Элизабет Леви, ранее работавшей ассистентом в лаборатории. У них родились два сына; семья живет в построенном в XIX в. доме на территории университетского городка. У. – автор «Молекулярной биологии гена» («The Molecular Biology of Gene», 1965), одного из наиболее известных и популярных учебников по молекулярной биологии, «Рекомбинантных ДНК» и др.

Среди многочисленных премий и наград У. – премия Альберта Ласкера Американского национального общества здоровья (1960), почетные степени 32 университетов и  9 книг:«Молекулярная биология гена» (1965, 1970, 1976, 1987), «Двойная спираль» (1968), «История ДНК» (1981), «Молекулярная биология клетки» (1983, 1989, 1994), «Рекомбинантная ДНК:краткий курс» (1983, 1992), «Страсть к ДНК» (2000), «Гены, девушки и Гамов:после двойной спирали» (2002), «ДНК:секрет жизни» (2003), «Избегайте скучных людей:уроки из жизни в науке» (2007).

Библиография работ Джеймса Уотсона

1.Watson J.D., Crick F.H.C.Molecular structure of nucleic acids // Nature. 1953. V. 171. P. 738-740.2.Watson J.D., Crick F.H.C.Genetic implications of the structure of deoxyribose nucleic acid // Nature 1953 V. 171.P. 964-967.  КрикOn the Genetic Code

Код ДНК Джеймса Уотсона — часть 1—  — часть 2 о коде ДНК. Книги Уотсон Джеймс (3 книги)Уотсон Джеймс отзывы…https://youtu.be/9ue8M1e352Q

В  Избегайте занудства. Уроки жизни, прожитой в науке  («Avoid boring people» описал свой жизненный путь, с самых ранних лет до 48

1- связь с физиками и нобелевскими последних лет за репарацию (2015) и биочасы (2017):

…Силарду недавно исполнилось пятьдесят, и он работал профессором биофизики и социологии в Чикагском университете. С ним должен был приехать младший коллега, Аарон Новик, который тоже прошел курс по фагам в Колд-Спринг-Харбор в 1947 году. Лео незадолго перед тем получил небольшой грант Фонда Рокфеллера, позволявший ему поддерживать, на его собственный выбор, проходящие на Среднем Западе генетические симпозиумы. …

Силард родился в Будапеште в 1898 году в богатой семье. Отличавшийся незаурядным интеллектом, он учился физике и стал работать в Берлине, где близко познакомился с Альбертом Эйнштейном и где вместе с Эрвином Шрёдингером с 1925 по 1932 год преподавал современную физику. Он был евреем и благоразумно покинул Берлин в тот месяц, когда Гитлер пришел к власти. Вскоре он оказался в Англии, где выяснилось, что льющийся из него бурный поток идей плохо сочетается с более размеренным течением английской науки. Он редко проводил больше нескольких месяцев на одном месте, поэтому для экспериментальной проверки всех его теоретических догадок никогда не хватало времени. Кроме того, его стремление патентовать идеи, имеющие коммерческое приложение, создало у принимавших его английских ученых впечатление, что он больше дорожил деньгами, чем идеями. В этом они были на все сто процентов не правы. Только благодаря деньгам, полученным за все его германские патенты, часть — вместе с Эйнштейном, Лео смог изыскать достаточно средств, чтобы остаться в науке… явившееся ему в 1933 году в Лондоне как откровение понимание природы ядерного распада. При нем выделяется больше нейтронов, чем поглощается, что позволяет высвободить огромную энергию атома, описываемую знаменитым эйнштейновским уравнением Е = mс2. Если бы технология, дающая возможность осуществлять такой распад, оказалась в руках нацистов и позволила им производить атомные бомбы, в их руках оказалась бы вся сила, необходимая им для завоевания мира. Лео в тайне переуступил свой патент Британскому Адмиралтейству, в чем он признался своим близким друзьям только после того, как в 1939 году в Берлине был успешно проведен эксперимент по расщеплению атома урана. До этого Лео ошибочно выбрал вначале бериллий, а затем индий, считая, что именно эти элементы с большой вероятностью могли позволить получить требуемую цепную реакцию…вскоре работавший в Париже Фредерик Жолио вопреки советам Лео опубликовал свое открытие, что распад урана-235 приводит к высвобождению двух нейтронов, а не одного. После этого Лео стал прилагать все мыслимые усилия, чтобы Соединенные Штаты как можно быстрее создали атомное оружие. Именно он написал первый черновой вариант знаменитого письма Эйнштейна Рузвельту, отправленного осенью 1939 года, а в следующем году добился принятия итальянца Энрико Ферми, лауреата Нобелевской премии 1938 года, в то время работавшего в статусе беженца на отделении физики Колумбийского университета, в проект, посвященный распаду урана. Через два года он вместе с Ферми перешел из Колумбийского университета в Чикагский, где в 1942 году состоялось решающее испытание построенного ими ядерного реактора. Лео был сочтен слишком независимым, чтобы войти в состав руководимой военными команды, поэтому в отличие от Ферми был отстранен генералом Лесли Гровсом, тогда возглавлявшим Манхэттенский проект, от последующей деятельности в Лос-Аламосе по созданию бомбы. Но, как только прошли успешные испытания первых бомб, Лео приложил все усилия, чтобы добиться гражданского, а не военного подчинения для Комиссии по атомной энергии.

Теперь Лео увлекся проблемой поиска генетической основы жизни. Пройдя в 1947 году курс по фагам, он решил регулярно собирать вместе способных людей, чтобы узнавать от них новые факты, …важнейший новый результат был доложен самими Силардом и Новиком. За последние шесть месяцев они пришли к убеждению, что, несмотря на более чем открыто декларируемые Максом Дельбрюком сомнения, выводы Джошуа Ледерберга, продемонстрировавшего генетическую рекомбинацию у Е. coli, вовсе не были ошибочны. Лео в полном восторге написал Максу Дельбрюку и Сальве Лурия, что съест свою шляпу, если кому-то удастся опровергнуть результаты проведенных им и Аароном новых экспериментов. … в середине ноября Ренато заметил, что больше стерильных пятен, возникающих в местах размножения фагов, было в чашках, находившихся в верхней части стопок. Внизу доходило меньше света от недавно установленных флюоресцентных ламп, стерильных пятен было меньше. убедив Ренато в том, что видимый свет способен компенсировать часть урона, наносимого ультрафиолетом, — эффект, вскоре получивший название «фотореактивация». Я незамедлительно занялся проверкой того, происходит ли фотореактивация и с фагами, инактивированными рентгеном, но, к своему разочарованию, обнаружил лишь слабый, возможно статистически недостоверный, эффект. …Сальва уже воспроизвел множественную реактивацию в условиях освещенности, недостаточной для фотореактивации….Келнер с восторгом сообщал Лурия о своем сделанном в начале сентября открытии, что убитые ультрафиолетом бактериальные и грибные клетки можно воскресить с помощью видимого света. Перед этим Келнера несколько месяцев преследовали невоспроизводившиеся результаты — он предполагал, что причиной была разница в температурных условиях, в которых находились подверженные воздействию ультрафиолета культуры бактерий. Вскоре после того, как Дульбекко и я уехали из Колд-Спринг-Харбор, Келнер обнаружил, что неподконтрольным фактором, путавшим карты в его экспериментах, был видимый свет, а не температура.

…в лаборатории Силарда и Новика, помещавшейся в бывшей синагоге заброшенного еврейского приюта в убогом квартале по соседству с Чикагским университетом. Будучи физиком, Лео понимал, что видимый свет сам по себе едва ли мог обеспечить достаточное количество энергии, чтобы компенсировать урон, наносимый ультрафиолетом. Но он с интересом узнал от Ренато, что видимый свет не оказывал никакого эффекта на фагов, находящихся вне бактериальных клеток. Свет срабатывал только после того, как поврежденные фаги попадали внутрь заражаемых ими бактерий. Лео немедленно стал говорить о необходимости проверить, можно ли в таком случае обратить с помощью видимого света и вызванные ультрафиолетом мутации. Чтобы ответить на этот вопрос, они с Новиком провели в последующие шесть месяцев новые эксперименты, которые показали, что созданные с помощью ультрафиолета мутации действительно «вылечиваются» видимым светом в той же пропорции, в какой им реактивируются убитые ультрафиолетом бактерии… Только перед самым Рождеством я осознал, что используемый мною в Индианском университете рентген вызывал образование не только очень короткоживущих свободных радикалов, но также и намного более стабильных промежуточных продуктов типа перекисей, сохранявшихся и после выключения рентгеновского излучателя. Не предвидев этого, я не учитывал время, прошедшее с момента облучения рентгеном до проведения анализа на жизнеспособных фагов. Я продолжал свои эксперименты, вносившие скорее неразбериху, чем ясность, вплоть до следующей устроенной по инициативе Силарда встречи в Блумингтоне перед самой конференцией в Национальной лаборатории в Оук-Ридж, на которой должны были выступать Лурия и Дельбрюк…объясняя результаты, три года назад поставившие Дельбрюка в тупик. В конечном итоге Дельбрюк вынужден был разъяснить для всех то, что Силард и Новик вдвоем не смогли четко изложить. После одновременного заражения фагами Т2 и Т4 у некоторых дочерних частиц оказывался генотип фага Т2, но фенотип фага Т4, и наоборот. На самом деле полученный Лео и Аароном результат был в научном плане блистателен. …через два года они подготовили по этим материалам статью для Science… Nature. Прочитав черновой вариант рукописи Дульбекко о фотореактивации у фагов, Келнер почувствовал себя обкраденным. …Мэнни Дельбрюк ждала второго ребенка в августе. …Ренато не собирался возвращаться из этой поездки, потому что Макс переманил его в Калтех, пообещав большую интеллектуальную независимость и стабильность, чем были у него в Индиане. Подходила к концу моя работа ассистентом на курсе орнитологии. К тому времени я уже знал, куда водить экскурсантов, чтобы показать им хохлатую желну — дятла размером с ворону, ареал которого тяготеет к югу, из-за чего мне никогда не удавалось увидеть его в окрестностях Чикаго….лаборатории Керкхоффа, построенной двадцатью годами раньше для команды биологов, собранной Томасом Морганом, приехавшим в Калтех в 1928 году. Морган в то время уже четыре года как умер, и секцию биологии возглавлял новый заведующий, Джордж Бидл. Его переманили из Стэнфорда, чтобы ввести Калтех в новую эру генетики микроорганизмов.Один из первых шагов Бидла состоял в том, чтобы убедить Макса вернуться в Калтех. С 1946 года Макс и Мэнни жили всего в десяти минутах ходьбы от лаборатории …с фагами, убитыми перекисью водорода. Лурия отнюдь не считал…Гунтер Стент, уже больше года проработавший в лаборатории Дельбрюка, исследовал, как триптофан влияет на прикрепление бактериофага Т4 к клеткам Е. coli. Кроме того, там был также французский ученый Эли Вольман, родители которого, евреи, тоже бывшие учеными, погибли в нацистских лагерях. Вольман всегда чувствовал себя напряженно в компании молодого химика Вольфа Вайделя, немца, который был его соседом по лабораторной комнате. Но Гунтер, хотя он тоже был евреем, вскоре очень подружился с Вольфом, которому, с его тевтонским воспитанием, было тяжело называть Макса Дельбрюка по имени.

 

2- «когда я оставил преподавание в Гарвардском университете и стал директором института в Колд-Спринг-Харбор, и дальше через годы директорства…  детство  в Чикаго, среди книг, в Чикагском университете преподавали эволюцию, попал в науку 20 лет. А в 24 года я уже закончил университет…если бы я поступал в университет в положенном возрасте, то открытие 2с ДНК досталось бы кому-то другому…учитесь как можно раньше, в 20 лет мы уже готовы к самостоятельным решениям»…проект HapMap с анализом так называемых SNP-маркеров (single nucleotide polymorphism, замена одного нуклеотида на другой в нуклеотидной последовательности). У китайцев и японцев, например, может быть одна частота встречаемости той или иной нуклеотидной замены, то есть снип-маркера, а у африканцев — другая.Гипотетически, подобное различие свидетельствует об эволюции, происходящей с момента географического отделения одной части популяции от другой…).

Science писал в 1990 году: «для многих в научном сообществе, Уотсон уже давно вроде дикаря, и его коллеги склонны задержать дыхание, когда он отклоняется от сценария.» В 1997 году он заявил Британской газете, что женщина должна иметь право прервать беременность, если тесты могут определить, что ребенок будет гомосексуалистом, «гипотетически», связь между цветом кожи и половым влечением, что черные люди имеют более высокое либидо, и «глупость» может в один прекрасный день излечивается; «люди говорят, что было бы ужасно, если бы все девушки стали красивые. Я думаю, что это будет здорово». Антирасистские активисты призвали доктора Ватсона рассматривать в контексте расовых законов ненависти. Надеясь на скрининг и генную инженерию  человека  и красоты доказывал, что глупость — это болезнь, надо лечить, как и ожирение.

 

Ученики его — лауреаты  Р.Робертс и Ф.Шарп (как и Дэвис, Туз, Берни[d], больше можно найти на других языках (араб.العربية, наш Бел.Espहिन्दीIndاردو中文DaEnglish (очевидно, исключая нем., фр.?) с 14 с. узнаем учебник Молекулярная Биология Гена (1965) и бестселлер двойной спирали (1968).[15]

что увлекли его Нобелевский лауреат Герман Меллер, в 1922-30 развивший молекулы наследственности, что Шредингер представил в своей книге 1944.[27]  С.Лурия, в 1969 году Нобелевскую премию в физиологии или медицину за Лурия–Дельбрюка эксперимент,  генетических мутаций. используют вирусы , которые заражают бактерии, называют бактериофагами. Он и Макс Дельбрюк (реальный создатель МолБио, друг Гамова и учитель его сына)- лидеры «Фаговой группы,» перехода от Дрозофилы к микробной генетике, от белков и самовоспроизведения[31] хромосом, к ДНК- «глупый тетрануклеотид»  структур до Эвери–Маклеода–Маккарти эксперимент, в колд-Спринг-Харбор лаборатории (в мире)[29][30] открыли пути физической природы Гена. От рентгеновского излучения для инактивации бактериальных вирусов[33] он отправился в Копенгаген 1950 года, где биохимик Герман Kalckar[16] в ферментативном синтезе нуклеиновых кислот хотел использовать фаги, включая использование радиоактивного фосфата в качестве индикаторного, в Итали и Уилкинс сказал о его рентгеновских дифракционных данных для анализа ДНК.[16] 

В 1951 г. химик Лайнус Полинг в Калифорнии опубликовал свою модель аминокислот и Альфа-спираль,  рентгеновской кристаллографии и молекулярной модели, в КалТех учиться выполнять рентгеновских дифракционных, Лурия с Kendrew[39] организовал научный проект ему в Англии.[16]

См. его DNA: The Secret of Life WATSON: DNA: The Secret of Life

Можно сравнить Watson, Hopkins, Roberts, Steitz, Weiner Molecular Biology of the Gene (4th Edition)
WATSON: Molecular Biology of the Gene (4th Edition) с Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition LEHNINGER: Principles of Biochemistry, 3rd Edition

James D. Watson, Michael Gilman, Jan Witkowski, Mark Zoller Recombinant DNA

Watson Genes, Girls, and Gamow: After the Double Helix
WATSON: Genes, Girls, and Gamow: After the Double Helix -с письмом  George Gamow My World Line: An Informal Autobiography (с Stanislaw M. Ulam), о клубе РНК Гамова см.школу

Гарвард переключает фокус школы от классической к молекулярной биологии, заявив, что экология, онтогенез, систематика, физиология, и т. д. должны развиться только после базовых дисциплин молекулярной биологии и биохимии [49] и его первый учебник, Молекулярная Биология Гена установил новый стандарт для учебников, включая концепции глав—краткие декларативные подзаголовки[50] и последняя глава про онко-вирусы, рак (22а, 10c.ru) означала главную тему следующего периода, 40 лет его жизни, хотя уже с рек.ДНК стала частной.

его следующий учебник Молекулярная Биология клетки,  координируя работу группы ученых-писателей. Третий учебник Рекомбинантной ДНК, генной инженерии. Все они до сих пор в печати. Его история двойной спирали[51] , -№7 современной Библиотеки 100 лучших публицистических книг[52] —  болезненная история ДНК и личностей, конфликты и противоречия, из личных эмоциональных впечатлений  профессора Гарварда...Уилкинс показал ему рентгенограмму в Лондоне, он убедился благодаря ей, что ДНК должна иметь спиральную структуру, как высказывали ранее, но Франклин и Гозлинг считали его ошибочным) и догадался, работая с картонными моделями, как азотистые основания должны располагаться друг против друга, Крик рассчитал параметры спирали, и они написали известную заметку, вскоре опубликованную в «Nature» (В конце заметки сказано: «We have also been stimulated by a knowledge of the general nature of the unpublished experimental results and ideas of Dr. M. H. F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin and their co-workers at King’s College, London.» Первый Уотсон, вероятно, потому, что идею комплементарности оснований Крик, старший и раньше по алфавиту, считал главным достижением этой работы…но ее выдвинул Н.К. Кольцов еще в 20-х годах. Уотсон считал его «народным», т.к. воспринял от Дельбрюка, а тот от Тимофеева-Ресовского на лекциях, которые он читал в Германии…получив замечание на страницах научных журналов, где ему было указано на авторство принципа. См.Шноля «Герои, злодеи и конформисты российской науки»).

Крик и Уилкинс возражали против публикации[53] книги «Двойная спираль», он хотел назвать ее «Честный Джим» («Honest Jim»)… в шутку дали ему это прозвище, часто обвиняют в неполиткорректности и невежливости, но никогда в лицемерии…

У.: «Я считаю себя неверующим христианином. .. на христианской культуре. Я всегда открыто заявляю, что не верю в Бога, но, когда я умру, хоронить меня будут в церкви, потому что я уважаю свою культуру и традиции… если уничтожить церкви, то где учиться морали, откуда узнавать, где добро и зло? …Мои научные коллеги и друзья — все неверующие, но они не желают высказываться …Иисус заповедовал быть милосердными. Поэтому я не желаю бороться с церковью. Мой друг Фрэнсис Крик, тот был непримиримым борцом с церковью. И никто его не слушал. И никого он не смог убедить, что верить нужно в ДНК, а не в Бога, кроме, конечно, тех, кто и без того в Бога не верил. …В Соединенных Штатах политик, который желает победы на выборах, может ли он объявить, что не верит в Бога? Нет, конечно. Но ситуация не везде одинакова: например, в большинстве стран Западной Европы люди больше доверяют фактам, … генной модификацией человечество занимается с самого начала земледельческой истории, уже 10 тысяч лет, а на современном этапе мы только пытаемся укорить этот процесс с помощью целенаправленного изменения ДНК. …в России существовала мощная школа по генетике и селекции, заложенная еще в начале века Вавиловым. Потом ее полностью изничтожил Лысенко. А ведь это была школа по технологиям генетических модификаций. …проблема с патентами. Американская компания «Монсанто» (Monsanto) желает владеть всеми патентами на ГМО. …люди не столько защищают природу, сколько недолюбливают бизнес …в случае призывов против ГМО речь идет об идеологии левого толка….жена важнее, чем собака. … Если мы запретим эксперименты с животными, то развитие медицины остановится. ..в природе всегда кто-то кого-то поедает, есть хищники и жертвы, и люди в прежние времена выживали благодаря охоте. Так уж природа устроена, смерть одного означает выживание другого. Некоторые, правда, считают, что жизнь собаки важнее, чем жизнь человека. …приходится делать осмысленный выбор… Схема-то простая: изменение в ДНК улучшает или ухудшает организм, если ухудшает, то оно будет вытеснено, если улучшает, то оно с большой вероятностью распространится.

 

После ухода в 2014 году Уотсон опубликовал статью в журнале «Ланцет», предполагая, что биологические окислители могут иметь большую роль при заболеваниях, в том числе диабета, деменции, болезней сердца и рака. Например, сахарный диабет 2 типа объясняли окислением с воспалением, убивает клетки поджелудочной железы. Уотсон считает наоборот, что причина воспаления «отсутствие биологических окислителей, не избыток». Критика, что идея была ни новой, ни достойной публикации, из-за его названия[68] однако, другие поддержали его гипотезу и расширили на отсутствие окислителей до рака и его прогрессии.[69]

Его докторанты Марио Капеччи,[2] Боб Хорвиц,[3] Карл Курляндский[3] Питер Д. Мур[3] и Джоан Steitz.[4] также руководил Юэн Бирни,[5] Рональд в. Дэвис,[3]

Джон Tooze [7][8] , постдок, как и  Филлип Шарп  и Ричард Робертс с 1992 в Нью-Инглэнд Биолабс[3]  разделили Нобелевскую премию[14] за открытие альтернативного сплайсинга генов, в понимании генетики, разделения генов высших организмов, включая человека[6][11]и[6] — как отдельных не связанных сегментов ДНК, с аденовирусов,[13]  простуды, с жертвой школ[17]  атеистом-подписант гуманистического Манифеста.[18][19]  член совета инновации (https://patient-innovation.com), любого заболевания, основным докладчиком на конгрессе будущих медицинских руководителей).[6]

См. наши University of Cambridge, всех  Н-лауреатов и работ его и амер.Кембриджа, Гарварда и МТИ с Нобелевскими, members of the University (96 Cambridge, UK United Kingdom с 133-49  Гарварда и 86 MIT, US United States), ресурсы.

Приглашение Уотсона после РФ-2017 в ibch.ru * с фондами Усманова могло бы обеспечить лучший мировой уровень и международные связи и сотрудничество с множеством лучших и нобелевских лауреатов и через используемые нами и признаваемые ими имена Гамова (автора теорий от «горячего начала» — Б.Взрыва до генкода, фактически второго после Менделеева по известности отечественного ученого) и, отчасти, Нобеля, в смысле  «нобелевского центра имени Гамова», связанного с его основным развитием в СССР на Украине и в России, СПб-Ленинграде и в Одессе, м.б. как Филиал международного центра теоретической физики им. А. Салама (г. Триест, Италия)

Участие в проектах Уотсона включает и программу лекарств против рака, Макрама первые подпрограммы 1-2 и 4-5, атласы мозга мыши и человека, связи от молекул до массивов можно связать с молекулярной основой Уотсона (хотя бы как http://elementy.ru/video/24/DNK_i_mozg_v_poiskakh_genov_psikhicheskikh_zabolevaniy
 и * http://www.ibch.ru/press/news/science/2124 — 7.2017 Джеймс Уотсон приезжал в Россию для участия в международном конгрессе «EMBO Conference on Redox Biology», организуемом ИБХ (профессор РАН Всеволод Белоусов) с партнером (Благотворительный фонд Алишера Усманова «Искусство, наука и спорт»): 14.7.17 г. в ИБХ РАН состоялась открытая лекция Нобелевского лауреата «Семьдесят нескучных лет в науке» с 700 сотрудников и гостей

Из учебников и лекций с продолжением и развитием их работ и связями дадим James Watson’s TED talk. How we discovered DNA до МолБио Гена и Клетки, см.От генов к орг-химии, ред-окс-болезни д-ра Ватсона — перевод  ДНК д-ра Ватсона (Watson)

—для образования, на русском и англ.,  от школы, через (Скачать Молекулярная биология клеткиАлбертс Б.pad 2013. четверть века остается основным учебником, истории и концепции, в 2008 году пятое издание на английском языке — полностью пересмотренный и обновленный вариант, новое по эпигенстике, стволовым клеткам, сравнительной геномике, раку  — читать  (МБК далее,- клеточная и молекулярная биология  изд.науки авторы- Брюс Альбертс, Д. Александр Джонсон, Джулиан Льюис (умер 2014), Дэвид Морган, Мартин Рэфф, Кит Робертс и Питер Уолтер, публиковалась с 1983 г., теперь в шестом издании. Джеймс Уотсон вел первые три издания. Разделы- биохимии, экспериментальных методов исследования клеток, генетической информации, внутренней организации клеток, многоклеточных[1] — “самый влиятельный учебник по клеточной биологии своего времени”[2] — см.Официальный сайт и 4-е изд. (2002) онлайн

(в Мистер Томпкинс внутри самого себя. — Гамов Г. и Мартинас Ичас описывают и Уотсона с Криком, см.в МБГ 7 изд. фото Melvin Calvin, Francis Crick, George Gamow, and James Watson, 1963 Symposium on Synthesis and Structure of Macromolecules. Calvin won the 1961 Nobel Prize in Chemistry for his work on CO2 assimilation by plants. For their proposed structure of DNA, Crick and Watson shared in the 1962 Nobel Prize in Physiology or Medicine (Chapters 2 and 4). Gamow, a physicist attracted to the problem of the genetic code (Chapters 2 and 16), founded an informal group of like-minded scientists called the RNA Tie Club. (He is wearing the club tie, which he designed, in this picture)

Важно интегрировать разные подходы, например, МБГ и МБК, их 1-ю часть — как «Основы биохимии»- с «ОБ Ленинджера», издатель назвал «Лучшим учебником по биохимии в мире», с элементами органической химии (в сети Каррер П. 1960  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 …), Самоорганизации неравновесных систем (см. Николис Г.  Пригожин И.1979 1 2 3), Харгиттаи И., М. Интервью с лауреатами и  Симметрия глазами химика : 1989: 1 2 3 4)

Molecular Biology of the Gene (5th ed.) /Молекулярная биология гена (5-е изд.: 2003
Автор: Watson J. et al. / Уотсон Дж. и др.
7-е издание в формате PDF — Watson J. et al. / Уотсон Дж. и др. — Molecular Biology of the Gene (7th ed.) / Молекулярная биология гена (7-е изд.) [2013, PDF, ENG] можно сравнить с русс.

МБГ-3: Уотсон Дж. Д.Под редакцией: Энгельгардт В.А. МоскваМир 1978

Предисловие 1234706 Следующая [7- приведем стр.и 5 изд.2003 г.]
Глава 1. Основы менделизма [9/ 1-18]
Глава 2. [31/ НК несут ген инф] — было Клетка подчиняется законам химии 3. Химия бактериальной клетки [61]
Глава 4/3. важное Значение слабых химических взаимодействий [83/41-54]
Глава 5/4. Значение высокоэнерг.связей- было Сопряженные реакции и реакции переноса групп [109] стало 5- Слабые и сильные связи опр.макромол. структуру
Глава 6. Концепция матричных поверхностей [122]

ч.2 Сохранение генома
Глава 7. Организация генов в хромосомах [141, стало — стр.ДНК — до Хр.]
Глава 8. Структура и функции гена [171]
Глава 9. Репликации ДНК [189]
Глава 10. Генетическая организация ДНК [237]
Глава 11. Синтез РНК и ДНК-матриц (транскрипция) [268]
Глава 12. Участие РНК в синтезе белка [289]
Глава 13. Генетический код [333]
Глава 14. Регуляция синтеза и функционирование белков [363]
Глава 15. Репликация вирусов [394]
Глава 16. Отличительные черты эукариотических клеток [437]
Глава 17. Эмбриология на молекулярном уровне [476]
Глава 18. Контроль клеточной пролиферации [525]
Глава 19. Проблема биосинтеза антител [569]
Глава 20. Вирусная природа рака [619]
Словарь терминов [668]
Предметный указатель [695]

Эта МБГ далее разделилась на МБК и др., сейчас м.б. просто МБ — развитие классического учебника (ср.содержание русских и англ.) Молекулярная биология клеткиАлбертс Б.…(МБК далее, Официальный сайт — клеточная и молекулярная биология  изд.науки авторы- Брюс Альбертс, Д. А.Джонсон, Д.Льюис (умер 2014), Д.Морган, М.Рэфф, К. Робертс и П.Уолтер. МБК- “самый влиятельный учебник по клеточной биологии”[2] (и не только), с нашими комментариями и дополнениями, переработка содержания в связный текст,* с 1983 г., последнее- 6-е изд. (18.11.2014, 147 долл.), мы предлагаем 7-е, продолжая МБГ Джеймса Уотсона, первые три издания, после МБГ-65. Краткое содержание МБК-4-6:

 ВВЕДЕНИЕ В КЛЕТКУ
1. Клетки и Геномы (с 4и., 2002)
2. Химия клетки и Биоэнергетика (с 6)
3. Белки
Основные генетические механизмы
4. ДНК, хромосомы и геномы (с 5, 2008)
5. ДНК- репликация, репарация и рекомбинация
6. Как клетки читают геном: от ДНК к белку
7. Контроль генной экспрессии      Способы работы с клетками
8. Анализ клеток, молекул и систем
9. Визуализация клеток
Внутренняя организация клетки
10. Структура Мембраны
11. Мембранный Транспорт малых молекул и электрические свойства мембран
12. Внутриклеточные отсеки и сортировка белка
13. Внутр-е Мембраны и их трафик
14. Преобразование энергии: митохондрии и Хлоропласты
15. Сигнализация клеток
16. Цитоскелет
17. Клеточный Цикл
18. Смерть клеток
Клетки в их окружении (соц контексте)
19. Межклеточные контакты и Внеклеточный матрикс
20. Рак
21. Развитие многоклеточных организмов
22. Стволовые клетки и обновление тканей
23. Возбудители и инфекции
24. Врожденная и адаптивная иммунные системы

ч.1 Универсальные — общие свойства жизни, всех организмов и клеток на Земле — все требуют свободной энергии, — функционируют как биохимические фабрики с тем же составом молекулярных строительных блоков, — окружены Плазматической мембраной, с обменом веществ питания и отходов, — хранят наследственность и информацию с одним линейным химическим кодом: ДНК, — реплицируя ее путем матричной полимеризации, — шифруя их в одной промежуточной форме: РНК, — используя белки как катализаторы — переводя РНК в белок также (кодируя определенным геном, и живая клетка может иметь меньше 500 генов)Разнообразие Геномов и Древо жизни : клетки могут использовать различные источники энергии (с фиксацией азота и диоксида углерода для других), наиболее Биохимичи разнообразны безъядерные — Прокариоты, и Древо жизни делят на три основные ветви: бактерии, Археи (м.б.из серного мира, до кислородного), Эукариоты и …Глава 2 химия и биоэнергетика : химические компоненты клетки: вода…

INTRODUCTION TO THE CELL
1. Cells and Genomes
2. Cell Chemistry and Bioenergetics
3. Proteins
BASIC GENETIC MECHANISMS
4. DNA, Chromosomes, and Genomes
5. DNA Replication, Repair, and Recombination
6. How Cells Read the Genome: From DNA to Protein
7. Control of Gene Expression
WAYS OF WORKING WITH CELLS
8. Analyzing Cells, Molecules, and Systems
9. Visualizing Cells
INTERNAL ORGANIZATION OF THE CELL
10. Membrane Structure
11. Membrane Transport of Small Molecules and the
Electrical Properties of Membranes
12. Intracellular Compartments and Protein Sorting
13. Intracellular Membrane Traffic
14. Energy Conversion: Mitochondria and Chloroplasts
15. Cell Signaling
16. The Cytoskeleton
17. The Cell Cycle
18. Cell Death
CELLS IN THEIR SOCIAL CONTEXT
19. Cell Junctions and the Extracellular Matrix
20. Cancer
21. Development of Multicellular Organisms
22. Stem Cells and Tissue Renewal
23. Pathogens and Infection24. The Innate and Adaptive Immune Systems1 The Universal Features of Life, All Organisms and Cells on Earth : — Requires Free Energy, — Function as Biochemical Factories Dealing with the Same Basic Molecular Building Blocks, — Are Enclosed in a Plasma Membrane Across Which Nutrients and Waste Materials Must Pass, — Store Their Heredity and Information in the Same Linear Chemical Code: DNA,  — Replicate It by Templated Polymerization, — Transcribe Portions of  It into the Same Intermediary Form: RNA, — Use Proteins as Catalysts, — Translate RNA into Protein in the Same Way (Each Protein Is Encoded by a Specific Gene — A Living Cell Can Exist with Fewer Than 500 Genes)

Все изменения последних (2014-2002=12 лет) изданий — замена биосинтеза энергетикой и геномами, переместив Осн.Ген.Механизмы в II (c IV), отражают надежды проектов секвенирования, «Генома Человека» и др., умножения информации по ним, не вполне оправданные. Постгеномная эра требует понятия их, причин, возвращения к первичности энергии и общего, что можно представить как план следующего, 7-го издания, можно начать с русского. В 1-й части, «Все клетки…начать с общих блоков, св.энергии-энтропии…с русского — как Домены биобелков (1с.ру!англ.11с)/  Начало МБК — МБГ, с 1965 г., см. Уотсон Дж. Д. ред. ЭнгельгардтВА. МоскваМир 1978 -3-е изд Molecular Biology of the Gene (5th ed.) (5-е изд.: 2003 Автор: Watson J. et al. / Уотсон Дж. и др. 7-е издание в формате PDF — Watson J. et al. / Уотсон Дж. и др. — Molecular Biology of the Gene (7th ed.) / Молекулярная биология гена (7-е изд.) [2013, PDF, ENG] можно сравнить с русс.

Molecular Biology of the Gene, Seventh Edition — CSHL Press Mon, 17 Jul 2017  Now completely up-to-date with the latest research advances, the Seventh Edition of James D. Watson’s classic book, Molecular Biology of the Gene retains the ..

HISTORY, 1 1 The Mendelian View of the World, 5 2 Nucleic Acids Convey Genetic Information, 21 PART 2 STRUCTURE AND STUDY OF MACROMOLECULES, 45 3 The Importance of Weak and Strong Chemical Bonds, 51 4 The Structure of DNA, 77 5 The Structure and Versatility of RNA, 107 6 The Structure of Proteins, 121 7 Techniques of Molecular Biology, 147 PART 3 MAINTENANCE OF THE GENOME, 193 8 Genome Structure, Chromatin, and the Nucleosome, 199 9 The Replication of DNA, 257 10 The Mutability and Repair of DNA, 313 11 Homologous Recombination at the Molecular Level, 341 12 Site-Specific Recombination and Transposition of DNA, 377 PART 4 A A 5′ 3′ 5′ 3′ 3′ EXPRESSION OF THE GENOME, 423 13 Mechanisms of Transcription, 429 14 RNA Splicing, 467 15 Translation, 509 16 The Genetic Code, 573 17 The Origin and Early Evolution of Life, 593 PART 5 REGULATION, 609 18 Transcriptional Regulation in Prokaryotes, 615 19 Transcriptional Regulation in Eukaryotes, 657 20 Regulatory RNAs, 701 21 Gene Regulation in Development and Evolution, 733 22 Systems Biology, 775 PART 6 APPENDICES, 793 1 Model Organisms, 797 2 Answers, 831

HISTORY:  Melvin Calvin, Francis Crick, George Gamow, and James Watson, 1963 Symposium on Synthesis and Structure of Macromolecules. Calvin won the 1961 Nobel Prize in Chemistry for his work on CO2 assimilation by plants. For their proposed structure of DNA, Crick and Watson shared in the 1962 Nobel Prize in Physiology or Medicine (Chapters 2 and 4). Gamow, a physicist attracted to the problem of the genetic code (Chapters 2 and 16), founded an informal group of like-minded scientists called the RNA Tie Club. (He is wearing the club tie, which he designed, in this picture.)

MENDEL’S DISCOVERIES, 6 The Principle of Independent Segregation, 6 ADVANCED CONCEPTS BOX 1-1 Mendelian Laws, 6 Some Alleles Are neither Dominant nor Recessive, 7 Principle of Independent Assortment, 8 CHROMOSOMAL THEORY OF HEREDITY, 8 GENE LINKAGE AND CROSSING OVER, 9 KEY EXPERIMENTS BOX 1-2 Genes Are Linked to Chromosomes, 10 CHROMOSOME MAPPING, 11 THE ORIGIN OF GENETIC VARIABILITY THROUGH MUTATIONS, 13 EARLY SPECULATIONS ABOUT WHAT GENES ARE AND HOW THEY ACT, 15 PRELIMINARY ATTEMPTS TO FIND A GENE– PROTEIN RELATIONSHIP, 16 SUMMARY, 17 BIBLIOGRAPHY, 17 QUESTIONS, 18 2 Nucleic Acids Convey Genetic Information, 21 AVERY’S BOMBSHELL: DNA CAN CARRY GENETIC SPECIFICITY, 22 Viral Genes Are Also Nucleic Acids, 23 THE DOUBLE HELIX, 24 KEY EXPERIMENTS BOX 2-1 Chargaff’s Rules, 26 Finding the Polymerases That Make DNA, 26 Experimental Evidence Favors Strand Separation during DNA Replication, 27 THE GENETIC INFORMATION WITHIN DNA IS CONVEYED BY THE SEQUENCE OF ITS FOUR NUCLEOTIDE BUILDING BLOCKS, 30 KEY EXPERIMENTS BOX 2-2 Evidence That Genes Control Amino Acid Sequences in Proteins, 31 DNA Cannot Be the Template That Directly Orders Amino Acids during Protein Synthesis, 32 RNA Is Chemically Very Similar to DNA, 32 THE CENTRAL DOGMA, 33 The Adaptor Hypothesis of Crick, 34 Discovery of Transfer RNA, 34 The Paradox of the Nonspecific-Appearing Ribosomes, 35 Discovery of Messenger RNA (mRNA), 35 Enzymatic Synthesis of RNA upon DNA Templates, 35 Establishing the Genetic Code, 37 ESTABLISHING THE DIRECTION OF PROTEIN SYNTHESIS, 38 Start and Stop Signals Are Also Encoded within DNA, 40 THE ERA OF GENOMICS, 40 SUMMARY, 41 BIBLIOGRAPHY, 42 QUESTIONS, 42 xv PART 2: STRUCTURE AND STUDY OF MACROMOLECULES, 45 3 The Importance of Weak and Strong Chemical Bonds, 51 CHARACTERISTICS OF CHEMICAL BONDS, 51 Chemical Bonds Are Explainable in QuantumMechanical Terms, 52 Chemical-Bond Formation Involves a Change in the Form of Energy, 53 Equilibrium between Bond Making and Breaking, 53 THE CONCEPT OF FREE ENERGY, 54 Keq Is Exponentially Related to DG, 54 Covalent Bonds Are Very Strong, 54 WEAK BONDS IN BIOLOGICAL SYSTEMS, 55 Weak Bonds Have Energies between 1 and 7 kcal/mol, 55 Weak Bonds Are Constantly Made and Broken at Physiological Temperatures, 55 The Distinction between Polar and Nonpolar Molecules, 55 van der Waals Forces, 56 Hydrogen Bonds, 57 Some Ionic Bonds Are Hydrogen Bonds, 58 Weak Interactions Demand Complementary Molecular Surfaces, 58 Water Molecules Form Hydrogen Bonds, 59 Weak Bonds between Molecules in Aqueous Solutions, 59 Organic Molecules That Tend to Form Hydrogen Bonds Are Water Soluble, 60 Hydrophobic “Bonds” Stabilize Macromolecules, 60 ADVANCED CONCEPTS BOX 3-1 The Uniqueness of Molecular Shapes and the Concept of Selective Stickiness, 61 The Advantage of DG between 2 and 5 kcal/mol, 62 Weak Bonds Attach Enzymes to Substrates, 62 Weak Bonds Mediate Most Protein –DNA and Protein –Protein Interactions, 62 HIGH-ENERGY BONDS, 63 MOLECULES THAT DONATE ENERGY ARE THERMODYNAMICALLY UNSTABLE, 63 ENZYMES LOWER ACTIVATION ENERGIES IN BIOCHEMICAL REACTIONS, 65 FREE ENERGY IN BIOMOLECULES, 66 High-Energy Bonds Hydrolyze with Large Negative DG, 66 HIGH-ENERGY BONDS IN BIOSYNTHETIC REACTIONS, 67 Peptide Bonds Hydrolyze Spontaneously, 68 Coupling of Negative with Positive DG, 69 ACTIVATION OF PRECURSORS IN GROUP TRANSFER REACTIONS, 69 ATP Versatility in Group Transfer, 70 Activation of Amino Acids by Attachment of AMP, 70 Nucleic Acid Precursors Are Activated by the Presence of P P , 71 The Value of P P Release in Nucleic Acid Synthesis, 72 P P Splits Characterize Most Biosynthetic Reactions, 73 SUMMARY, 74 BIBLIOGRAPHY, 75 QUESTIONS, 75 4 The Structure of DNA, 77 DNA STRUCTURE, 78 DNA Is Composed of Polynucleotide Chains, 78 Each Base Has Its Preferred Tautomeric Form, 80 The Two Strands of the Double Helix Are Wound around Each Other in an Antiparallel Orientation, 81 The Two Chains of the Double Helix Have Complementary Sequences, 81 The Double Helix Is Stabilized by Base Pairing and Base Stacking, 82 Hydrogen Bonding Is Important for the Specificity of Base Pairing, 83 Bases Can Flip Out from the Double Helix, 83 DNA Is Usually a Right-Handed Double Helix, 83 KEY EXPERIMENTS BOX 4-1 DNA Has 10.5 bp per Turn of the Helix in Solution: The Mica Experiment, 84 xvi Detailed Contents The Double Helix Has Minor and Major Grooves, 84 The Major Groove Is Rich in Chemical Information, 85 The Double Helix Exists in Multiple Conformations, 86 DNA Can Sometimes Form a Left-Handed Helix, 87 KEY EXPERIMENTS BOX 4-2 How Spots on an X-Ray Film Reveal the Structure of DNA, 88 DNA Strands Can Separate (Denature) and Reassociate, 89 Some DNA Molecules Are Circles, 92 DNA TOPOLOGY, 93 Linking Number Is an Invariant Topological Property of Covalently Closed, Circular DNA, 93 Linking Number Is Composed of Twist and Writhe, 93 Lko Is the Linking Number of Fully Relaxed cccDNA under Physiological Conditions, 94 DNA in Cells Is Negatively Supercoiled, 95 Nucleosomes Introduce Negative Supercoiling in Eukaryotes, 96 Topoisomerases Can Relax Supercoiled DNA, 97 Prokaryotes Have a Special Topoisomerase That Introduces Supercoils into DNA, 97 Topoisomerases Also Unknot and Disentangle DNA Molecules, 98 Topoisomerases Use a Covalent Protein –DNA Linkage to Cleave and Rejoin DNA Strands, 99 Topoisomerases Form an Enzyme Bridge and Pass DNA Segments through Each Other, 100 DNA Topoisomers Can Be Separated by Electrophoresis, 102 Ethidium Ions Cause DNA to Unwind, 102 KEY EXPERIMENTS BOX 4-3 Proving that DNA Has a Helical Periodicity of 10.5 bp per Turn from the Topological Properties of DNA Rings, 103 SUMMARY, 103 BIBLIOGRAPHY, 104 QUESTIONS, 104 5 The Structure and Versatility of RNA, 107 RNA CONTAINS RIBOSE AND URACIL AND IS USUALLY SINGLE-STRANDED, 107 RNA CHAINS FOLD BACK ON THEMSELVES TO FORM LOCAL REGIONS OF DOUBLE HELIX SIMILAR TO A-FORM DNA, 108 RNA CAN FOLD UP INTO COMPLEX TERTIARY STRUCTURES, 110 NUCLEOTIDE SUBSTITUTIONS IN COMBINATION WITH CHEMICAL PROBING PREDICT RNA STRUCTURE, 111 MEDICAL CONNECTIONS BOX 5-1 An RNA Switch Controls Protein Synthesis by Murine Leukemia Virus, 112 DIRECTED EVOLUTION SELECTS RNAs THAT BIND SMALL MOLECULES, 114 SOME RNAs ARE ENZYMES, 114 TECHNIQUES BOX 5-2 Creating an RNA Mimetic of the Green Fluorescent Protein by Directed Evolution, 115 The Hammerhead Ribozyme Cleaves RNA by the Formation of a 20 , 30 Cyclic Phosphate, 116 A Ribozyme at the Heart of the Ribosome Acts on a Carbon Center, 118 SUMMARY, 118 BIBLIOGRAPHY, 118 QUESTIONS, 118 6 The Structure of Proteins, 121 THE BASICS, 121 Amino Acids, 121 The Peptide Bond, 122 Polypeptide Chains, 123 Three Amino Acids with Special Conformational Properties, 124 ADVANCED CONCEPT BOX 6-1 Ramachandran Plot: Permitted Combinations of Main-Chain Torsion Angles f and c, 124 IMPORTANCE OF WATER, 125 PROTEIN STRUCTURE CAN BE DESCRIBED AT FOUR LEVELS, 126 PROTEIN DOMAINS, 130 Polypeptide Chains Typically Fold into One or More Domains, 130 ADVANCED CONCEPTS BOX 6-2 Glossary of Terms, 130 Basic Lessons from the Study of Protein Structures, 131 Detailed Contents xvii Classes of Protein Domains, 132 Linkers and Hinges, 133 Post-Translational Modifications, 133 ADVANCED CONCEPTS BOX 6-3 The Antibody Molecule as an Illustration of Protein Domains, 133 FROM AMINO-ACID SEQUENCE TO THREEDIMENSIONAL STRUCTURE, 134 Protein Folding, 134 KEY EXPERIMENTS BOX 6-4 Three-Dimensional Structure of a Protein Is Specified by Its Amino Acid Sequence (Anfinsen Experiment), 135 Predicting Protein Structure from Amino Acid Sequence, 135 CONFORMATIONAL CHANGES IN PROTEINS, 136 PROTEINS AS AGENTS OF SPECIFIC MOLECULAR RECOGNITION, 137 Proteins That Recognize DNA Sequence, 137 Protein –Protein Interfaces, 140 Proteins That Recognize RNA, 141 ENZYMES: PROTEINS AS CATALYSTS, 141 REGULATION OF PROTEIN ACTIVITY, 142 SUMMARY, 143 BIBLIOGRAPHY, 144 QUESTIONS, 144 7 Techniques of Molecular Biology, 147 NUCLEIC ACIDS: BASIC METHODS, 148 Gel Electrophoresis Separates DNA and RNA Molecules according to Size, 148 Restriction Endonucleases Cleave DNA Molecules at Particular Sites, 149 DNA Hybridization Can Be Used to Identify Specific DNA Molecules, 151 Hybridization Probes Can Identify Electrophoretically Separated DNAs and RNAs, 151 Isolation of Specific Segments of DNA, 153 DNA Cloning, 154 Vector DNA Can Be Introduced into Host Organisms by Transformation, 155 Libraries of DNA Molecules Can Be Created by Cloning, 156 Hybridization Can Be Used to Identify a Specific Clone in a DNA Library, 156 Chemical Synthesis of Defined DNA Sequences, 157 The Polymerase Chain Reaction Amplifies DNAs by Repeated Rounds of DNA Replication In Vitro, 158 Nested Sets of DNA Fragments Reveal Nucleotide Sequences, 158 TECHNIQUES BOX 7-1 Forensics and the Polymerase Chain Reaction, 160 Shotgun Sequencing a Bacterial Genome, 162 The Shotgun Strategy Permits a Partial Assembly of Large Genome Sequences, 162 KEY EXPERIMENTS BOX 7-2 Sequenators Are Used for High-Throughput Sequencing, 163 The Paired-End Strategy Permits the Assembly of Large-Genome Scaffolds, 165 The $1000 Human Genome Is within Reach, 167 GENOMICS, 168 Bioinformatics Tools Facilitate the Genome-Wide Identification of Protein-Coding Genes, 169 Whole-Genome Tiling Arrays Are Used to Visualize the Transcriptome, 169 Regulatory DNA Sequences Can Be Identified by Using Specialized Alignment Tools, 171 Genome Editing Is Used to Precisely Alter Complex Genomes, 172 PROTEINS, 173 Specific Proteins Can Be Purified from Cell Extracts, 173 Purification of a Protein Requires a Specific Assay, 173 Preparation of Cell Extracts Containing Active Proteins, 174 Proteins Can Be Separated from One Another Using Column Chromatography, 174 Separation of Proteins on Polyacrylamide Gels, 176 Antibodies Are Used to Visualize Electrophoretically Separated Proteins, 176 Protein Molecules Can Be Directly Sequenced, 177 PROTEOMICS, 179 Combining Liquid Chromatography with Mass Spectrometry Identifies Individual Proteins within a Complex Extract, 179 Proteome Comparisons Identify Important Differences between Cells, 181 Mass Spectrometry Can Also Monitor Protein Modification States, 181 Protein –Protein Interactions Can Yield Information regarding Protein Function, 182 xviii Detailed Contents NUCLEIC ACID –PROTEIN INTERACTIONS, 182 The Electrophoretic Mobility of DNA Is Altered by Protein Binding, 183 DNA-Bound Protein Protects the DNA from Nucleases and Chemical Modification, 184 Chromatin Immunoprecipitation Can Detect Protein Association with DNA in the Cell, 185 Chromosome Conformation Capture Assays Are Used to Analyze Long-Range Interactions, 187 In Vitro Selection Can Be Used to Identify a Protein’s DNA- or RNA-Binding Site, 189 BIBLIOGRAPHY, 190 QUESTIONS, 190 PART 3: MAINTENANCE OF THE GENOME, 193 8 Genome Structure, Chromatin, and the Nucleosome, 199 GENOME SEQUENCE AND CHROMOSOME DIVERSITY, 200 Chromosomes Can Be Circular or Linear, 200 Every Cell Maintains a Characteristic Number of Chromosomes, 201 Genome Size Is Related to the Complexity of the Organism, 202 The E. coli Genome Is Composed Almost Entirely of Genes, 203 More Complex Organisms Have Decreased Gene Density, 204 Genes Make Up Only a Small Proportion of the Eukaryotic Chromosomal DNA, 205 The Majority of Human Intergenic Sequences Are Composed of Repetitive DNA, 207 CHROMOSOME DUPLICATION AND SEGREGATION, 208 Eukaryotic Chromosomes Require Centromeres, Telomeres, and Origins of Replication to Be Maintained during Cell Division, 208 Eukaryotic Chromosome Duplication and Segregation Occur in Separate Phases of the Cell Cycle, 210 Chromosome Structure Changes as Eukaryotic Cells Divide, 212 Sister-Chromatid Cohesion and Chromosome Condensation Are Mediated by SMC Proteins, 214 Mitosis Maintains the Parental Chromosome Number, 214 During Gap Phases, Cells Prepare for the Next Cell Cycle Stage and Check That the Previous Stage Is Completed Correctly, 217 Meiosis Reduces the Parental Chromosome Number, 217 Different Levels of Chromosome Structure Can Be Observed by Microscopy, 219 THE NUCLEOSOME, 220 Nucleosomes Are the Building Blocks of Chromosomes, 220 Histones Are Small, Positively Charged Proteins, 221 The Atomic Structure of the Nucleosome, 224 Histones Bind Characteristic Regions of DNA within the Nucleosome, 224 KEY EXPERIMENTS BOX 8-1 Micrococcal Nuclease and the DNA Associated with the Nucleosome, 226 Many DNA Sequence – Independent Contacts Mediate the Interaction between the Core Histones and DNA, 227 The Histone Amino-Terminal Tails Stabilize DNA Wrapping around the Octamer, 227 Wrapping of the DNA around the Histone Protein Core Stores Negative Superhelicity, 228 HIGHER-ORDER CHROMATIN STRUCTURE, 229 Heterochromatin and Euchromatin, 229 KEY EXPERIMENTS BOX 8-2 Nucleosomes and Superhelical Density, 230 Histone H1 Binds to the Linker DNA between Nucleosomes, 232 Nucleosome Arrays Can Form More Complex Structures: The 30-nm Fiber, 232 The Histone Amino-Terminal Tails Are Required for the Formation of the 30-nm Fiber, 234 Further Compaction of DNA Involves Large Loops of Nucleosomal DNA, 234 Histone Variants Alter Nucleosome Function, 234 REGULATION OF CHROMATIN STRUCTURE, 236 The Interaction of DNA with the Histone Octamer Is Dynamic, 236 Nucleosome-Remodeling Complexes Facilitate Nucleosome Movement, 237 Some Nucleosomes Are Found in Specific Positions: Nucleosome Positioning, 240 Detailed Contents xix The Amino-Terminal Tails of the Histones Are Frequently Modified, 241 Protein Domains in Nucleosome-Remodeling and -Modifying Complexes Recognize Modified Histones, 244 KEY EXPERIMENTS BOX 8-3 Determining Nucleosome Position in the Cell, 245 Specific Enzymes Are Responsible for Histone Modification, 248 Nucleosome Modification and Remodeling Work Together to Increase DNA Accessibility, 249 NUCLEOSOME ASSEMBLY, 249 Nucleosomes Are Assembled Immediately after DNA Replication, 249 Assembly of Nucleosomes Requires Histone “Chaperones”, 253 SUMMARY, 254 BIBLIOGRAPHY, 255 QUESTIONS, 255 9 The Replication of DNA, 257 THE CHEMISTRY OF DNA SYNTHESIS, 258 DNA Synthesis Requires Deoxynucleoside Triphosphates and a Primer:Template Junction, 258 DNA Is Synthesized by Extending the 30 End of the Primer, 259 Hydrolysis of Pyrophosphate Is the Driving Force for DNA Synthesis, 260 THE MECHANISM OF DNA POLYMERASE, 260 DNA Polymerases Use a Single Active Site to Catalyze DNA Synthesis, 260 TECHNIQUES BOX 9-1 Incorporation Assays Can Be Used to Measure Nucleic Acid and Protein Synthesis, 261 DNA Polymerases Resemble a Hand That Grips the Primer:Template Junction, 263 DNA Polymerases Are Processive Enzymes, 265 Exonucleases Proofread Newly Synthesized DNA, 267 MEDICAL CONNECTIONS BOX 9-2 Anticancer and Antiviral Agents Target DNA Replication, 268 THE REPLICATION FORK, 269 Both Strands of DNA Are Synthesized Together at the Replication Fork, 269 The Initiation of a New Strand of DNA Requires an RNA Primer, 270 RNA Primers Must Be Removed to Complete DNA Replication, 271 DNA Helicases Unwind the Double Helix in Advance of the Replication Fork, 272 DNA Helicase Pulls Single-Stranded DNA through a Central Protein Pore, 273 Single-Stranded DNA-Binding Proteins Stabilize ssDNA before Replication, 273 Topoisomerases Remove Supercoils Produced by DNA Unwinding at the Replication Fork, 275 Replication Fork Enzymes Extend the Range of DNA Polymerase Substrates, 275 THE SPECIALIZATION OF DNA POLYMERASES, 277 DNA Polymerases Are Specialized for Different Roles in the Cell, 277 Sliding Clamps Dramatically Increase DNA Polymerase Processivity, 278 Sliding Clamps Are Opened and Placed on DNA by Clamp Loaders, 281 ADVANCED CONCEPTS BOX 9-3 ATP Control of Protein Function: Loading a Sliding Clamp, 282 DNA SYNTHESIS AT THE REPLICATION FORK, 283 Interactions between Replication Fork Proteins Form the E. coli Replisome, 286 INITIATION OF DNA REPLICATION, 288 Specific Genomic DNA Sequences Direct the Initiation of DNA Replication, 288 The Replicon Model of Replication Initiation, 288 Replicator Sequences Include Initiator-Binding Sites and Easily Unwound DNA, 289 KEY EXPERIMENTS BOX 9-4 The Identification of Origins of Replication and Replicators, 290 BINDING AND UNWINDING: ORIGIN SELECTION AND ACTIVATION BY THE INITIATOR PROTEIN, 293 Protein –Protein and Protein –DNA Interactions Direct the Initiation Process, 293 ADVANCED CONCEPTS BOX 9-5 E. coli DNA Replication Is Regulated by DnaA.ATP Levels and SeqA, 294 Eukaryotic Chromosomes Are Replicated Exactly Once per Cell Cycle, 297 Helicase Loading Is the First Step in the Initiation of Replication in Eukaryotes, 298 Helicase Loading and Activation Are Regulated to Allow Only a Single Round of Replication during Each Cell Cycle, 300 xx Detailed Contents Similarities between Eukaryotic and Prokaryotic DNA Replication Initiation, 301 FINISHING REPLICATION, 302 Type II Topoisomerases Are Required to Separate Daughter DNA Molecules, 303 Lagging-Strand Synthesis Is Unable to Copy the Extreme Ends of Linear Chromosomes, 303 Telomerase Is a Novel DNA Polymerase That Does Not Require an Exogenous Template, 305 Telomerase Solves the End Replication Problem by Extending the 30 End of the Chromosome, 305 MEDICAL CONNECTIONS BOX 9-6 Aging, Cancer, and the Telomere Hypothesis, 307 Telomere-Binding Proteins Regulate Telomerase Activity and Telomere Length, 307 Telomere-Binding Proteins Protect Chromosome Ends, 308 SUMMARY, 310 BIBLIOGRAPHY, 311 QUESTIONS, 312 10 The Mutability and Repair of DNA, 313 REPLICATION ERRORS AND THEIR REPAIR, 314 The Nature of Mutations, 314 Some Replication Errors Escape Proofreading, 315 MEDICAL CONNECTIONS BOX 10-1 Expansion of Triple Repeats Causes Disease, 316 Mismatch Repair Removes Errors That Escape Proofreading, 316 DNA DAMAGE, 320 DNA Undergoes Damage Spontaneously from Hydrolysis and Deamination, 320 MEDICAL CONNECTIONS BOX 10-2 The Ames Test, 321 DNA Is Damaged by Alkylation, Oxidation, and Radiation, 322 ADVANCED CONCEPTS BOX 10-3 Quantitation of DNA Damage and Its Effects on Cellular Survival and Mutagenesis, 323 Mutations Are Also Caused by Base Analogs and Intercalating Agents, 323 REPAIR AND TOLERANCE OF DNA DAMAGE, 324 Direct Reversal of DNA Damage, 325 Base Excision Repair Enzymes Remove Damaged Bases by a Base-Flipping Mechanism, 326 Nucleotide Excision Repair Enzymes Cleave Damaged DNA on Either Side of the Lesion, 328 MEDICAL CONNECTIONS BOX 10-4 Linking Nucleotide Excision Repair and Translesion Synthesis to a Genetic Disorder in Humans, 330 Recombination Repairs DNA Breaks by Retrieving Sequence Information from Undamaged DNA, 330 DSBs in DNA Are Also Repaired by Direct Joining of Broken Ends, 331 MEDICAL CONNECTIONS BOX 10-5 Nonhomologous End Joining, 332 Translesion DNA Synthesis Enables Replication to Proceed across DNA Damage, 333 ADVANCED CONCEPTS BOX 10-6 The Y Family of DNA Polymerases, 336 SUMMARY, 338 BIBLIOGRAPHY, 338 QUESTIONS, 339 11 Homologous Recombination at the Molecular Level, 341 DNA BREAKS ARE COMMON AND INITIATE RECOMBINATION, 342 MODELS FOR HOMOLOGOUS RECOMBINATION, 342 Strand Invasion Is a Key Early Step in Homologous Recombination, 344 Resolving Holliday Junctions Is a Key Step to Finishing Genetic Exchange, 346 The Double-Strand Break –Repair Model Describes Many Recombination Events, 346 HOMOLOGOUS RECOMBINATION PROTEIN MACHINES, 349 ADVANCED CONCEPTS BOX 11-1 How to Resolve a Recombination Intermediate with Two Holliday Junctions, 350 The RecBCD Helicase/Nuclease Processes Broken DNA Molecules for Recombination, 351 Chi Sites Control RecBCD, 354 RecA Protein Assembles on Single-Stranded DNA and Promotes Strand Invasion, 355 Detailed Contents xxi Newly Base-Paired Partners Are Established within the RecA Filament, 356 RecA Homologs Are Present in All Organisms, 359 The RuvAB Complex Specifically Recognizes Holliday Junctions and Promotes Branch Migration, 359 RuvC Cleaves Specific DNA Strands at the Holliday Junction to Finish Recombination, 361 HOMOLOGOUS RECOMBINATION IN EUKARYOTES, 362 Homologous Recombination Has Additional Functions in Eukaryotes, 362 Homologous Recombination Is Required for Chromosome Segregation during Meiosis, 362 Programmed Generation of Double-Stranded DNA Breaks Occurs during Meiosis, 363 MRX Protein Processes the Cleaved DNA Ends for Assembly of the RecA-Like Strand-Exchange Proteins, 364 Dmc1 Is a RecA-Like Protein That Specifically Functions in Meiotic Recombination, 366 Many Proteins Function Together to Promote Meiotic Recombination, 366 MEDICAL CONNECTIONS BOX 11-2 The Product of the Tumor Suppressor Gene BRCA2 Interacts with Rad51 Protein and Controls Genome Stability, 367 MEDICAL CONNECTIONS BOX 11-3 Proteins Associated with Premature Aging and Cancer Promote an Alternative Pathway for Holliday Junction Processing, 368 MATING-TYPE SWITCHING, 369 Mating-Type Switching Is Initiated by a Site-Specific Double-Strand Break, 370 Mating-Type Switching Is a Gene Conversion Event and Not Associated with Crossing Over, 370 GENETIC CONSEQUENCES OF THE MECHANISM OF HOMOLOGOUS RECOMBINATION, 371 One Cause of Gene Conversion Is DNA Repair during Recombination, 373 SUMMARY, 374 BIBLIOGRAPHY, 375 QUESTIONS, 376 12 Site-Specific Recombination and Transposition of DNA, 377 CONSERVATIVE SITE-SPECIFIC RECOMBINATION, 378 Site-Specific Recombination Occurs at Specific DNA Sequences in the Target DNA, 378 Site-Specific Recombinases Cleave and Rejoin DNA Using a Covalent Protein –DNA Intermediate, 380 Serine Recombinases Introduce Double-Strand Breaks in DNA and Then Swap Strands to Promote Recombination, 382 Structure of the Serine Recombinase –DNA Complex Indicates that Subunits Rotate to Achieve Strand Exchange, 383 Tyrosine Recombinases Break and Rejoin One Pair of DNA Strands at a Time, 383 Structures of Tyrosine Recombinases Bound to DNA Reveal the Mechanism of DNA Exchange, 384 MEDICAL CONNECTIONS BOX 12-1 Application of Site-Specific Recombination to Genetic Engineering, 386 BIOLOGICAL ROLES OF SITE-SPECIFIC RECOMBINATION, 386 l Integrase Promotes the Integration and Excision of a Viral Genome into the Host-Cell Chromosome, 386 Bacteriophage l Excision Requires a New DNA-Bending Protein, 389 The Hin Recombinase Inverts a Segment of DNA Allowing Expression of Alternative Genes, 389 Hin Recombination Requires a DNA Enhancer, 390 Recombinases Convert Multimeric Circular DNA Molecules into Monomers, 391 There Are Other Mechanisms to Direct Recombination to Specific Segments of DNA, 391 ADVANCED CONCEPTS BOX 12-2 The Xer Recombinase Catalyzes the Monomerization of Bacterial Chromosomes and of Many Bacterial Plasmids, 392 TRANSPOSITION, 393 Some Genetic Elements Move to New Chromosomal Locations by Transposition, 393 There Are Three Principal Classes of Transposable Elements, 395 DNA Transposons Carry a Transposase Gene, Flanked by Recombination Sites, 395 Transposons Exist as Both Autonomous and Nonautonomous Elements, 396 Virus-Like Retrotransposons and Retroviruses Carry Terminal Repeat Sequences and Two Genes Important for Recombination, 396 Poly-A Retrotransposons Look Like Genes, 396 DNATransposition by a Cut-and-Paste Mechanism, 397 xxii Detailed Contents The Intermediate in Cut-and-Paste Transposition is Finished by Gap Repair, 398 There Are Multiple Mechanisms for Cleaving the Nontransferred Strand during DNA Transposition, 399 DNA Transposition by a Replicative Mechanism, 401 Virus-Like Retrotransposons and Retroviruses Move Using an RNA Intermediate, 403 DNA Transposases and Retroviral Integrases Are Members of a Protein Superfamily, 403 Poly-A Retrotransposons Move by a “Reverse Splicing” Mechanism, 405 EXAMPLES OF TRANSPOSABLE ELEMENTS AND THEIR REGULATION, 406 KEY EXPERIMENTS BOX 12-3 Maize Elements and Discovery of Transposons, 408 IS4 Family Transposons Are Compact Elements with Multiple Mechanisms for Copy Number Control, 409 Phage Mu Is an Extremely Robust Transposon, 411 Mu Uses Target Immunity to Avoid Transposing into Its Own DNA, 411 Tc1/mariner Elements Are Highly Successful DNA Elements in Eukaryotes, 411 ADVANCED CONCEPTS BOX 12-4 Mechanism of Transposition Target Immunity, 413 Yeast Ty Elements Transpose into Safe Havens in the Genome, 414 LINEs Promote Their Own Transposition and Even Transpose Cellular RNAs, 414 V(D)J RECOMBINATION, 416 The Early Events in V(D)J Recombination Occur by a Mechanism Similar to Transposon Excision, 418 SUMMARY, 420 BIBLIOGRAPHY, 420 QUESTIONS, 421 PART 4: EXPRESSION OF THE GENOME, 423 13 Mechanisms of Transcription, 429 RNA POLYMERASES AND THE TRANSCRIPTION CYCLE, 430 RNA Polymerases Come in Different Forms but Share Many Features, 430 Transcription by RNA Polymerase Proceeds in a Series of Steps, 432 Transcription Initiation Involves Three Defined Steps, 434 THE TRANSCRIPTION CYCLE IN BACTERIA, 434 Bacterial Promoters Vary in Strength and Sequence but Have Certain Defining Features, 434 TECHNIQUES BOX 13-1 Consensus Sequences, 436 The s Factor Mediates Binding of Polymerase to the Promoter, 437 Transition to the Open Complex Involves Structural Changes in RNA Polymerase and in the Promoter DNA, 438 Transcription Is Initiated by RNA Polymerase without the Need for a Primer, 440 During Initial Transcription, RNA Polymerase Remains Stationary and Pulls Downstream DNA into Itself, 441 Promoter Escape Involves Breaking Polymerase – Promoter Interactions and Polymerase Core–s Interactions, 442 The Elongating Polymerase Is a Processive Machine That Synthesizes and Proofreads RNA, 442 ADVANCED CONCEPTS BOX 13-2 The Single-Subunit RNA Polymerases, 443 RNA Polymerase Can Become Arrested and Need Removing, 445 Transcription Is Terminated by Signals within the RNA Sequence, 445 TRANSCRIPTION IN EUKARYOTES, 448 RNA Polymerase II Core Promoters Are Made Up of Combinations of Different Classes of Sequence Element, 448 RNA Polymerase II Forms a Preinitiation Complex with General Transcription Factors at the Promoter, 449 Promoter Escape Requires Phosphorylation of the Polymerase “Tail,” 449 TBP Binds to and Distorts DNA Using a b Sheet Inserted into the Minor Groove, 451 The Other General Transcription Factors Also Have Specific Roles in Initiation, 452 In Vivo, Transcription Initiation Requires Additional Proteins, Including the Mediator Complex, 453 Detailed Contents xxiii Mediator Consists of Many Subunits, Some Conserved from Yeast to Human, 454 A New Set of Factors Stimulates Pol II Elongation and RNA Proofreading, 455 Elongating RNA Polymerase Must Deal with Histones in Its Path, 456 Elongating Polymerase Is Associated with a New Set of Protein Factors Required for Various Types of RNA Processing, 457 Transcription Termination Is Linked to RNA Destruction by a Highly Processive RNase, 460 TRANSCRIPTION BY RNA POLYMERASES I AND III, 462 RNA Pol I and Pol III Recognize Distinct Promoters but Still Require TBP, 462 Pol I Transcribes Just the rRNA Genes, 462 Pol III Promoters Are Found Downstream from the Transcription Start Site, 463 SUMMARY, 463 BIBLIOGRAPHY, 464 QUESTIONS, 465 A A 5′ 3′ 5′ 3′ 3′ 14 RNA Splicing, 467 THE CHEMISTRY OF RNA SPLICING, 469 Sequences within the RNA Determine Where Splicing Occurs, 469 The Intron Is Removed in a Form Called a Lariat as the Flanking Exons Are Joined, 470 KEY EXPERIMENTS BOX 14-1 Adenovirus and the Discovery of Splicing, 471 THE SPLICEOSOME MACHINERY, 473 RNA Splicing Is Performed by a Large Complex Called the Spliceosome, 473 SPLICING PATHWAYS, 474 Assembly, Rearrangements, and Catalysis within the Spliceosome: The Splicing Pathway, 474 Spliceosome Assembly Is Dynamic and Variable and Its Disassembly Ensures That the Splicing Reaction Goes Only Forward in the Cell, 476 Self-Splicing Introns Reveal That RNA Can Catalyze RNA Splicing, 477 Group I Introns Release a Linear Intron Rather Than a Lariat, 478 KEY EXPERIMENTS BOX 14-2 Converting Group I Introns into Ribozymes, 479 How Does the Spliceosome Find the Splice Sites Reliably?, 480 VARIANTS OF SPLICING, 482 Exons from Different RNA Molecules Can Be Fused by Trans-Splicing, 482 A Small Group of Introns Is Spliced by an Alternative Spliceosome Composed of a Different Set of snRNPs, 483 ALTERNATIVE SPLICING, 483 Single Genes Can Produce Multiple Products by Alternative Splicing, 483 Several Mechanisms Exist to Ensure Mutually Exclusive Splicing, 486 The Curious Case of the Drosophila Dscam Gene: Mutually Exclusive Splicing on a Grand Scale, 487 Mutually Exclusive Splicing of Dscam Exon 6 Cannot Be Accounted for by Any Standard Mechanism and Instead Uses a Novel Strategy, 488 KEY EXPERIMENTS BOX 14-3 Identification of Docking Site and Selector Sequences, 490 Alternative Splicing Is Regulated by Activators and Repressors, 491 Regulation of Alternative Splicing Determines the Sex of Flies, 493 An Alternative Splicing Switch Lies at the Heart of Pluripotency, 495 EXON SHUFFLING, 497 Exons Are Shuffled by Recombination to Produce Genes Encoding New Proteins, 497 MEDICAL CONNECTIONS BOX 14-4 Defects in Pre-mRNA Splicing Cause Human Disease, 497 RNA EDITING, 500 RNA Editing Is Another Way of Altering the Sequence of an mRNA, 500 Guide RNAs Direct the Insertion and Deletion of Uridines, 501 MEDICAL CONNECTIONS BOX 14-5 Deaminases and HIV, 503 mRNA TRANSPORT, 503 Once Processed, mRNA Is Packaged and Exported from the Nucleus into the Cytoplasm for Translation, 503 SUMMARY, 505 BIBLIOGRAPHY, 506 QUESTIONS, 507 xxiv Detailed Contents 15 Translation, 509 MESSENGER RNA, 510 Polypeptide Chains Are Specified by Open Reading Frames, 510 Prokaryotic mRNAs Have a Ribosome-Binding Site That Recruits the Translational Machinery, 512 Eukaryotic mRNAs Are Modified at their 50 and 30 Ends to Facilitate Translation, 512 TRANSFER RNA, 513 tRNAs Are Adaptors between Codons and Amino Acids, 513 ADVANCED CONCEPTS BOX 15-1 CCA-Adding Enzymes: Synthesizing RNA without a Template, 513 tRNAs Share a Common Secondary Structure That Resembles a Cloverleaf, 514 tRNAs Have an L-Shaped Three-Dimensional Structure, 514 ATTACHMENT OF AMINO ACIDS TO tRNA, 515 tRNAs Are Charged by the Attachment of an Amino Acid to the 30 -Terminal Adenosine Nucleotide via a High-Energy Acyl Linkage, 515 Aminoacyl-tRNA Synthetases Charge tRNAs in Two Steps, 515 Each Aminoacyl-tRNA Synthetase Attaches a Single Amino Acid to One or More tRNAs, 515 tRNA Synthetases Recognize Unique Structural Features of Cognate tRNAs, 517 Aminoacyl-tRNA Formation Is Very Accurate, 518 Some Aminoacyl-tRNA Synthetases Use an Editing Pocket to Charge tRNAs with High Accuracy, 518 The Ribosome Is Unable to Discriminate between Correctly and Incorrectly Charged tRNAs, 519 THE RIBOSOME, 519 ADVANCED CONCEPTS BOX 15-2 Selenocysteine, 520 The Ribosome Is Composed of a Large and a Small Subunit, 521 The Large and Small Subunits Undergo Association and Dissociation during Each Cycle of Translation, 522 New Amino Acids Are Attached to the Carboxyl Terminus of the Growing Polypeptide Chain, 523 Peptide Bonds Are Formed by Transfer of the Growing Polypeptide Chain from One tRNA to Another, 524 Ribosomal RNAs Are Both Structural and Catalytic Determinants of the Ribosome, 524 The Ribosome Has Three Binding Sites for tRNA, 525 Channels through the Ribosome Allow the mRNA and Growing Polypeptide to Enter and/or Exit the Ribosome, 527 INITIATION OF TRANSLATION, 528 Prokaryotic mRNAs Are Initially Recruited to the Small Subunit by Base Pairing to rRNA, 528 A Specialized tRNA Charged with a Modified Methionine Binds Directly to the Prokaryotic Small Subunit, 528 Three Initiation Factors Direct the Assembly of an Initiation Complex That Contains mRNA and the Initiator tRNA, 529 Eukaryotic Ribosomes Are Recruited to the mRNA by the 50 Cap, 530 Translation Initiation Factors Hold Eukaryotic mRNAs in Circles, 532 ADVANCED CONCEPTS BOX 15-3 uORFs and IRESs: Exceptions That Prove the Rule, 533 The Start Codon Is Found by Scanning Downstream from the 50 End of the mRNA, 535 TRANSLATION ELONGATION, 535 Aminoacyl-tRNAs Are Delivered to the A-Site by Elongation Factor EF-Tu, 537 The Ribosome Uses Multiple Mechanisms to Select against Incorrect Aminoacyl-tRNAs, 537 The Ribosome Is a Ribozyme, 538 Peptide-Bond Formation Initiates Translocation in the Large Subunit, 541 EF-G Drives Translocation by Stabilizing Intermediates in Translocation, 542 EF-Tu–GDP and EF-G–GDP Must Exchange GDP for GTP before Participating in a New Round of Elongation, 543 A Cycle of Peptide-Bond Formation Consumes Two Molecules of GTP and One Molecule of ATP, 543 TERMINATION OF TRANSLATION, 544 Release Factors Terminate Translation in Response to Stop Codons, 544 Short Regions of Class I Release Factors Recognize Stop Codons and Trigger Release of the Peptidyl Chain, 544 ADVANCED CONCEPTS BOX 15-4 GTP-Binding Proteins, Conformational Switching, and the Fidelity and Ordering of the Events of Translation, 546 GDP/GTP Exchange and GTP Hydrolysis Control the Function of the Class II Release Factor, 547 The Ribosome Recycling Factor Mimics a tRNA, 548 REGULATION OF TRANSLATION, 549 Protein or RNA Binding near the Ribosome-Binding Site Negatively Regulates Bacterial Translation Initiation, 549 Regulation of Prokaryotic Translation: Ribosomal Proteins Are Translational Repressors of Their Own Synthesis, 551 Detailed Contents xxv MEDICAL CONNECTIONS BOX 15-5 Antibiotics Arrest Cell Division by Blocking Specific Steps in Translation, 552 Global Regulators of Eukaryotic Translation Target Key Factors Required for mRNA Recognition and Initiator tRNA Ribosome Binding, 556 Spatial Control of Translation by mRNA-Specific 4E-BPs, 556 An Iron-Regulated, RNA-Binding Protein Controls Translation of Ferritin, 557 Translation of the Yeast Transcriptional Activator Gcn4 Is Controlled by Short Upstream ORFs and Ternary Complex Abundance, 558 TECHNIQUES BOX 15-6 Ribosome and Polysome Profiling, 561 TRANSLATION-DEPENDENT REGULATION OF mRNA AND PROTEIN STABILITY, 563 The SsrA RNA Rescues Ribosomes That Translate Broken mRNAs, 563 MEDICAL CONNECTIONS BOX 15-7 A Frontline Drug in Tuberculosis Therapy Targets SsrA Tagging, 565 Eukaryotic Cells Degrade mRNAs That Are Incomplete or Have Premature Stop Codons, 565 SUMMARY, 567 BIBLIOGRAPHY, 570 QUESTIONS, 570 16 The Genetic Code, 573 THE CODE IS DEGENERATE, 573 Perceiving Order in the Makeup of the Code, 575 Wobble in the Anticodon, 575 Three Codons Direct Chain Termination, 577 How the Code Was Cracked, 577 Stimulation of Amino Acid Incorporation by Synthetic mRNAs, 578 Poly-U Codes for Polyphenylalanine, 579 Mixed Copolymers Allowed Additional Codon Assignments, 579 Transfer RNA Binding to Defined Trinucleotide Codons, 579 Codon Assignments from Repeating Copolymers, 581 THREE RULES GOVERN THE GENETIC CODE, 582 Three Kinds of Point Mutations Alter the Genetic Code, 582 Genetic Proof That the Gode Is Read in Units of Three, 583 SUPPRESSOR MUTATIONS CAN RESIDE IN THE SAME OR A DIFFERENT GENE, 584 Intergenic Suppression Involves Mutant tRNAs, 584 Nonsense Suppressors Also Read Normal Termination Signals, 585 Proving the Validity of the Genetic Code, 586 THE CODE IS NEARLY UNIVERSAL, 587 ADVANCED CONCEPTS BOX 16-1 Expanding the Genetic Code, 589 SUMMARY, 590 BIBLIOGRAPHY, 590 QUESTIONS, 591 17 The Origin and Early Evolution of Life, 593 WHEN DID LIFE ARISE ON EARTH?, 594 WHAT WAS THE BASIS FOR PREBIOTIC ORGANIC CHEMISTRY?, 595 DID LIFE EVOLVE FROM AN RNA WORLD?, 599 CAN SELF-REPLICATING RIBOZYMES BE CREATED BY DIRECTED EVOLUTION?, 599 DOES DARWINIAN EVOLUTION REQUIRE SELF-REPLICATING PROTOCELLS?, 603 DID LIFE ARISE ON EARTH?, 606 SUMMARY, 607 BIBLIOGRAPHY, 607 QUESTIONS, 607 xxvi Detailed Contents PART 5: REGULATION, 609 18 Transcriptional Regulation in Prokaryotes, 615 PRINCIPLES OF TRANSCRIPTIONAL REGULATION, 615 Gene Expression Is Controlled by Regulatory Proteins, 615 Most Activators and Repressors Act at the Level of Transcription Initiation, 616 Many Promoters Are Regulated by Activators That Help RNA Polymerase Bind DNA and by Repressors That Block That Binding, 616 Some Activators and Repressors Work by Allostery and Regulate Steps in Transcriptional Initiation after RNA Polymerase Binding, 618 Action at a Distance and DNA Looping, 618 Cooperative Binding and Allostery Have Many Roles in Gene Regulation, 619 Antitermination and Beyond: Not All of Gene Regulation Targets Transcription Initiation, 620 REGULATION OF TRANSCRIPTION INITIATION: EXAMPLES FROM PROKARYOTES, 620 An Activator and a Repressor Together Control the lac Genes, 620 CAP and Lac Repressor Have Opposing Effects on RNA Polymerase Binding to the lac Promoter, 622 CAP Has Separate Activating and DNA-Binding Surfaces, 622 CAP and Lac Repressor Bind DNA Using a Common Structural Motif, 623 KEY EXPERIMENTS BOX 18-1 Activator Bypass Experiments, 624 The Activities of Lac Repressor and CAP Are Controlled Allosterically by Their Signals, 626 Combinatorial Control: CAP Controls Other Genes As Well, 627 KEY EXPERIMENTS BOX 18-2 Jacob, Monod, and the Ideas behind Gene Regulation, 628 Alternative s Factors Direct RNA Polymerase to Alternative Sets of Promoters, 630 NtrC and MerR: Transcriptional Activators That Work by Allostery Rather than by Recruitment, 630 NtrC Has ATPase Activity and Works from DNA Sites Far from the Gene, 631 MerR Activates Transcription by Twisting Promoter DNA, 632 Some Repressors Hold RNA Polymerase at the Promoter Rather than Excluding It, 633 AraC and Control of the araBAD Operon by Antiactivation, 634 MEDICAL CONNECTIONS 18-3 Blocking Virulence by Silencing Pathways of Intercellular Communication, 635 THE CASE OF BACTERIOPHAGE l: LAYERS OF REGULATION, 636 Alternative Patterns of Gene Expression Control Lytic and Lysogenic Growth, 636 Regulatory Proteins and Their Binding Sites, 638 l Repressor Binds to Operator Sites Cooperatively, 639 Repressor and Cro Bind in Different Patterns to Control Lytic and Lysogenic Growth, 640 ADVANCED CONCEPTS BOX 18-4 Concentration, Affinity, and Cooperative Binding, 641 Lysogenic Induction Requires Proteolytic Cleavage of l Repressor, 642 Negative Autoregulation of Repressor Requires Long-Distance Interactions and a Large DNA Loop, 643 Another Activator, l CII, Controls the Decision between Lytic and Lysogenic Growth upon Infection of a New Host, 644 KEY EXPERIMENTS BOX 18-5 Evolution of the l Switch, 645 The Number of Phage Particles Infecting a Given Cell Affects Whether the Infection Proceeds Lytically or Lysogenically, 647 Growth Conditions of E. coli Control the Stability of CII Protein and Thus the Lytic/Lysogenic Choice, 648 Transcriptional Antitermination in l Development, 648 KEY EXPERIMENTS BOX 18-6 Genetic Approaches That Identified Genes Involved in the Lytic/Lysogenic Choice, 649 Retroregulation: An Interplay of Controls on RNA Synthesis and Stability Determines int Gene Expression, 651 SUMMARY, 652 BIBLIOGRAPHY, 653 QUESTIONS, 654 Detailed Contents xxvii 19 Transcriptional Regulation in Eukaryotes, 657 CONSERVED MECHANISMS OF TRANSCRIPTIONAL REGULATION FROM YEAST TO MAMMALS, 659 Activators Have Separate DNA-Binding and Activating Functions, 660 Eukaryotic Regulators Use a Range of DNA-Binding Domains, But DNA Recognition Involves the Same Principles as Found in Bacteria, 661 Activating Regions Are Not Well-Defined Structures, 663 TECHNIQUES BOX 19-1 The Two-Hybrid Assay, 664 RECRUITMENT OF PROTEIN COMPLEXES TO GENES BY EUKARYOTIC ACTIVATORS, 665 Activators Recruit the Transcriptional Machinery to the Gene, 665 TECHNIQUES BOX 19-2 The ChIP-Chip and ChIP-Seq Assays Are the Best Method for Identifying Enhancers, 666 Activators Also Recruit Nucleosome Modifiers That Help the Transcriptional Machinary Bind at the Promoter or Initiate Transcription, 667 Activators Recruit Additional Factors Needed for Efficient Initiation or Elongation at Some Promoters, 669 MEDICAL CONNECTIONS BOX 19-3 Histone Modifications, Transcription Elongation, and Leukemia, 670 Action at a Distance: Loops and Insulators, 672 Appropriate Regulation of Some Groups of Genes Requires Locus Control Regions, 673 SIGNAL INTEGRATION AND COMBINATORIAL CONTROL, 675 Activators Work Synergistically to Integrate Signals, 675 Signal Integration: The HO Gene Is Controlled by Two Regulators—One Recruits Nucleosome Modifiers, and the Other Recruits Mediator, 675 Signal Integration: Cooperative Binding of Activators at the Human b-Interferon Gene, 676 Combinatorial Control Lies at the Heart of the Complexity and Diversity of Eukaryotes, 678 Combinatorial Control of the Mating-Type Genes from S. cerevisiae, 680 TRANSCRIPTIONAL REPRESSORS, 681 SIGNAL TRANSDUCTION AND THE CONTROL OF TRANSCRIPTIONAL REGULATORS, 682 Signals Are Often Communicated to Transcriptional Regulators through Signal Transduction Pathways, 682 KEY EXPERIMENTS BOX 19-4 Evolution of a Regulatory Circuit, 683 Signals Control the Activities of Eukaryotic Transcriptional Regulators in a Variety ofWays, 686 GENE “SILENCING” BY MODIFICATION OF HISTONES AND DNA, 687 Silencing in Yeast Is Mediated by Deacetylation and Methylation of Histones, 688 In Drosophila, HP1 Recognizes Methylated Histones and Condenses Chromatin, 689 Repression by Polycomb Also Uses Histone Methylation, 690 ADVANCED CONCEPTS BOX 19-5 Is There a Histone Code?, 691 DNA Methylation Is Associated with Silenced Genes in Mammalian Cells, 692 EPIGENETIC GENE REGULATION, 694 Some States of Gene Expression Are Inherited through Cell Division Even When the Initiating Signal Is No Longer Present, 694 MEDICAL CONNECTIONS BOX 19-6 Transcriptional Repression and Human Disease, 696 SUMMARY, 697 BIBLIOGRAPHY, 698 QUESTIONS, 699 20 Regulatory RNAs, 701 REGULATION BY RNAS IN BACTERIA, 701 Riboswitches Reside within the Transcripts of Genes Whose Expression They Control through Changes in Secondary Structure, 703 RNAs as Defense Agents in Prokaryotes and Archaea, 705 CRISPRs Are a Record of Infections Survived and Resistance Gained, 706 ADVANCED CONCEPTS BOX 20-1 Amino Acid Biosynthetic Operons Are Controlled by Attenuation, 707 Spacer Sequences Are Acquired from Infecting Viruses, 710 xxviii Detailed Contents A CRISPR Is Transcribed as a Single Long RNA, Which Is Then Processed into Shorter RNA Species That Target Destruction of Invading DNA or RNA, 710 REGULATORY RNAs ARE WIDESPREAD IN EUKARYOTES, 711 Short RNAs That Silence Genes Are Produced from a Variety of Sources and Direct the Silencing of Genes in Three Different Ways, 712 SYNTHESIS AND FUNCTION OF miRNA MOLECULES, 714 miRNAs Have a Characteristic Structure That Assists in Identifying Them and Their Target Genes, 714 An Active miRNA Is Generated through a Two-Step Nucleolytic Processing, 716 Dicer Is the Second RNA-Cleaving Enzyme Involved in miRNA Production and the Only One Needed for siRNA Production, 717 SILENCING GENE EXPRESSION BY SMALL RNAs, 718 Incorporation of a Guide Strand RNA into RISC Makes the Mature Complex That Is Ready to Silence Gene Expression, 718 Small RNAs Can Transcriptionally Silence Genes by Directing Chromatin Modification, 719 RNAi Is a Defense Mechanism That Protects against Viruses and Transposons, 721 KEY EXPERIMENTS BOX 20-2 Discovery of miRNAs and RNAi, 722 RNAi Has Become a Powerful Tool for Manipulating Gene Expression, 725 MEDICAL CONNECTIONS BOX 20-3 microRNAs and Human Disease, 727 LONG NON-CODING RNAS AND X-INACTIVATION, 728 Long Non-Coding RNAs Have Many Roles in Gene Regulation, Including Cis and Trans Effects on Transcription, 728 X-Inactivation Creates Mosaic Individuals, 728 Xist Is a Long Non-Coding RNA That Inactivates a Single X Chromosome in Female Mammals, 729 SUMMARY, 730 BIBLIOGRAPHY, 731 QUESTIONS, 732 21 Gene Regulation in Development and Evolution, 733 MEDICAL CONNECTIONS BOX 21-1 Formation of iPS Cells, 734 THREE STRATEGIES BY WHICH CELLS ARE INSTRUCTED TO EXPRESS SPECIFIC SETS OF GENES DURING DEVELOPMENT, 735 Some mRNAs Become Localized within Eggs and Embryos Because of an Intrinsic Polarity in the Cytoskeleton, 735 Cell-to-Cell Contact and Secreted Cell-Signaling Molecules Both Elicit Changes in Gene Expression in Neighboring Cells, 736 Gradients of Secreted Signaling Molecules Can Instruct Cells to Follow Different Pathways of Development Based on Their Location, 737 EXAMPLES OF THE THREE STRATEGIES FOR ESTABLISHING DIFFERENTIAL GENE EXPRESSION, 738 The Localized Ash1 Repressor Controls Mating Type in Yeast by Silencing the HO Gene, 738 A Localized mRNA Initiates Muscle Differentiation in the Sea Squirt Embryo, 740 ADVANCED CONCEPTS BOX 21-2 Review of Cytoskeleton: Asymmetry and Growth, 741 Cell-to-Cell Contact Elicits Differential Gene Expression in the Sporulating Bacterium, Bacillus subtilis, 743 A Skin –Nerve Regulatory Switch Is Controlled by Notch Signaling in the Insect Central Nervous System, 743 A Gradient of the Sonic Hedgehog Morphogen Controls the Formation of Different Neurons in the Vertebrate Neural Tube, 744 THE MOLECULAR BIOLOGY OF DROSOPHILA EMBRYOGENESIS, 746 An Overview of Drosophila Embryogenesis, 746 A Regulatory Gradient Controls Dorsoventral Patterning of the Drosophila Embryo, 747 ADVANCED CONCEPTS BOX 21-3 Overview of Drosophila Development, 748 Segmentation Is Initiated by Localized RNAs at the Anterior and Posterior Poles of the Unfertilized Egg, 751 KEY EXPERIMENTS BOX 21-4 Activator Synergy, 752 Bicoid and Nanos Regulate hunchback, 753 Multiple Enhancers Ensure Precision of hunchback Regulation, 754 The Gradient of Hunchback Repressor Establishes Different Limits of Gap Gene Expression, 754 MEDICAL CONNECTIONS BOX21-5 Stem Cell Niche, 755 ADVANCED CONCEPTS BOX 21-6 Gradient Thresholds, 757 Detailed Contents xxix Hunchback and Gap Proteins Produce Segmentation Stripes of Gene Expression, 758 KEY EXPERIMENTS BOX 21-7 cis-Regulatory Sequences in Animal Development and Evolution, 759 Gap Repressor Gradients Produce Many Stripes of Gene Expression, 760 Short-Range Transcriptional Repressors Permit Different Enhancers to Work Independently of One Another within the Complex eve Regulatory Region, 761 HOMEOTIC GENES: AN IMPORTANT CLASS OF DEVELOPMENTAL REGULATORS, 762 Changes in Homeotic Gene Expression Are Responsible for Arthropod Diversity, 763 Changes in Ubx Expression Explain Modifications in Limbs among the Crustaceans, 763 ADVANCED CONCEPTS BOX 21-8 Homeotic Genes of Drosophila Are Organized in Special Chromosome Clusters, 764 How Insects Lost Their Abdominal Limbs, 766 Modification of Flight Limbs Might Arise from the Evolution of Regulatory DNA Sequences, 767 GENOME EVOLUTION AND HUMAN ORIGINS, 769 Diverse Animals Contain Remarkably Similar Sets of Genes, 769 Many Animals Contain Anomalous Genes, 769 Synteny Is Evolutionarily Ancient, 770 Deep Sequencing Is Being Used to Explore Human Origins, 772 SUMMARY, 772 BIBLIOGRAPHY, 773 QUESTIONS, 774 22 Systems Biology, 775 REGULATORY CIRCUITS, 776 AUTOREGULATION, 776 Negative Autoregulation Dampens Noise and Allows a Rapid Response Time, 777 Gene Expression Is Noisy, 777 Positive Autoregulation Delays Gene Expression, 779 BISTABILITY, 780 Some Regulatory Circuits Persist in Alternative Stable States, 780 Bimodal Switches Vary in Their Persistence, 781 KEY EXPERIMENTS BOX 22-1 Bistability and Hysteresis, 782 FEED-FORWARD LOOPS, 784 Feed-Forward Loops Are Three-Node Networks with Beneficial Properties, 784 Feed-Forward Loops Are Used in Development, 786 OSCILLATING CIRCUITS, 786 Some Circuits Generate Oscillating Patterns of Gene Expression, 786 Synthetic Circuits Mimic Some of the Features of Natural Regulatory Networks, 789 SUMMARY, 790 BIBLIOGRAPHY, 791 QUESTIONS, 791 PART 6: APPENDICES, 793 APPENDIX 1: Model Organisms, 797 BACTERIOPHAGE, 798 Assays of Phage Growth, 800 The Single-Step Growth Curve, 800 Phage Crosses and Complementation Tests, 801 Transduction and Recombinant DNA, 801 BACTERIA, 802 Assays of Bacterial Growth, 803 Bacteria Exchange DNA by Sexual Conjugation, PhageMediated Transduction, and DNA-Mediated Transformation, 803 Bacterial Plasmids Can Be Used as Cloning Vectors, 805 Transposons Can Be Used to Generate Insertional Mutations and Gene and Operon Fusions, 805 Studies on the Molecular Biology of Bacteria Have Been Enhanced by Recombinant DNA Technology, xxx Detailed Contents Whole-Genome Sequencing, and Transcriptional Profiling, 806 Biochemical Analysis Is Especially Powerful in Simple Cells with Well-Developed Tools of Traditional and Molecular Genetics, 806 Bacteria Are Accessible to Cytological Analysis, 807 Phage and Bacteria Told Us Most of the Fundamentals Things about the Gene, 807 Synthetic Circuits and Regulatory Noise, 808 BAKER’S YEAST, SACCHAROMYCES CEREVISIAE, 808 The Existence of Haploid and Diploid Cells Facilitates Genetic Analysis of S. cerevisiae, 809 Generating Precise Mutations in Yeast Is Easy, 810 S. cerevisiae Has a Small, Well-Characterized Genome, 810 S. cerevisiae Cells Change Shape as They Grow, 810 ARABIDOPSIS, 811 Arabidopsis Has a Fast Life Cycle with Haploid and Diploid Phases, 812 Arabidopsis Is Easily Transformed for Reverse Genetics, 813 Arabidopsis Has a Small Genome That Is Readily Manipulated, 813 Epigenetics, 814 Plants Respond to the Environment, 815 Development and Pattern Formation, 815 THE NEMATODE WORM, CAENORHABDITIS ELEGANS, 816 C. elegans Has a Very Rapid Life Cycle, 816 C. elegansIs Composed of Relatively Few,Well-Studied Cell Lineages, 817 The Cell Death Pathway Was Discovered in C. elegans, 818 RNAi Was Discovered in C. elegans, 818 THE FRUIT FLY, DROSOPHILA MELANOGASTER, 819 Drosophila Has a Rapid Life Cycle, 819 The First Genome Maps Were Produced in Drosophila, 820 Genetic Mosaics Permit the Analysis of Lethal Genes in Adult Flies, 822 The Yeast FLP Recombinase Permits the Efficient Production of Genetic Mosaics, 823 It Is Easy to Create Transgenic Fruit Flies that Carry Foreign DNA, 824 THE HOUSE MOUSE, MUS MUSCULUS, 825 Mouse Embryonic Development Depends on Stem Cells, 826 It Is Easy to Introduce Foreign DNA into the Mouse Embryo, 827 Homologous Recombination Permits the Selective Ablation of Individual Genes, 827 Mice Exhibit Epigenetic Inheritance, 829 BIBLIOGRAPHY, 830

из

Уотсон Дж. -> «Молекулярная биология гена» М.: Мир 1978 706с: 1

разграничения между молекулярной биологией и биологией клетки в настоящее время быстро исчезают. …в прошлом можно было отнести к области чисто теоретической биологии. … текст, по которому студенты, еще не изучавшие генетики и биохимии, могли бы сначала ознакомиться с основами этих паук и, таким образом, не зависеть от других учебников,
Большая часть представленного в книге материала была прочитала в виде лекций студентам Гарвардского университета и Редклиффского колледжа в качестве вводного курса по биохимии и молекулярной биологии. Здесь сведены воедино все основные факты, которые должны усвоить студенты в начале своего обучения в университете, прежде чем перейти к более специализированным курсам.
Я попытался включить в книгу наиболее важные наблюдения, сделанные в самое последнее время и рискнул представить их как твердо установленные факты, …моей женой и двумя маленькими сыновьями, … переделывать то один, то другой абзац или рисунок.
Дж. Д. Уотсон Октябрь 1975 г.
1.2   Основы менделизма
Легко видеть в человеке существо совершенно особое, отличное от всех прочих живых существ. Лишь он создал сложные языки, дающие ему средство для обмена идеями и эмоциями. Он создал великие цивилизации, изменившие окружающий мир так, как не могло бы его изменить никакое Другое существо. Поэтому человек всегда был склонен считать, что он занимает в природе не совсем обычное место. Эта мысль отразилась в различных религиях, с помощью которых человек пытался найти ответ на вопрос о своем происхождении и, руководствуясь им, вывести некие разумные правила поведения. Казалось естественным думать, что, поскольку жизнь каждого отдельного человека имеет начало и конец, у всего человечества в целом тоже должно быть «начало»— акт творения, во время которого был создан человек (возможно, вместе со всеми прочими формами жизни) 3

Около 100 лет назад Дарвин и Уоллес, создав теорию эволюции, основанную на идее выживания наиболее приспособленных, впервые серьезно поколебали эти представления. Они утверждали, что различные формы жизни изменчивы и что в природе постоянно появляются новые, слегка отличные от прежних формы животных и растений, нередко лучше приспособленные к жизни и более эффективно размножающиеся. Разрабатывая свою теорию, Дарвин и Уоллес еще не знали, в чем состоит механизм этой непрерывной изменчивости, но они понимали, что если такая изменчивость действительно составляет основу эволюции, то новые признаки организмов должны передаваться по наследству.
Вначале теория Дарвина была встречена в штыки…. не могли допустить, что человек и какая-то гнуспая обезьяна имеют общего предка, пусть даже и жившего 100 миллионов лет назад. Не приняли вначале эту теорию и многие биологи,… Агассиц, знаменитый швейцарский натуралист, работавший в то время в Гарвардском университете, много лет выступал против Дарвина и его горячего сторонника и популяризатора Гексли. Однако к концу девятнадцатого века научный спор по поводу теории Дарвина в основном закончился. К этому времени стало ясно, что объяснить современное географическое распространение растений и животных и распределение палеонтологических остатков в геологических пластах можно, только признав, что ныне живущие формы произошли от общего предка путем непрерывной эволюции. …
Непосредственный вывод из теории Дарвина состоит в том, что жизнь на нашей планете возникла когда-то (1—2 миллиарда лет назад) в очень примитивной форме; возможно, это было что-то напоминавшее бактерии — простейшие из современных живых существ. Конечно, сам факт существования бактерий убеждает нас в том, что основные черты живого присущи даже мельчайшим организмам. Однако теория эволюции приводит нас еще и к другому выводу: она указывает, что эти основные черты должны быть одинаковыми у всех живых организмов.
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ
К тому же заключению приводит нас и клеточная теория, создание которой явилось вторым важнейшим достижением биологии девятнадцатого века. Эта теория, впервые четко сформулированная в 1839 г. немецкими исследователями Шлейденом и Шванном, утверждает, что все растения и животные построены из мелких элементарных субъединиц, так называемых клеток. Все клетки окружены мембраной и обычно содержат ядро, также окруженное мембраной (рис. 1-1 и 1-2). Возникают клетки только из других клеток в процессе клеточного деления. Большинство клеток способны расти, а затем делиться на две дочерние клетки. Ядро клетки при этом также делится, и обе дочерние клетки получают по ядру.
ПРИ МИТОЗЕ ХРОМОСОМНЫЙ НАБОР НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ
В каждом ядре содержится определенное число продолговатых телец, которые были названы хромосомами (рис. 1-3). Перед клеточным делением каждая хромосома делится, так что получаются две новые хромосомы, совершенно такие же, как и исходная. Этот процесс (впервые его наблюдал в 1879 г. Флемминг) ведет к удвоению числа хромосом в ядре. При делении ядра две одинаковые хромосомы из каждой пары хромосом расходятся по двум дочерним ядрам (рис. 1-4). В результате этих событий (объединяемых теперь под общим названием митоз) каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, точно такой же, как и у исходной родительской клетки.
На протяжении большей части жизненного цикла клетки хромосомы находятся в сильно растянутой линейной форме. Перед клеточным деле-4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 6061 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317

Скачать: molekulyarnayabiologiyagena1978.djvu
Перевод с английского под редакцией академика В. А. Энгельгардта
Кпига, принадлежащая перу лауреата Нобелевской премии Дж. Уотсопа, занимает особое место в литературе по молекулярной биологии. Она является превосходным руководством …суммирует самые современные данные. Рассмотрены принципы хромосомной теории наследственности, взаимодействие биологически актпвных молекул, структура и механизмы функционирования нуклеиновых кислот, их роль в биосинтезе белка, структура и функция мембран, роль различных регуляторов обмена веществ, вирусная теория рака, вопросы и задачи генетической инженерии.
Настоящее издание является переводом третьего, переработанного и дополненного американского издания. Перевод первого … «Мир» в 1967 г.  1976, 1970, 1965, by W, A. Benjamin, …
Третье американское издание в полной мере отражает главные тенденции …к новым, более высоким уровням организационной сложности как в структурном, так и функциональном отношении. Книга значительно выросла в объеме — целиком прибавились четыре новые крупные главы, …расширены, во многих частях написаны почти заново. …важнее один раз увидеть, чем десять раз услышать (или прочитать). .. Богатство сообщаемых фактов дается автором читателю через призму критического рассмотрения — часто в очень конденсированиой форме…требует от читателя внимательности и вдумчивости. … будет служить настольным пособием
Предисловие         Посвящается Лиз
Пожалуй, самое удивительное в современной молекулярной биологии — это то, что она не замедляет темпов своего развития. Всем нам, работающим в этой области, вероятно, трудно представить себе, что здесь еще могут возникнуть существенно новые идеи. И все-таки мы жадно набрасываемся на свежие номера научных журналов и очень часто находим в них описание новых фактов, которые нам необходимо усвоить, если мы хотим и дальше активно работать в области молекулярной биологии. < 1 > 2 3 4 5 6 7 .. 317 >> Следующая

…гл.20
ОПУХОЛЕВЫЕ ВИРУСОПОДОБНЫЕ PIIK-ГЕНОМЫ КАК НОРМАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ
Все клетки позвоночных, по-видимому, содержат от одного до нескольких латентных опухолевых вирусоподобных РНК-геномов, интегрированных с их хромосомами. Эти геномы обычно транскрибируются с очень низкой скоростью, и только изредка от соответствующих поверхностен клеток отпочковываются вирусные частицы. В норме дочерние частицы не способны размножаться в клетках того вида животных, в которых они продуцируются. Напротив, они часто весьма эффективно размножаются в клетках животных других видов. Например, латентный вирус кошек в норме не может размножаться в клетках кошки, но в клетках человека растет очень хорошо. Неспособность эндогенных вирусов размножаться в клетках, где они сформировались, возможно, обусловлена присутствием молекул типа репрессоров, которые специфически ингибируют активность эндогенных геномов, но не могут блокировать выражение чужеродных геномов, так как в норме опи не подвергаются их воздействию.
Выражение некоторых эндогенпых провнрусных геномов значительно усиливается, если соответствующие клетки-хозяева выращивать в присутствии галогенозамещенных ннримидинов. Каким-то образом включение бромдезоксиуридина или иоддезокснуридина в клеточную (провирусцую?) ДНК сводит к нулю нормальный контроль транскрипции провнруса, что приводит к репродукции большого числа зрелых вирусных частиц. Другие эндогенные провирусы активируются, если действовать на клетки определенными стероидными гормонами. Например, обработка эстроге нами значительно увеличивает число РНК-содержащих опухолевых вирусоподобных частиц, присутствующих в клетках матки. В стимулированной гормонами ткани плаценты также обнаруживается множество РНК-содержащих частиц, похожих на опухолевые вирусы.
В отличие от ВСР или вируса лейкоза Раушера эндогенные опухолеподобные РНК-вирусы не являются истшшо опухолевыми. Хотя они очень хорошо размножаются в чужеродных клетках, их вирусные частицы, как правило, не вызывают трансформации и ие содержат онкогенов. Возникновения рака (обычно лейкоза) можно добиться только если вводить восприимчивым животным колоссальное число частиц вируса. Сле довательно, лейкоз или другую форму рака может вызвать лишь крайне редкий вариант вируса, в который случайно включились клеточные гены. Поэтому возникает вопрос, является ли большинство нормальных эндо-генных провирусов «партнером» без функции или они необходимы на какой-то стадии нормального существования клетки. Поскольку практически все известные клетки позвоночных содержат эндогенные провирусы, напрашивается предположение, что они не могут обходиться без провирусов, и, следовательно, нам нужно активно заняться поиском роли провирусов в нормальной функции клетки.
ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ГЕНОМОВ ПО ВРЕМЯ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗБИТИЯ
Уже имеются убедительные доказательства, что андогенные вирусные геномы кодируют специфический поверхностный антиген, обнаруживаемый у мышей ко время эмбрионального развития. Главный поверхностный белок тимоцитов мышей (Gi\.) оказался идентичным гликопротеиду цр70, кодируемому одним из эндогенных вирусных РНК-геномов. Он впервые был обнаружен в кроветворных клетках печени на 14-й день развития. На 18й день его выражепие достигает уровня, характерного для взрослого организма. Этот белок обычно встречается в некоторых лимфоидных тканях взрослых организмов, а также в эпидидимисе (рис. 20-32) и на поверхности сперматозоидов. Итак, мы считаем сейчас, что выражение этого эндогенного вирусного РНК генома строго регулируется во время дифференцировки и развития. Остается загадкой вопрос о том, почему эти поверхностные компоненты должны кодироваться геномом, обладающим способностью к независимой саморепликации.
ПОИСК ОПУХОЛЕВЫХ ВИРУСОВ ЧЕЛОВЕКА
Коль скоро множество различных раковых заболеваний птиц и грызунов имеет вирусную этиологию, было вполне обоснованно предположить, что многие раковые заболевания человека также обусловлены вирусами …попытки установить связь между основными раковыми заболеваниями человека и определенными вирусами…ни к чему не привели, … остается открытым. Сначала казалось резонным искать в клетках опухоли зрелые вирусы. Теперь мы, однако, уже достаточно, много знаем о ДНК-содержащих опухолевых вирусах, и в частности то, что их размножение всегда приводит к гибели клеток-хозяев. … косвенными путями, например путем поиска вирус-специфических опухолевых антигенов или вирус-специфической ДНК или РНК.
Хотя размножение РНК-содержащих опухолевых вирусов пе приводит к гибели клеток-хозяев, электронно-микроскопическое изучение РНК-содержащих опухолевых вирусов человека осложняется тем, что клетки человека содержат и неопухолевые эндогенные РНК-содержащие вирусы, морфологически тождественные вирусам, вызывающим рак. Таким образом, обнаружение в раковой клетке большого числа РНК-содержащих частиц, подобных частицам опухолевого вируса, может означать, что при раковом поражении индицируется выражение эндогенного вирусного генома. И наоборот, если не наблюдается РНК-содержащих опухолевых вирусов, это не исключает того, что опухоль обусловлена РНК-содержащим вирусом, поскольку нам известно много модельных систем, в которых РНК-содержащие вирусы при инфицировании чужеродной клетки трансформируют ее, но не размножаются. Следовательпо, вполне вероятно, что многие виды рака человека возникают в результате инфицирования PIIK-содержащими вирусами, которые у других видов животных в норме размножаются, но рака не вызывают. Единственный вывод, который вытекает из сказаппого, состоит в том, что чем больше мы узнаем
о модельных системах опухолевых вирусов, тем более изощренными должны становиться методы установления вирусной этиологии рака человека
ИЗУЧЕНИЕ РАКА НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ
Предыдущая << 1 .. 281 282 283 284 285 286 < 287 > 288 289 трудно сказать, достаточно ли для выявления этиологии рака изучить лишь несколько биохимических этапов, участвующих в этой цепи, или нам следует сначала исследовать в мельчайших подробностях биохимию эукариотов.
Итак, мы пришли к тому же, о чем уже говорили в заключительных разделах глав, касающихся вопросов эмбриологии и иммунологии. Дело не в том, насколько умны наши рассуждения или насколько щедро мы тратим огромные суммы денег на «ударные» программы, а в тощ, что присущая клеткам эукариотов сложность все еще превышает возможности нашего интеллекта. Вот почему так часто мы должны удовлетворяться скромными целями. Этот трезвый итог, однако, не должен заслонить того факта, что изучение опухолевых вирусов стало почти точной наукой, и мы вправе ожидать непрерывного и стремительного, если не сенсационного, прогресса в последующие одно-два десятилетия.
ВЫВОДЫ
Раковой называется такая клетка, которая утратила способность контролировать рост и деление. Она делится там и тогда, где и когда она делиться не должна, и в результате такого дезорганизованного роста в организме хозяина появляются опухоли. Существуют две основные гипотезы о происхождении раковых клеток — обе они но сути генетические. Согласно одной из них, возникновение раковых клеток происходит за счет накопления соматических мутаций, причем результатом прогрессирующей серии мутаций являются предельно выраженные раковые фенотипы. Согласно другой гипотезе, большинство злокачественных новообразований появляется в результате внедрения нового генетического материала при инфицировании нормальных клеток опухолевыми вирусами. Сейчас мы считаем, что ни то, ни другое из этих двух объяснений не раскрывает сущности всех раковых заболеваний и что некоторые формы рака возникают скорее всего благодаря соматическим мутациям, в то время как другие являются следствием заражения опухолевыми вирусами.
Большинство (если не все) соматических мутаций, приводящих к раку, возникает в результате присутствия в окружающей среде канцерогенов. Воздействие ультрафиолетовых лучей, например, приводит к образованию раковых клеток вследствие генетических изменений в клеточной ДНК. Канцерогенные углеводороды, такие, как бензпиреп, становятся мощными мутагенами после преобразования их под действием ферментов печени—арилгидроксилаз. Подобным же образом нитраты, сами по себе не обладающие мутагеппыми свойствами, после превращения в нитриты могут реагировать с множеством вторичных аминов с образованием высокомутагенных нитрозамипов. Тот факт, что все эти канцерогены являются мутагенами, говорит о том, что к раковому фенотипу могут приводить мутации самых разных генов.
Раковая клетка, появляясь в организме животного, ие обязательно вызывает образование опухоли. Большая часть этих клеток разрушается под влиянием иммунных реакций, обусловленных клеточными антитетами (иммунный надзор). Эти иммунные реакции направлены против опухоле-спсцифпческих антигенов, локализующихся па поверхности раковой клетки Несомненно, что переход к раковому состоянию почти всегда приводит к радикальной перестройке внешней поверхности клетки, в результате чего возникают новые поверхностные конфигурации, распознающиеся иммунной системой хозяина как чужеродные. Почему отдельная раковая клетка при каких-то обстоятельствах выходит из-под контроля и разрастается в опухоль, совершенно неясно. В любом случае онкоген-ность данной опухолевой клетки лучше всего определяется при введении ее в организм животного с нарушенной иммунной системой.
Рак могут вызывать вирусы многих типов. ДНК-содержащие вирусы представляют собой очень гетерогенное семейство, в которое входят и очень мелкие вирусы группы папова, и крупные вирусы из группы герпеса и оспы. Простейшие ДНК-содержащие вирусы, вызывающие рак, принадлежат к группе папова — это вирус SV40 (обезьяний) и вирус полиомы (мышиный). Оба эти вируса имеют мол. нес—25• 10е п содержат одноцепочечные кольцевые молекулы ДНК с мол. весом—З-Ю1’1, которые могут кодировать всего три гена. Жизненный цикл каждого из этих вирусов подразделяется на раннюю и позднюю стадии. Во время ранней стадии образуется ранняя мРНК, которая кодирует Т-антигеп (опухолевый) — белок, локализующийся в ядре, где он предпочтительно связывается с ДНК вируса SV40 (или вируса полиомы) в месте инициации синтеза ДНК. Каким образом функционирует Т-антиген, неизвестно, одпако, согласно наиболее правдоподобному предположению, он участвует в инициации синтеза вирусной ДНК. Он способствует также синтезу поздней мРНК вируса SV40 (или полиомы), которая кодирует два структурных вирусных белка — VP1 и VP2.
Когда вирус SV40 (или полиомы) инфицирует восприимчивую (пер-миссивную) клетку, он размножается в ней и вызывает лизис клетки. Однако, когда тот же вирус инфицирует непермиссивную клетку, развивается абортивная инфекция, при которой синтезируются только ран-пяя мРНК и Т-антиген (и вирусная ДНК?). Очень небольшая часть клеток с абортивной инфекцией трансформируется в раковые. Трансформация происходит в результате включения интактных вирусных геномов (провирусов) в специфические клеточные хромосомы, вероятнее всего путем кроссинговера, как в случае фага %. При внедрении в клеточную хромосому синтезируется Т-антиген, а белки VP1 или VP2 пе продуцируются. Таким образом, специфическим продуктом гена, приводящим к развитию ракового фенотипа, является Т-аптиген. Скорее всего Т-антшен включает транскрипцию различных наборов генов, функции которых у взрослых животных в норме блокированы. Слияние непер-миссивной клетки, трансформированной вирусом SV40, с нормальной пермиссивиой клеткой приводит к тому, что трансформированное ядро пачипает продуцировать дочерние частицы вируса SV40. Возможно, непермиссивные для вируса SV40 клетки не способны транслировать позднюю мРНК вируса SV40.290 ..Аденовирусы также вызывают рак путем внедрения вирусных генов в хромосомы хозяина. Эти значительно более крупные, чем паповавирусы, ДНК-содержащие вирусы имеют линейные молекулы ДНК с мол. весом ~ 25-106. Их жизненный цикл также разделяется на раннюю и позднюю стадии — в инфицированных пермиссивных клетках образуется примерно 4 вида ранней и 5 (или 6) видов поздней мРНК. Трансформация происходит в результате включения небольшой части генома аденовируса в хромосому непермиссивной клетки, причем включается только левый конец (около 7%) хромосомы аденовируса; это свидетельствует о том, что при развитии ракового фенотипа функционируют только одпп-два ранних гена.
Трансформация под влиянием герпесвирусов выяснена в значительно меньшей степени. Показано, что для нее необходима только часть их ДНК-геномов, но в каком месте вирусной ДНК она расположена, неизвестно. Наличие интактной хромосомы герпесвируса не обязательно приводит к гибели клетки-хозяина, но поскольку клетки, трансформированные герпесвирусом, иногда обладают способностью инициировать цикл размножения вируса, при котором происходит продукция большого числа дочерпих вирусов, в конечном счете соответствующие клетки гибнут.
Все РНК-содержащие опухолевые вирусы имеют в сущности одинаковую структуру: они содержат центральную РПК-содержащ^ю сердце-
пину, окруженную наружной липидной мембраной, в которую внедрены вирус-специфические гликопротеиды. В зрелой вирусной частице РНК представлена 70 S-молекулами с мол. весом ~60- 10е. Каждая TOS-молекула составлена из двух идсптичных 358-цепей (приблизительно 9U0U нуклеотидов), удерживаемых вместе водородными связями. После нро-никиовенин вирусной частицы в цитоплазму восприимчивой пермиссив-пой клетки происходит отделение части белков от генома 70S-PHK. Затем 70S-PIIK служит матрицей для синтеза кДНК с участием обратной тран-скрипгазы, несколько копий которой имеется в каждой вирусной частице. Б свою очередь кДНК служит матрицей для синтеза комплементарной цепи, становится кольцевой и внедряется в результате кроссинговера в клеточную хромосому в виде линейной молекулы. Интегрированная ДНК провируса последовательно транскрибируется с образованием вирус-специфических цепей 35S-PIIK, которые служат матрицами для различных вирус-сиецифических белков. Дочерний вирус образуется затем путем почкования от клеточной мембраны.
Существуют вирусные мутанты, которые нормально размножаются, но утратили способность трансформировать клетки. Эти мутанты часто возникают в результате делеции гена (онкогена), который кодирует белок, ответственный за раковый фенотип. Онкогены PHК-содержащих опухолевых вирусов, по-видимому, возннкаюг благодаря генетическим перестройкам, при которых происходит включение (перенос) генов, управляющих ключевыми процессами клеточного контроля, в геномы эндогенных PIIK-содержащих вирусов, обнаруживаемых в норме во всех клетках позвоночных. В норме эти эндогенные вирусные геномы не образуют дочерних часгиц Вместе с тем при некоторых специфических условиях (например, под действием гормонов) они транскрибируются, и в результате от плазматической мембраны отпочковываются вирусные частицы. Обычно эти частицы не размножаются в клетках, из которых они высвободились. Однако оии часто размножаются в чужеродных клетках. Истинная роль этих эндогенных геномов в клетке неясна, известно лишь, что некоторые из них избирательно функционируют в некоторых дифференцированных клетках, кодируя специфические поверхностные гликопротеиды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Burnet F М , Cancer: Biological Approach. I. Processes of Conlrol, Brit Med. J., i, 779 (1957) Прекрасная работа, описывающая сложности проблемы рака и рассматривающая последствия соматической мутации.
Suss R., kingel F , Scribner J D , Cancer: Experiments and Concepts, Springer Veilag, 1973. Описание исследовании в области рака, отличающееся широким охватом проблемы и высоким качеством изложения.
Klein G., Bregula XJ , Wiener f., Harris //., The Analysis of Malignancy by Cell Fusion, J Cell Sci., 8, 659 (1971). Эксперименты, в которых показано, что злокачественность опухолевых клеток подавляется при их слиянпн с нормальными Burnet F М , Immunological Surveillance, Pergamon Press, 1970. (Ф Бернет, Клеточная лмм\нодогия, изд во «Мир», М., 1971.) Полупопулярное издание, посвященное контролю злокачественного роста реакциями клеточного иммунитета.
Gross L., Oncogenic Viruses, 2nd ed., Pergamon Press, 1970. Несколько устаревшая, но благодаря исключительной полноте до сих пор не утратившая своего значения книга о ранних этапах в исследовании опухолевых вирусов.
Tooze J The Molecular Biology of Tumor Viruses, Cold Spring Harbor f ahoratory, 1973. Введение в современные исследования опухолевых вирусов с позиции молекулярного биолога.
Fenner F., McAuslan В. ЯMims С. I)Sambrook White D О., The Biology of Animal Viruses, Academic Press, 1974. (Ф. Феннер, Б Мак Ослеп, С Мимс, Да; Сэчбрук, Д. Уайт, Биология вирусов животных, т. 1, 2, изд-во «Мир», М , 1977.) О… практически все аспекты размножения вирусов животных. Несколько глав посвящено специально опухолевым вирусам.291

RNA Viruses and Host Genome in Oncogenesis, P. Emmelot and P. Bentvelzen, North Holland, Amsterdam, 1972 Статьи конференции по РИН -содержащим опухолевым вирусам.

Temin If. М., RNA-Directed DNA Synthesis, Scientific American, 1972 Опыты, в которых был открыт и доказан перенос информации с РНК на ДНК.
Selected Papers in Tumor Virology, J. Tooze and J. Sambrook (eds ), Cold Spring Harbor Laboratory, 1974. Большой сборник оригинальных статей, посвященпых молекулярным подходам в вирусологии опухолей.
The Herpes Viruses, A. Kaplan (ed.), Academic Press, 1973. Полезный сборник обзорных статей.
Tumor Viruses, Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology, XXXIX, 1974. 137 различных статей,  по вирусологии опухолей к 1974 г.
Cancer, F. F. Backer (ed.), Plenum Press, 1975. Обзорная серия в четырех томах, по опухолевым вирусам и мутагенезу.
Ames В. N.y Коттеп Н. О , Yamsaki Е , Ilair Dyes are Mutagenic: Identification of a Variety of Mutagenic Ingredients, Proc. Nat \cad. Sci., 72, 2423 (1975)
Fraenkel-Conrat H Wagner H. R , Comprehensive Virology, Plenum Piess, 1974 многотомное руководство,  по опухолевым вирусам.

Словарь терминов
Адапторные молекулы. Небольшие молекулы РНК (тРНК), с помощью которых в процессе белкового синтеза аминокислоты выстраиваются в порядке, определяемом матричной молекулой мРНК. Каждая молекула тРНК специфична по отношению к определенной аминокислоте и к определенному кодону матрицы.
Аденилатциклаза. Фермент, катализирующий образование циклического АМФ и АТФ.
Аденовирусы. Вирусы животных, частицы которых (их диаметр равен »-80 нм) содержат линейную двухцепочечную молекулу ДНК, окруженную белковой оболочкой икосаэдрической формы. Многие серотипы этого вируса, будучи патогенными, вызывают симптомы обычной простуды. Во время инфекции вирусные частицы находятся в ядре клетки.
Аденозинтрифосфат (АТФ). Высокоэнергетический эфир фосфорной кис лоты, молекулы которого служат основными хранилищами энергии в клетке.
Азотистая кислота (HN02) Очень мощный мутаген, под действием которою в основаниях ДНК происходит замещение аминогрупп кето-группами.
Азотистое основание. Ароматическая N-содержащая молекула, имеющая основные свойства (способность связывать атом водорода). В клетке важную роль играют такие азотистые основания, как пурины и пиримидины.

292 293 .. 317 >> Следующая

В БГУ- курс (Максимова Н.П.) Молекулярная биология гена — раздел генетики и молекулярной биологии, ставящий целью познание материальных основ наследственности путём исследования протекающих на молекулярном уровне процессов передачи и реализации генетической информации, а также способа её хранения.

РАК — см. МБК, последние англ.6 изд. Molecular Biology of the Cell  ContentsMBOC, 5Ed- Chapter 21: Sexual Reproduction: Meiosis, Germ Cells, and FertilizationiBiology Seminar videos with Molecular Biology of the Cell, Sixth Edition,Chapter 20: Cancer -1- AS A MICROEVOLUTIONARY PROCESS 1091 Cancer Cells Bypass Normal Proliferation Controls and Colonize Other Tissues 1092 Most Cancers Derive from a Single Abnormal Cell 1093 Cancer Cells Contain Somatic Mutations 1094 A Single Mutation Is Not Enough to Change a Normal Cell into a Cancer Cell 1094 Cancers Develop Gradually from Increasingly Aberrant Cells 1095 Tumor Progression Involves Successive Rounds of Random Inherited Change Followed by Natural Selection 1096 Human Cancer Cells Are Genetically Unstable 1097 Cancer Cells Display an Altered Control of Growth 1098 Cancer Cells Have an Altered Sugar Metabolism 1098 Cancer Cells Have an Abnormal Ability to Survive Stress and DNA Damage 1099 Human Cancer Cells Escape a Built-in Limit to Cell Proliferation 1099 The Tumor Microenvironment Influences Cancer Development  Cancer Cells Must Survive and Proliferate in a Foreign Environment 1101 Many Properties Typically Contribute to Cancerous Growth 1103 Summary 1103

CANCER-CRITICAL GENES: HOW THEY ARE FOUND AND WHAT THEY DO 1104 The Identification of Gain-of-Function and Loss-of-Function Cancer Mutations Has Traditionally Required Different Methods 1104 Retroviruses Can Act as Vectors for Oncogenes That Alter Cell Behavior 1105 Different Searches for Oncogenes Converged on the Same Gene—Ras 1106 Genes Mutated in Cancer Can Be Made Overactive in Many Ways 1106 Studies of Rare Hereditary Cancer Syndromes First Identified Tumor Suppressor Genes 1107 Both Genetic and Epigenetic Mechanisms Can Inactivate Tumor Suppressor Genes 1108 Systematic Sequencing of Cancer Cell Genomes Has Transformed Our Understanding of the Disease 1109 Many Cancers Have an Extraordinarily Disrupted Genome 1111 Many Mutations in Tumor Cells are Merely Passengers 1111 About One Percent of the Genes in the Human Genome Are Cancer-Critical 1112 Disruptions in a Handful of Key Pathways Are Common to Many Cancers 1113 Mutations in the PI3K/Akt/mTOR Pathway Drive Cancer Cells to Grow 1114 Mutations in the p53 Pathway Enable Cancer Cells to Survive and Proliferate Despite Stress and DNA Damage 1115 Genome Instability Takes Different Forms in Different Cancers 1116 Cancers of Specialized Tissues Use Many Different Routes to Target the Common Core Pathways of Cancer 1117 Studies Using Mice Help to Define the Functions of Cancer￾Critical Genes 1117 Cancers Become More and More Heterogeneous as They Progress 1118 The Changes in Tumor Cells That Lead to Metastasis Are Still Largely a Mystery 1119 A Small Population of Cancer Stem Cells May Maintain Many Tumors 1120 The Cancer Stem-Cell Phenomenon Adds to the Difficulty of Curing Cancer 1121 Colorectal Cancers Evolve Slowly Via a Succession of Visible Changes 1122 A Few Key Genetic Lesions Are Common to a Large Fraction of Colorectal Cancers 1123 Some Colorectal Cancers Have Defects in DNA Mismatch Repair 1124 The Steps of Tumor Progression Can Often Be Correlated with Specific Mutations 1125 Summary 1126

Two classes of cancer-critical genes: oncogenes and tumor suppressor genes. … altered by a combination of genetic and epigenetic accidents to drive tumor progression. …social control pathways that regulate when cells grow, divide, differentiate, or die. In addition, a subclass of tumor suppressors can be categorized as “genome maintenance genes,” … p53 pathway, which occurs in nearly all human cancers, allows genetically damaged cells to escape apoptosis and continue to proliferate. Inactivation of the Rb pathway also occurs in most human cancers, …—except for the cancers of childhood—many cancers acquire 10 or so driver mutations over the long course of tumor progression, along with a considerably larger number of passenger mutations of no consequence. … subclones of cells arise and die out as a tumor ages. Tumors thus contain a heterogeneous mixture of cells, some—the so-called cancer stem cells—being much more dangerous. We can often correlate the steps of tumor progression with mutations that activate specific oncogenes and inactivate specific tumor suppressor genes, with colon cancer providing a good example. But different combinations of mutations and epigenetic changes are found in different types of cancer, and even in different patients with the same type of cancer, reflecting the random way … repeatedly, suggesting that there are a limited number of ways to breach our defenses against cancer

CANCER PREVENTION AND TREATMENT: PRESENT AND FUTURE 1127 Epidemiology Reveals That Many Cases of Cancer Are Preventable 1127 Sensitive Assays Can Detect Those Cancer-Causing Agents that Damage DNA 1127 Fifty Percent of Cancers Could Be Prevented by Changes in Lifestyle 1128 Viruses and Other Infections Contribute to a Significant Proportion of Human Cancers 1129 Cancers of the Uterine Cervix Can Be Prevented by Vaccination Against Human Papillomavirus 1131 Infectious Agents Can Cause Cancer in a Variety of Ways 1132 The Search for Cancer Cures Is Difficult but Not Hopeless 1132 Traditional Therapies Exploit the Genetic Instability and Loss of Cell-Cycle Checkpoint Responses in Cancer Cells 1132 New Drugs Can Kill Cancer Cells Selectively by Targeting Specific Mutations 1133 PARP Inhibitors Kill Cancer Cells That Have Defects in Brca1 or Brca2 Genes 1133 Small Molecules Can Be Designed to Inhibit Specific Oncogenic Proteins 1135 Many Cancers May Be Treatable by Enhancing the Immune Response Against the Specific Tumor 1137 Cancers Evolve Resistance to Therapies 1139 Combination Therapies May Succeed Where Treatments with One Drug at a Time Fail 1139 We Now Have the Tools to Devise Combination Therapies Tailored to the Individual Patient 1140

Summary 1141 …to better ways of preventing, diagnosing, and treating … Anticancer therapies can be designed to destroy cancer cells preferentially by exploiting the properties that distinguish cancer cells from normal cells, including the cancer cells’ dependence on oncogenic proteins and the defects they harbor in their DNA repair mechanisms. …understanding of normal cell control mechanisms and exactly how they are subverted in specific cancers, we can eventually devise drugs to kill cancers precisely by attacking specific molecules critical for the growth and survival of the cancer cells. In addition, …sophisticated immunological approaches to cancer therapy. And…given tumor, we can begin to tailor treatments more accurately to each individual patient

Problems  References  21 Development of Multicellular Organisms

(ниже — чего там нет — важнее:

Hippocrates (ca. 460 BC – ca. 370 BC) described several kinds of cancer (after breast cancer 1600 BC in the Egyptian Edwin Smith Papyrus [175]), with the Greek word καρκίνος karkinos (crab or crayfish).[175] This name comes from the appearance of the cut surface of a solid malignant tumor, with «the veins stretched on all sides as the animal the crab has its feet, whence it derives its name».[176] Galen stated that «cancer of the breast is so called because of the fancied resemblance to a crab given by the lateral prolongations of the tumor and the adjacent distended veins».[177]:738 Celsus (ca. 25 BC – 50 AD) translated karkinos into the Latin cancer, also meaning crab and recommended surgery as treatment.[175] Galen (2nd century AD) disagreed with the use of surgery and recommended purgatives instead.[175] These recommendations largely stood for 1000 years.[175] In the 15th, 16th and 17th centuries, it became acceptable for doctors to dissect bodies to discover the cause of death.[178] The German professor Wilhelm Fabry believed that breast cancer was caused by a milk clot in a mammary duct. The Dutch professor Francois de la Boe Sylvius, a follower of Descartes, believed that all disease was the outcome of chemical processes and that acidic lymph fluid was the cause of cancer. His contemporary Nicolaes Tulp believed that cancer was a poison that slowly spreads and concluded that it was contagious.[179] The physician John Hill described tobacco snuff as the cause of nose cancer in 1761.[178] This was followed by the report in 1775 by British surgeon Percivall Pott that chimney sweeps’ carcinoma, a cancer of the scrotum, was a common disease among chimney sweeps.[180] With the widespread use of the microscope in the 18th century, it was discovered that the ‘cancer poison’ spread from the primary tumor through the lymph nodes to other sites («metastasis«, by the English surgeon Campbell De Morgan 1871-74.[181] History of cancerHistory of cancer chemotherapy

The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer —Cancer:…(2015 PBS film) — from Mukherjee, Siddhartha (2010) The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer2009. Cancer Management: A Multidisciplinary Approach. (online at cancernetwork.com)(2005). The basic science of oncology.(2006). Principles of cancer biology.

See oncogene Ras and the first tumor suppressor gene Rb[6]p. 371-381, Natalie Angier′s book, Natural Obsessions, about Weinberg’s lab.He and Douglas Hanahan wrote the seminal paper, «The Hallmarks of Cancer«, 1.2000,[7] that gave the six requirements for one renegade cell to cause a deadly cancer:[6] In 2011, they published an updated review article entitled «Hallmarks of cancer: the next generation».[8]

«признаки рака«, 1.00[7]  требования[6]  Возможность Capability Простая аналогия Simple analogy (См.  обновленный комментарий «признаки рака: следующее поколение»[8- 2011]
Самодостаточность сигналов роста Self-sufficiency in growth signals «педаль газа заклинило» «accelerator pedal stuck on»
Нечувствительность к анти-сигналы роста Insensitivity to anti-growth signals «тормоза не работают» «brakes don’t work»
Уклонение от апоптоза Evading apoptosis не умрет, как неполноценные  won’t die when the body normally would kill the defective cell
Безграничной репликативной потенциал Limitless replicative potential бесконечные поколения потомков infinite generations of descendants
Устойчивый ангиогенез Sustained angiogenesis прошу организм дать крови asking the body to give it a blood supply
инвазия и метастазирование Tissue invasion and metastasis перенос и распространение в другие органы и ткани migrating and spreading to other organs and tissues

Weinberg is the author of the textbook The Biology of Cancer[1] , mentor of Tyler Jacks, Clifford Tabin and Cornelia Bargmann[10] 1999, he received the Albert Einstein World Award of ScienceWolf Prize in Medicine in 2004 (shared with Roger Y. Tsien), Linnaeus from Uppsala University. In 2013 he was awarded the $3 million Breakthrough Prize in Life Sciences for his work.[13]

см.русский вариант выше

Periodic system ofBiology (Sednev, 2002) and the CONTENT — Theoretical test (multifunctional periodic table, tool for both students and serious researchers)

Общая биология 40% Ботаника      20% classification Зоология 20% Homo Человек 20%
Topics VII..Biosystematics (10 %) Авто- трофные (Plant) Photosynthesis, переход   : гетеротрофные  мало- подвижные (Animal) части
I. Cell Biology(25 %) Microbiology:Prokaryotic cell organization Morphology PROKARYOTA Anabaena Phototrophy chemotrophy Escherichia  αβγε- VIRALES Bacteriophage Biotechnology: Fermentation  Genetic manipulation  of  organisms 1..Structure and   function of cells Chemicalcomponents Cell.metabolism Protein synthesis recombination,
    Organelles   Transport throughmembranesMitosis andmeiosis EUKARYOTA CHLOROPHYTA Chlorella Chlamydomonas  Diatomea  Navicula EUGLENOPHYTA    Euglena «PROTOZOA» Trypanosoma Amoeba Plasmodium Vorticella Paramaecium V.Genetics and  Evolution(15 %) Variation:mutation and.modification Mendelianinheritance Multiple allelism, sex linkage
Structure and function of tissues and Многоклеточные Ulothrix Spirogyra  RHODOPHYTA    Chondrus      PHAEOPHYT Ayceae Sargassum BRYOPHYTA:  Hepaticopsida Marchantia       Muscopsida Polytricum , Sphagnum LICHENES  Parmelia, Cladonia ZYGOMYCOTA  Mucor     ASCOM.: Penicillium Sacharomyces BASIDIO:  Agaricus PORIFERA: Euspongi CNIDARIA Hydrozoa Scyphozoa Aurelia        Anthozoa  Corallium PLATHELMINTHES   Turbellaria Polycellis       Trematoda  Fasciola Cestoda Taenia NEMAT HELMINTHES   Ascaris, Trichinella Digestion  and  nutrition     Respiration     Excretion Growth and development Reproduction (ferns and mosses included)
II. Anatomy and Physiology(15 %) Сосудистые RHYNOPHYTA Rhynia LYCOPODIOPHYTA Lycopodium EQUISETOPHYTA    Equisetum POLYPODIOPHYTA    Pteridium MOLLUSCA Gastropoda  Helix        Lamellibranchiata  Cephalopoda Sepia ANNELIDA  Polychaeta  Nereis        Oligochaeta: Lumbricus       Hirudinea ARTHROPODA Crustacea  Tracheata Chilopoda  Insecta*  Chelicerata Araneus, Ixodes organs involved in Circulation Transport of water,minerals and assimilates transpiration and gas exchange Immunity.
III. Animal Physiology (15 %)seedplants seedplants: PINOPHYTA Cycas Ginkgo Pinus Liliopsida Liliaceae Lilium, Allium         Orchidaceae Orchis         Poaceae Zea, Triticum         Arecaceae Cocos Araceae Monstera MAGNOLIOPHYTA-psida-ceae  Ranunculaceae. Rosaceae: R,Malus, Рrunus Fabaceae Pisum Oleace Fagaceae   Cactaceae   Brassicacea Lamiaceae Solanacea Asteraceae ECHINODERMATA Stellaroidea Asterias        Echinoidea  Echinocardium CHORDATA: Urochordata    Ascidia     Cephalochordata   Branchiostoma Vertebrata:  Cyclostomata  Petromyzon        Chondroichthyes   Scyliorhinus Pisces  Chondrostei  Acipenser     Teleostei Clupea Amphibia Caudata Salamandra        AnuraRana  Reptilia Testudinat Crocodylia Squamata Aves * Mammalia  Monotremata  Carnivora  Ursus  Canis, Felis Regulation: Endocrine system : pituitary gland, thyroid gland, islets Langerhans,    adrenal medulla, adrenal cortex,  ovaries and testes Nervous system :peripheral, central (spinal   cord and brain), autonomic nervous system (sympathetic and parasympathetic), reflexes, sense organs (eyes and ears)
VI. Ecology(15 %) EcosystemsSuccession Mechanism of evolutionNatural selection Mutation Reproductive isolation Adaptation Fitness Hardy-Weinberg principle Bio-geochemical cycles   Carbon cycle    Nitrogen cycle Food.relationships    Food web   Food chain Trophic level Producers,  consumers and decomposers Pyramid of biomass Energy flow Pyramid of energy IV.Ethology (5%) Behavioural systems  Causesof  behaviour   Conflict behaviour  Learned  behaviour Population structure and dynamics Age and sex  structure of human population Biosphere and man   Population growthBirth rate, death rate   Exponential growth Pollution

IBO Programme :theoretical part IBOTHE INTERNATIONAL  BIOLOGY OLYMPIAD      CONTENT THEORETICAL PART IBO    Details of Contents       I. Cell Biology(25 %) Structure and function of cells Chemical components   Monosaccharides; disaccharides; polysaccharides   Lipids   Proteins:amino acids, three letter symbol; structure of proteins;     chemical classification of proteins:simple proteins and conjugated     proteins     functional classification of proteins:structural proteins and enzymes   Enzymes     Chemical structure:apoenzyme and coenzyme     Model for enzyme action:enzyme binds with substrate. Denaturation     Nomenclature   Nucleic Acids :DNA, RNA   Other important compounds     ADP and ATP     NAD+ and NADH     NADP+ and NADPH  Organelles   Cell     nucleus       nuclear membrane       (nucleohyaloplasm)       chromosomes       nucleoli     cytoplasm       cell membrane       hyaloplasm       mitochondria       endoplasmatic reticulum       ribosomes       dictyosomes (Golgi body)       lysosomes       vacuole membrane       proplastides       plastides         chloroplasts         chromoplasts         leucoplasts (e.g. amyloplasts) Plant cells are surrounded with a cell wall Cell metabolism   Break down of carbohydrates     Anaerobic break down (anaerobic respiration) of glucose:glycolysis     Aerobic break down (aerobic respiration) of glucose:     glycolysis     citric acid cycle     oxidative phosphorylation   Dissimilation of fats and proteins   Assimilation     Photosynthesis       Light reaction       Dark reaction (Calvin cycle)  Protein synthesis   Transcription   Translation   Genetic code  Transport through membranes   Diffusion   Osmosis, plasmolysis   Active transport  Mitosis and meiosis   Cell cycle:interphase (replication) and mitosis (prophase metaphase   anaphase telophase)   Chromatids, equatorial plate, haploid and diploid, genome, somatic and   generative cells, gamete, crossing over   Meiosis I and meiosis II  Microbiology   Prokaryotic cell organization   Morphology   Phototrophy and chemotrophy  Biotechnology   Fermentation   Genetic manipulation of organisms      II. Plant Anatomy and Physiology    Biosystematics.     phylumsubphylumclassorderfamilygenus     P R O K A R Y O T A          Escherichia          Anabaena     E U K A R Y O T A     RHODOPHYTA   Chondrus     PHAEOPHYTA Diatomeae Navicula       Phaeophyceae Sargassum     EUGLENOPHYTA   Euglena     CHLOROPHYTA   Chlorella     Chlamydomonas     Ulothrix     Spirogyra           ZYGOMYCOTA   Mucor     ASCOMYCOTA   Claviceps,

 

Завершение Проекта «Геном Человека» в 2003 году,  секвенирования ДНК открывают возможности непосредственного чтения последовательностей ДНК у психически больных людей.

В лекции «ДНК и мозг»в Москве 2008 г. У. показал прогресс генетики в психиатрии, семейной наследственности,не укладываемые в простую менделевскую интерпретацию, основанную на доминантных, рецессивных или сцепленных с полом генах,напримере поведения однояйцовых близнецов.

Современная наука, статьи:

«Оксиданты, антиоксиданты и неизлечимость метастатического рака в настоящее время» («Открытая биология», 1, 2013), Дж.Уотсона (1), предполагают общий механизм действия радиации, химиотерапии, лекарств против рака и диабета: «факт, что антиоксидантные пищевые добавки могут не уменьшать, но повышать риск развития раковых заболеваний, не удивит хорошо информированных онкологов во всем мире, потому что они знают, что ионизирующая радиация при лучевой терапии убивает раковые клетки в основном благодаря образованию оксидантов, то есть активных форм кислорода» (АФК), подобным образом действует большинство препаратов химиотерапии.
То, что он сам сравнивает статью с отмеченным Нобелевской 1962 г. открытием информационной роли и структуры ДНК, может говорить об исчерпании надежд на объяснение природы жизни из генов, возвращении к «радикальным» догеномным поискам его руководителей «фаговой группы», отмеченных НП 69 (Дельбрюк, Лурия, Херши) и даже от ген-информации к энергетике. Это воскрешает идеи «Биоэнергетики», Квантовой и «Субмолекулярной» и «Биоэлектроники» Сент-Дьерди.
В последующих выступлениях, в РАН 17.7.15 (см.ниже) он включил и «физиотерапию»: при выполнении физических упражнений в теле человека происходит реакция окисления, которая важна для профилактики рака. «Это сродни тому, что дает химиотерапия»/

Уотсон призывает изучить механизмы влияния физических упражнений на здоровье человека, провести научную конференцию в Cold Spring Harbor Laboratory (США). В ядре БВР лейцин молнии как ДНК-связывающие могут действовать как транскрипционный фактор регуляции генов (АТФ модулирует БВР-2 и Ho-1 в управлении АП-1 и цАМФ-регулируемых генов).

Новое инновационное лекарство, которое позволит лечить любую онкологию, может быть создано через пять лет. Однако, по его словам, зачастую бывает, что надежды ученых могут сбываться несколько позже, чем они это прогнозируют.
«Сейчас есть два лекарства, которые проходят клинические испытания — они созданы для лечения рака даже на поздних стадиях. Они уже проявили достаточно многообещающие результаты, одна из компаний в Бостоне проводит третий этап испытаний на сотнях людей», —
«очень интересные результаты» — в присутствии этого нового препарата, химиопрепараты, которые до этого не действовали, начинают работать более эффективно.
«Сейчас меня обнадеживают эти результаты. Есть прогноз, что в ближайшие пять лет будет препарат, который сможет лечить все виды рака. Может быть, мне и не придется доживать до 100 лет, чтобы увидеть эти препараты. …»Я до сих пор играю в теннис, причем стараюсь играть с профессионалами, может, 20-30-летними, чтобы удержать планку на должном уровне. Я выяснил одну очень важную вещь: люди, которые занимаются спортом и физическими упражнениями — у них рак случается на 30% реже»,
Можно предложить ему участие в программе изучения средств и лечения традиционной медицины, в т.к. против рака, в Индии и др. (наши публикации о н-ХолиноРецепторах можно связать и с нервными и двигательными действиями, см.выше), а его физиотерапию можно сравнить с предлагаемой в рамках традиционной восточной медицины, отмеченной последней нобелевской по мед.2015 г. китаянки Ю.Ту, включая «гемотерапию» через движения и т.п.

вопросы Уотсону:

1- о вашей позиции и изменении, по отношению к прежнему, программам начала жизни 1950-х и специализации МБГ 60-х, сейчас? Является ли редокс-парадигма, в т.ч. болезней (и рака) вашей главной идеей сейчас, и как вы представляете ее возможности и перспективы? Развивали ли и излагали ли это после статей 2013-14 гг.?

Можно ли сказать, что вы освобождаетесь от полувековой связи с надеждами на одну генетику, было ли это больше средством существования и заработка и (практически ничего) добавили к 50-м.

Почему в 2000-х вы вспомнили про Гамова и повлияло ли это дальше, что изменилось за 15 лет?

Что привело к вашему разрыву с прежним положением?  Ваши резкость и вызовы, насколько они противоречат научной идеологии? Может, если она исходит из целей, например, равенства полов и рас, возможности разума как сверхприродного преодолеть любые природные различия и препятствия. Так что любое отрицание этого выглядит как антинаучное? Конечно, так можно увидеть разум и в обезьянах и всех животных, как представляют, возможно, их защитники. Так что невозможность их сравняться с человеком, как бы экспериментально она не была бесспорна, будет также отвергаться этой научной идеологией.

Марксистки мыслящие выходцы из СССР хотят также видеть за всем материальные выгоды и причины. Можете вы привести такие для западной науучной идеологии? Насколько она связана с бюджетной? Может ли ориентация на практику и бизнес изменить что-то? И насколько они реальны и могут конкурировать с гос-средствами, ресурсами и фондами.

 

повышение содержания теломеразной РНК в клетках влияет на их стрессоустойчивость.  Оказалось, что теломеразная РНК всё-таки кодирующая, она кодирует синтез белка ( hTERP)  из 121 аминокислоты. hTERP защищает клетки от гибели в результате апоптоза (то есть, распада на отдельные тельца, ограниченные мембраной), развивающегося в ответ на повреждения ДНК, участвует в модуляции так называемой аутофагии — в этом случае клетка переваривает свою часть, «пришедшую в негодность», но выживает…найден в РНК, которая раньше считалась некодирующей, компонент теломеразы. Мы открыли, что она может иметь и другую функцию, если находится не в ядре клетки, а в её цитоплазме. ..»эликсира молодости» и содействовать в борьбе с раковыми заболеваниями». в журнале Nucleic Acids Research.

номенклатурный комитет по клеточной смерти предлагает  (Cell Death & Differentiation, 2018, 25(3), p. 486–541)танатологию, три основных типа регулируемой клеточной гибели, хорошо различимые по внешним признакам (рис. 1). апоптоз. аутофагии, то есть самоедстве, клетка сама себя переваривает в вакуолях, которых в цитоплазме образуется великое множество. Фагоциты подбирают остатки. И некроз, ядро остается целым, зато ломается на кусочки клеточная мембрана. Мертвая клетка исчезает без видимого участия фагоцитов.

Рис. 1. Типы регулируемой гибели клеток («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 1. Типы регулируемой гибели клеток

Внутри этого деления существует более тонкое, основанное на молекулярных механизмах, индукторы, рецепторы, образование новых внутриклеточных структур или изменение существующих, ферментативные и неферментативные реакции, убивающие клетку. Так, апоптоз можно разделить на внешний и внутренний, в зависимости от сигнальных путей активации: через рецепторы внешних мембран или митохондрии внутри клетки. Основные ферменты апоптоза — каспазы.

Некроз без каспаз, с повреждением мембран — в митоптозе- митохондрий, при окислительном стрессе или избытке ионов кальция, мембрана их становится проницаемой для небольших молекул и расщепляется; при пироптозе в плазматической мембране образуются поры, может повышаться температура тела, также — лизосом, расщепляющих макромолекулы, с кислотой; др.напоминают фагоцитоз: Нетоз связан с внеклеточной нейтрофильной ловушкой (neutrophil extracellular trap, NET). Нейтрофилы формируют и выбрасывают во внеклеточное пространство сеть из белков и ДНК, в которую могут ловиться патогены, но и соседние клетки. При энтозе одна эпителиальная клетка поглощает и поедает другую, участвует актомиозиновый комплекс. Некроптоз — реакция на изменения вне- или внутриклеточной среды, которая зависит от активации определенных рецепторов и белков внутри клетки. Для партанатоза характерны специфические повреждения ДНК в ответ на окислительный стресс, гипоксию, гипогликемию или факторы воспаления, активируется фермент поли(АДФ)рибозополимераза 1 (PARP1).

Ферроптоз — одна из форм некроза, при которой в клетке накапливаются продукты перекисного окисления фосфолипидов, одного из основных компонентов всех клеточных мембран. Окисление происходит в присутствии ионов железа, поэтому и назвали ферроптозом, от греческого слова ptosis, означающего «падать», и латинского ferrum — «железо», первооткрыватели — профессор Колумбийского университета Брент Стоквелл и его коллеги (Cell, 2012, 149(5), p. 1060–1072).Но вызывают исключительно перекиси. Ионы кислорода или свободные радикалы тоже могут окислять фосфолипиды, но эти реакции к ферроптозу не приводят. Перекисное окисление липидов присуще и другим типам клеточной смерти, в том числе и апоптозу, однако апоптоз не требует присутствия солей железа, а апоптозные ферменты не работают при ферроптозе. В нем участвуют другие ферменты, преимущественно липоксигеназы (LOX). У человека шесть вариантов LOX, у мыши — семь.

Клетки, погибающие от ферроптоза, отличить от апоптозных просто: у них целое ядро, зато митохондрии усыхают и плохо видны, как у фибробласта на фотографии в начале статьи.

Рис. 2. Фосфатидилэтаноламин (кефалин) («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 2. Фосфатидилэтаноламин (кефалин). R1 и R2 — остатки жирных кислот

Фосфолипиды легко окисляются благодаря своей структуре остатков жирных кислот, одна из которых, как правило, насыщенная, а другая — ненасыщенная, эфиры глицерина с ними и фосфорной кислотой, связанной с другим спиртом в полярной головке фосфолипида (рис. 2 — фосфатидилэтаноламин, чаще включает арахидоновую (C20H32O2) или адреновую (C22H36O2) кислоты, зависимо от ферментов ACSL4 и LPCAT3 (см. таблицу), и страдает от ПОЛ.

Таблица. Ключевые ферменты ферроптоза

Ген Название Функция
ACSL4 Ацил-КоА синтетаза 4 Участвует в биосинтезе фосфолипидов
LPCAT3 Лизофосфатидилхолинацилтрансфераза 3 Участвует в биосинтезе фосфолипидов
ALOXs Липоксигеназы арахидоновой кислоты Катализируют перекисное окисление арахидоновой кислоты
GPX4 Глутатионпероксидаза 4 Восстанавливает гидроперекиси липидов, подавляя ферроптоз
Рис. 3. Арахидоновая кислота («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 3. Арахидоновая кислота. Чувствительные к окислению метиленовые группы между двойными связями отмечены звездочками

Двойные связи в жирных кислотах не бывают сопряженными, между ними всегда находится метиленовая группа, чрезвычайно чувствительная к атаке липоксигеназ и окислителей. В арахидоновой и адреновой кислотах по четыре двойных связи и по три метиленовых группы, что делает их особенно уязвимыми в нашем кислородном мире (рис. 3).

Перекисное окисление происходит под действием свободных радикалов, которые образуются в дыхательной цепи митохондрий или в результате других реакций. Сначала радикал атакует одну из метиленовых групп арахидоновой кислоты, отсоединяя от нее атом водорода. К этой группе арахидонатлипоксигеназа (ALOX) присоединяет молекулярный кислород, и образуется пероксильный радикал ROO. Он может образовать новые радикалы жирных кислот, дав начало цепной реакции, либо реагирует с другой липидной молекулой и восстанавливается до гидроперекиси жирной кислоты ROOH (рис. 4).

Реакция перекисного окисления идет гораздо быстрее в присутствии ионов двухвалентного железа, которых в клетке обычно более чем достаточно. В результате реакции Фентона образуются радикалы:

Fe2+ + ROOH → Fe3+ + RO + OH,

Fe3+ + ROOH → Fe2+ + ROO + H+.

Рис. 4. Окисление полиненасыщенной жирной кислоты в составе фосфолипида («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 4. Окисление полиненасыщенной жирной кислоты в составе фосфолипида

Любая реактивная молекула, способная присоединить атом водорода от полиненасыщенных жирных кислот, будь то продукты реакции Фентона или гидропероксид липидной молекулы, вызывает самоокисление липидов — это автокаталитический процесс, от липоксигеназ не зависящий, поскольку радикалы вступают в цепную реакцию.

При таком окислительном потенциале не уцелела бы ни одна фосфолипидная мембрана, не будь у клетки системы антиоксидантной защиты. В ней два основных участника. Прежде всего, это фермент глутатионпероксидаза 4 (GPX4), который восстанавливает потенциально опасные гидроперикиси липидов (LOOH) в нетоксичные спирты (LOH). Дефицит GPX4 несовместим с жизнью. Мыши, у которых этот ген нокаутирован, погибают на эмбриональной стадии. При ферроптозе активность GPX4 снижена.

Второй компонент — сам глутатион, субстрат GPX4, внутриклеточный антиоксидант. Это трипептид, состоящий из остатков глутамата, цистеина и глицина. Истощение запасов глутатиона усиливает перекисное окисление липидов и убивает клетку (рис. 5).

Рис. 5. Пути ферроптоза («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 5. Пути ферроптоза. ПНЖК — полиненасыщенные жирные кислоты; ФЛ-ПНЖК — фосфолипиды, содержащие полиненасыщенные жирные кислоты

Подавить!

Какие функции выполняет ферроптоз в здоровом организме, пока непонятно. Возможно, он участвует в процессе нормального эмбрионального развития конечности млекопитающих. У эмбриона лапка перепончатая, потом перепонки рассасываются, и в это время экспрессия Gpx4 понижена и замечены маркеры ферроптоза.

Зато есть много примеров связи ферроптоза с разными патологиями. Именно он повинен в повреждении тканей мозга, сердца, печени и почечных канальцев, пострадавших от ишемии / реперфузии, то есть временного кислородного голодания.

Ферроптоз дает о себе знать при обилии железа, например, в эритроцитах. Когда мышам переливали кровь с эритроцитами, поврежденными от долгого хранения, у них развивалось воспаление. Макрофаги поедали поврежденные эритроциты и погибали от ферроптоза. Он также связан с гемохроматозом печени. Это наследственное заболевание, при котором организм усваивает слишком много железа. Его излишки откладываются в разных тканях, в том числе в печени, и могут вызывать цирроз.

Ферроптоз нарушает нормальный иммунный ответ, убивая Т-лимфоциты (доказано на мышах). А еще он сопутствует нейродегенеративным заболеваниям, что неудивительно, поскольку нервные клетки отличаются максимальным содержанием полиненасыщенных жирных кислот, а некоторые патологии нервной системы, в том числе болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона и атаксия Фридрейха вызваны неспособностью восстанавливать окисленные липиды. А еще у таких больных повышена концентрация глутамата.

В нервной системе глутамат выполняет функции нейротрансмиттера, но он же участвует в транспорте цистина. Взглянем еще раз на рис. 5. Цистин необходим для синтеза внутриклеточного антиоксиданта глутатиона. В клетку он попадает через антипортер цистин / глутамат. Клетка обменивает цистин на глутамат в соотношении 1:1. Сколько глутамата покинет клетку, столько цистина сможет войти. При избытке глутамата снаружи он из клетки не выходит, цистин внутрь не попадает, его запасы истощаются, глутатион не синтезируется, GPX4 не работает, клетка умирает. Возможно, известная токсичность глутамата для нейронов вызвана именно ферроптозом.

А еще при нейроденегеративных заболеваниях в мозге увеличивается содержание железа. Оно еще и с возрастом увеличивается, что приводит к возрастному риску ферроптоза. И многие нейродегенеративные заболевания тоже возрастные.

Получается, что ферроптоз — причина многих болезней, и его ингибиторы могли бы улучшить результаты переливания крови, защитить иммунную систему, а главное — справиться со многими тяжелыми заболеваниями, в том числе нейродегенеративными, если отыскать молекулы, способные эффективно преодолевать гематоэнцефалический барьер. Поисками лекарств — ингибиторов ферроптоза заняты многие исследователи, в том числе специалисты Мюнхенского центра им. Гельмгольца Хосе Педро Фридман Анджели и Маркус Конрад (Trends in Pharmacological Sciences, 2017, 38(5), p. 489–498).

Первыми в списке возможных антиферроптозных молекул стоят ингибиторы перекисного окисления липидов. Их можно разделить на две большие группы: ингибиторы окисления, то есть ловцы свободных радикалов, и ингибиторы липоксигеназ (рис. 6).

Рис. 6. Ингибиторы ферроптоза («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 6. Ингибиторы ферроптоза

Антиоксиданты связывают радикалы, прерывая цепную реакцию окисления. Считается, что людям полезнее всего α-токоферол, самая биологически активная форма витамина Е. Еще в 1970-х годах исследователи обнаружили, что фибробласты человека, выращенные на среде без цистина, погибают из-за нехватки глутатиона, но эту смерть может предотвратить α-токоферол. Только они не знали, что такая смерть называется ферроптозом. Антиоксиданты, в том числе и токоферол, казались многообещающим лекарством от самых разных болезней, однако не оправдали возлагаемых на них надежд (см. «Химию и жизнь» № 4, 2018). Немецкие исследователи, однако, считают, что мы еще мало знаем об антиоксидантах, во всяком случае, дефицит витамина Е связан с предрасположенностью к нейродегенеративным заболеваниям, и надо этот дефицит восполнять.

Лучше всего витамин Е проявляет себя в клеточных культурах. В присутствии α-токоферола некоторые типы клеток могут выживать даже без гена Gpx4; клетки эпителия почечных протоков и нейроны на это не способны, к сожалению. Добавки витамина Е в рацион мышей с нокаутированным геном Gpx4 восстанавливали антивирусный и антипаразитарный ответ Т-клеток и прекращали дегенерацию гепатоцитов. Правда, все эксперименты на мышах проводят при концентрации витамина Е, по крайней мере в два раза превышающей физиологическую.

Исследователи разрабатывают синтетические аналоги α-токоферола, возлагая особые надежды на тетрагидронаптиридинолы. Эти стабильные соединения, защищенные от самоокисления, в растворах и липосомах реагируют с радикалами почти в 30 раз быстрее α-токоферола.

Антиоксиданты липроксстатины и ферростатины обнаружили в результате целенаправленного скрининга соединений, способных ингибировать ферроптоз. Первый найденный липоксстатин, Lip-1, подавляет ферроптоз в наномолярной концентрации, молекула улучшает состояние почек у мышей с нокаутированным геном Gpx4. Потеря этого гена вызывает острую почечную недостаточность. Ферростатин Fer-1 в пробирке защищает липидный бислой от окисления лучше, чем α-токоферол. Оба соединения предохраняют ткани печени и почек от последствий ишемии / реперфузии. Механизмы их действия сейчас исследуют.

О работе ингибиторов липоксигеназ известно больше, однако ни одну липоксигеназу не удалось убедительно связать с ферроптозом. А еще сложность в том, что этот фермент имеет много изоформ и каждая требует специфического ингибитора.

Липиды, у которых в метиленовой группе атомы водорода заменены на атомы дейтерия, представляют собой гораздо более слабый субстрат для липоксигеназ. Клетки, растущие в питательной среде с дейтерированной линолевой кислотой, оказались защищенными от ферроптоза в клеточных моделях неврологических заболеваний. Однако неясно, насколько это средство безопасно и эффективно in vivo, то есть можно ли использовать его как лекарство.

Поскольку при ферроптозе прежде всего окисляются арахидоновая и адреновая кислоты, можно защитить фосфолипиды от окисления, предотвратив встраивание этих кислот в молекулу. Для этого используют ингибиторы ферментов ACSL4 и LPCAT3. Клетки с дефицитом ACSL4 устойчивы к ферроптозу. Во всяком случае, мыши, которым давали розиглитазон, реже умирали от острой почечной недостаточности, вызванной нокаутом Gsp4.

И наконец, ферроптоз предотвращают хелаторы железа — вещества, образующие с ним химический комплекс.

Использовать!

Было бы ошибкой думать, что с ферроптозом всегда нужно бороться. Считается, что он подавляет рост опухолевых клеток, и это одна из функций, выполняемых им в организме. И обнаружили ферроптоз в процессе поиска лекарства от рака. Если ферроптоз действительно убивает некоторые раковые клетки, а эксперименты, поставленные на клеточных культурах и мышах, дают основание на это надеяться, вещества, стимулирующие ферроптоз, могут стать лекарством.

Брент Стоквелл и его коллеги делят индукторы ферроптоза на четыре основные группы (Cell, 2017, 171(2), p. 273–285). Прежде всего, это вещества, блокирующие транспорт цистина в клетку (рис. 7).

Рис. 7. Индукторы ферроптоза («Химия и жизнь» №10, 2018)

Рис. 7. Индукторы ферроптоза

Для работы GPX4 необходим глутатион, а для синтеза глутатиона — цистеин. Если заблокировать транспорт цистина в клетку, запасы глутатиона истощатся, GPX4 утратит активность и клетка погибнет. Однако некоторые клетки могут использовать для биосинтеза цистеина метионин, и они устойчивы к ферроптозу. Ученые обнаружили несколько молекул, блокирующих транспорт цистина (эрастин и имидазолкетонэрастин, сорафениб, сульфасалазин).

Вторая группа индукторов ферроптоза — непосредственные ингибиторы GPX4. Они взаимодействуют с молекулой, подавляя ее ферментативную активность. Известно несколько таких соединений, в том числе RSL3 (RASselective lethal 3).

Эрастин и RSL3 убивают 177 линий опухолевых клеток и ограничивают рост опухолей, привитых мышам. К сожалению, они малорастворимы в воде и нестабильны, поэтому годятся только для работы с клеточными культурами. В качестве лекарства их использовать нельзя. Зато имидазолкетонэрастин, сорафениб и некоторые другие молекулы — можно.

Есть соединения, которые истощают запасы GPX4 и липофильного внутриклеточного антиоксиданта CoQ10. В их числе FIN56 (индуктор ферроптоза 56) и CIL56 (каспаза-независимая леталь 56). CIL56 может активировать и другие типы клеточного некроза, а FIN56 — только ферроптоз.

Для активации ферроптоза можно использовать индукторы перекисного окисления, например FINO2 (индуктор ферроптоза эндопероксид). Он стимулирует перекисное окисление липидов и окисляет железо.

И наконец, есть соединения, которые вызывают ферроптоз в определенных тканях: четыреххлористый углерод в печени, артесунат — в поджелудочной железе, цисплатин и производные артемизинина вызывают в некоторых тканях и ферроптоз, и апоптоз.

Сейчас такое время, что любую молекулу, любое соединение объявляют лекарством от рака или, по крайней мере, подозревают в таких способностях. Иначе как-то даже неприлично. Но индукторы ферроптоза действительно позволяют надеяться. Некоторые особо злокачественные клетки, уцелевшие после химиотерапии, оказались очень чувствительны к ингибиторам GPX4 и вообще к ферроптозу.

Где спрятан ферроптоз?

Перекисное окисление липидов и влияние железа на состояние клетки известны давно. Возможно, и ферроптоз ученые описывали неоднократно, прежде чем разобрались в его молекулярном механизме, выделили в отдельный тип клеточной смерти и придумали ему название. Понимание пришло в 2012 году, и с тех пор исследования ферроптоза идут семимильными шагами. Тем не менее пока трудно сказать, почему эволюция заложила в клетку такую мину — ведь железо и кислород у нас повсюду. Возможно, дело в том, что включение фосфолипидов в состав мембраны делает ее прочной и пластичной. Такая мембрана дает клеткам возможность формировать сложные нейронные сети и существовать в средах с разными температурами. Преимущества фосфолипидной мембраны столь велики, что перевешивают ее восприимчивость к перекисному окислению. Оно может происходить в мембранах любых органелл: митохондрий, лизосом, эндоплазматического ретикулума. Чувствительность органелл к ферроптозу различна и зависит от состава липидов, запасов железа, количества глутатиона, уровня экспрессии LOXs и локализации GPX4. Но, что интересно, механизм убийственного действия ферроптоза непонятен до сих пор (PLoS Biology, 2018, 16(5), e2006203).

Есть, конечно, разные гипотезы. Возможно, окисленные фосфолипиды могут переориентироваться и переходить в водную фазу, что приводит к истончению мембраны и привлекает к клеткам макрофагов. Действительно, во время ферроптоза мембрана становится более доступной для окислителей и образует мицеллы. Согласно другой гипотезе, окисленная мембрана становится более пористой и меняет проницаемость. Тем не менее перекисное окисление мембран митохондрий или лизосом не приводит к ферроптозу. Эксперименты с клетками, лишенными митохондрий, показали, что митохондрии для ферроптоза не требуются. Исследователи предположили, что ферроптоз таится в мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭР). Это структура, в которой происходит белковый синтез, а потом белковые молекулы укладываются в правильную трехмерную конфигурацию и выходят в цитоплазму. Если белки не могут правильно сложиться, они остаются в ЭР и забивают его — такая ситуация называется эндоплазматическим стрессом. Он приводит ко многим патофизиологическим нарушениям, включая дефицит глюкозы, гипоксию, неправильную регуляцию концентрации ионов кальция и вирусную инфекцию. Если блокировать доступ цистина в клетку, в ней развиваются ЭР-стресс и ферроптоз, так что между этими явлениями может быть связь.

Кандель Эрик Ричард  В поисках памяти

В поисках памяти

пер.П.Петров

наукапсихология
В книге по истории возникновения и развития науки о биологической основе человеческой психики и поиске биологических основ человеческой памяти, Эрик Кандель разъясняет революционные достижения современной биологии и как бихевиоризм, когнитивная психология и молекулярная биология породили новую науку. С воспоминаний о детстве в оккупированной нацистами Вене, описывает научную карьеру Канделя, от его раннего увлечения историей и психоанализом до новаторских работ в области изучения клеточных и молекулярных механизмов памяти,  Нобелевской премии.
Издание:2012 г.содержание
  1. Эрик Кандель В поисках памяти Возникновение новой науки о человеческой психике
  2. Предисловие
  3. Часть первая
  4. 1.  Личные воспоминания и биология памяти
  5. 2.  Детство в Вене
  6. 3.  Американское образование
  7. Часть вторая
  8. 4.  По одной клетке
  9. 5.  О чем говорит нервная клетка
  10. 6.  Разговор нервных клеток
  11. 7.  Простые и сложные нейронные системы
  12. 8.  Разные воспоминания — разные участки мозга
  13. 9.  В поисках идеального объекта для изучения памяти
  14. 10.  Нейронные аналоги обучения
  15. Часть третья
  16. 11.  Усиление синаптических связей
  17. 12.  Центр нейробиологических и поведенческих исследований
  18. 13.  Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения
  19. 14.  Полученный опыт изменяет синапсы
  20. Аплиза
  21. стихи Минуш
  22. 15.  Биологические основы индивидуальности
  23. 16.  Молекулы и кратковременная память
  24. 17.  Долговременная память
  25. 18.  Гены памяти
  26. 19.  Диалог генов и синапсов
  27. Часть четвертая
  28. 20.  Возвращение к сложной памяти
  29. 21.  Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания
  30. 22.  Мозг и его картина окружающего мира
  31. 23.  Концентрация внимания
  32. Часть пятая
  33. 24.  Маленькая красная таблетка
  34. 25.  О мышах, людях и психических заболеваниях
  35. 26.  Новый способ лечения психических заболеваний
  36. 27.  Биология и возрождение психоанализа
  37. 28.  Сознание
  38. Часть шестая
  39. 29.  Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм
  40. 30.  Уроки памяти: перспективы
  41. Словарь терминов
  42. Примечания и источники
  43. Предисловие
  44. 1.  Личные воспоминания и биология памяти
  45. 2.  Детство в Вене
  46. 3.  Американское образование
  47. 4.  По одной клетке
  48. 5.  О чем говорит нервная клетка
  49. 6.  Разговор нервных клеток
  50. 7.  Простые и сложные нейронные системы
  51. 8.  Разные воспоминания — разные участки мозга
  52. 9.  В поисках идеального объекта для изучения памяти
  53. 10.  Нейронные аналоги обучения
  54. 11.  Усиление синаптических связей
  55. 12.  Центр нейробиологических и поведенческих исследований
  56. 13.  Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения
  57. 14.  Полученный опыт изменяет синапсы
  58. 15.  Биологические основы индивидуальности
  59. 16.  Молекулы и кратковременная память
  60. 17.  Долговременная память
  61. 18.  Гены памяти
  62. 19.  Диалог генов и синапсов
  63. 20.  Возвращение к сложной памяти
  64. 21.  Синапсы хранят и наши самые теплые воспоминания
  65. 22.  Мозг и его картина окружающего мира
  66. 23.  Концентрация внимания
  67. 24.  Маленькая красная таблетка
  68. 25.  О мышах, людях и психических заболеваниях
  69. 26.  Новый способ лечения психических заболеваний
  70. 27.  Биология и возрождение психоанализа
  71. 28.  Сознание
  72. 29.  Как я заново открыл для себя Вену через Стокгольм
  73. 30.  Уроки памяти: перспективы
  74. Благодарности
  75. Примечания

П: 18- Классическая статья Жакоба и Моно: F. Jacob & J. Monod, Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins, J. Molec. Biol. 3 (1961): 318–356.

Другие сведения этой главы из следующих источников:Jacob, F. The Statue Within. Translated by F. Philip. New York: Basic Books, 1988.

Buck, L. & R. Axel. Novel multigene family may encode odorant receptors: A molecular basis for odor recognition. Cell 65, no. 1 (1991): 175–187.

Kandel, E. R., A. Kriegstein & S. Schacher. Development of the central nervous system of Aplysia in the terms of the differentiation of its specific identifiable cells. Neuwsci. 5 (1980): 2033–2063.

Scheller, R. H., J. F. Jackson, L. B. McAllister, J. H. Schwartz, E. R. Kandel & R. Axel. A family of genes that codes for ELH, a neuropeptide eliciting a stereotyped pattern of behavior in Aplysia. Cell 28 (1982): 707–719; приведенная цитата — стр. 707.

Weinberg, R. A. Racing to the Beginning of the Road: The Search for the Origin of Cancer. San Francisco: Freeman, 1998; приведенная цитата — стр. 162–163.

17.  Долговременная память | В поисках памяти | 19.  Диалог генов и синапсов

19. Две обзорные статьи Филипа Гелета: P. Goelet, V. Castellucci, S. Schacher & E. R. Kandel, The long and short of long-term memory — a molecular framework, Nature 322 (1986): 419–422 и P. Goelet & E. R. Kandel, Tracking the flow of learned information from membrane receptors to genome, Trends Neurosci. 9 (1986): 472–499. перемещения цАМФ-зависимой протеинкиназы с нами был Роджер Цянь, сотрудник Института Говарда Хьюза из Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработавший метод, которым мы воспользовались, чтобы отследить поступление цАМФ-зависимой протеинкиназы в ядро. метод поддержания клеточных культур для экспериментов с нейронами аплизии предложил Сэм Шахер,

Первые данные о роли CREB-белка в синаптической пластичности, связанной с обучением, опубликованы в статье: Р. К. Dash, В. Hochner & E. R. Kandel, Injection of cAMP-responsive element into the nucleus of Aplysia sensory neurons blocks long-term facilitation, Nature 345 (1990): 718–721.

Открытие белка-репрессора аплизии описано в статье: D. Bartsch, М. Ghirardi, P. A. Skehel, К. A. Karl, S. P. Herder, М. Chen, С. Н. Bailey & E. R. Kandel, Aplysia CREB-2 represses long-term facilitation: Relief of repression converts transient facilitation into long-term functional and structural change, Cell 83 (1995): 979–992.

О новом экспериментальном методе изучения памяти у дрозофилы см.: Т. Tully, Т. Preat, S. С. Boynton & М. Del Vecchio, Genetic dissection of consolidated memory in Drosophila melanogaster, Cell 79 (1994): 35–47.

Результаты исследований приобретенного страха, указывающие на роль CREB-penpeccopa в подавлении долговременной памяти, а CREB-активатора — в ее усилении, опубликованы в статьях: J. С. P. Yin, J. S. Wallach, М. Del Vecchio, E. L. Wilder, H. Zhuo, W. G. Quinn & T. Tully, Induction of a dominant negative CREB transgene specifically blocks long-term memory in Drosophila, Cell 79 (1994): 49–58; J. C. P. Yin, M. Del Vecchio, H. Zhou & T. Tully, CREB as a memory modulator: Induced expression of a dCREB2 activator isoform enhances long-term memory in Drosophila. Cell 81 (1995): 107–115.

Данные о работе CREB-белков : — у пчел приведены в статье: D. Eisenhardt, A. Friedrich, N. Stollhoff, U. Muller, Н. Kress & R. Menzel, The AmCREB gene is an ortholog of the mammalian CREB/CREM family of transcription factors and encodes several splice variants in the honeybee brain, Insect Molecular Biol. 12 (2003): 373–382. в приобретенном страхе у мышей : Р. W. Frankland, S. A. Josselyn, S. G. Anag-n о star as et AL., Consolidation of CS and US representations in associative fear conditioning, Hippocampus 14 (2004): 557–569 и S. Kida, S. A. Josselyn, S. P. de Ortiz et al., CREB required for the stability of new and reactivated fear memories, Nature Neurosci. в обучении у человека: B. М. Alarcon, G. Malleret, К. Touzani, S. Vronskaya, S. Ishii, E. R. Kandel & A. Barco, Chromatin acetylation, memory, and LTP are impaired in СВР+/ — mice: A model for the cognitive deficit in Rubinstein-Taybi Syndrome and its amelioration, Neuron 42 (2004): 947–959.

Другие сведения из следующих источников:…

Lorenz, K. Z. The Foundations of Ethology. New York: Springer Verlag, 1981.

Martin, K. C., D. Michael, J. C. Rose, M. Barad, A. Casadio, H. Zhu & E. R. Kandel. MAP kinase translocates into the nucleus of the presynaptic cell and is required for long-term facilitation in Aplysia. Neuron 18 (1997): 899–912.

Montminy, M. R., K. A. Sevarino, J. A. Wagner, G. Mandel 8» R. H. Goodman. Identification of a cyclic-AMP-responsive element within the rat somatostatin gene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, no. 18 (1986): 6682–6686.

Prusiner, S. B. Prions. Les Prix Nobel/The Nobel Prizes, ed. Nobel Foundation. Stockholm: Almquist & Wiksell International, 1997.

Ray port, S. G. & S. Schacher. Synaptic plasticity in vitro: Cell culture of identified Aplysia neurons mediating short-term habituation and sensitization. J. Neurosci. 6 (1986): 759–763.

Steward, O. & E. M. Schuman. Protein synthesis at synaptic sites on dendrites. Annu. Rev. Neurosci. 24 (2001): 299–325.

18.  Гены памяти | В поисках памяти | 20.  Возвращение к сложной памяти
Цит.: В 1924 году, когда Хилл впервые приехал в Соединенные Штаты, вскоре после того, как он в возрасте 36 лет получил Нобелевскую премию за свои исследования механизма сокращения мышц, он выступал на научно конференции и человек преклонных лет встал и задал Хиллу вопрос о практической пользе результатов — «По правде говоря, сэр, мы это делаем не ради пользы. нам это просто нравится».

Сидней Бренер: «Вот что нужно сделать: найти наилучшую систему для экспериментального решения проблемы, и, если эта проблема достаточно общего свойства, там и найдет решение. Выбор объекта … сделать в ней что-то новое. … Разнообразие живой природы столь велико, а все организмы связаны между собой, так давайте найдем наилучший из них»

Мы пока не знаем, даже в самых простых случаях, как сигналы отдельных нейронов обеспечивают субъективную составляющую осознанного восприятия. Более того, у нас пока нету даже подходящей теории того, как объективное явление, такое как электрические сигналы в мозгу, может обеспечивать субъективный опыт, такой как ощущение боли. А поскольку современная наука есть редукционистское, аналитическое представление о сложных явлениях, а субъективная природа сознания не поддается упрощению, такая теория пока находится для нас вне пределов досягаемости.

 

На сайте «Индикатор» опубликованы 10 открытых ресурсов для ученых.

1. Unpaywall для бесплатного доступа — расширение для браузеров Chrome и Firefox Unpaywall.  автоматически ищет полные тексты научных статей. Если вы заходите на страницу какой-нибудь публикации, справа на экране появляется иконка с изображенным на ней замком. Если она зеленая и замок открыт, то достаточно просто нажать на него, и вы автоматические перейдете на страницу с полным текстом статьи в формате PDF. Установить расширение можно на его сайте.

2. Академия Google. просто пишете название статьи в поисковой строке и читаете полный текст. Если он, конечно, есть в открытом доступе.

3.  Open Access Button. 4. ArXiv ученые выкладывают препринты своих статей, то есть черновики, которые в итоге публикуются с некоторыми изменениями. Большинство авторов — математики и физики, но сейчас по инициативе фонда Присциллы Чан и Марка Цукерберга разрабатывается аналог для биологии и других естественных наук — BioRxiv.

5.  «КиберЛенинка» — крупнейшее в России собрание научных статей, в основном на русском языке, хотя есть и иностранные публикации.

6. Библиотека eLibrary На этом сайте выкладываются статьи и научные публикации, входящие в РИНЦ (российский индекс научного цитирования). Необходима регистрация, причем вас могут попросить указать специальный пароль вашей организации. В профиле сохраняются настройки поиска и ваши подборки статей.

7. Электронные библиотеки, сотрудничающие с вузами
с ЭБС «Университетская библиотека онлайн»или IQ Library.

8. Российская государственная библиотека (РГБ) электронный каталог, найти не только статьи, но и диссертации и монографии … в каталоге есть функция «проголосовать за перевод в электронный вид необходимой книги или статьи». Сроки, к сожалению, неизвестны.

9. Авторы статей или коллеги-ученые…написать напрямую авторам или их коллегам и попросить полный текст. : написать в твиттере пост с хэштегом #icanhazpdf и указать, какую статью вы ищете и куда вам ее прислать, или зарегистрироваться на сайте Research Gate, найти нужную статью в профиле автора и нажать на кнопку «попросить полный текст». Чаще всего авторы отвечают в течение недели и присылают файл на указанную в профиле почту. Кстати, в этом случае статью можно даже обсудить с самим автором. Аналогичный  более популярный среди ученых, работающих в области социальных и гуманитарных наук, — Academia.edu. Там часто даже просить ничего не надо — статьи, препринты, доклады и даже главы из книг можно скачать прямо из профиля исследователя.

10. Специализированные базы данных
1.PubMed по медицине и биологии, иногда содержит ссылки на полные бесплатные тексты статей.

2.Jstor

Обширная база англоязычных статей, журналов и научных работ по самым разнообразным темам.

3.MedLine

Крупнейшая библиографическая база статей по медицинским наукам (NLM). Интегрирована в сервис SciFinder.

4.Psyjournals

Сайт с электронными версиями психологических журналов.

5.SciFinder

Наиболее полный и надежный источник химической информации, охватывающий более 99% текущей литературы по химии, включая патенты. Также там можно найти информацию по биологическим и биомедицинским наукам, химической физике, инженерии.

6.ERIC

Англоязычная база данных со статьями и научными публикациями по психологии из разных стран мира.

7.Сборники статей от Frontiers

Frontiers делает подборки статей по разным темам и выкладывает их в открытый доступ.

8.HEP Search по физике высоких энергий.

 страницы:- в фейсбуке: https://www.facebook.com/podosokorskiy