156
Санкт-Петербург, 7-11 июня 2015 г. Что должен знать генетик о химии ДНК и химических основах мутагенеза Никита Николаевич Хромов-Борисов 8-952-204-89-49 (Теле2); 8-921-449-29-05 (МегаФон) [email protected] http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov http://www.slideshare.net/ssuserb22936

химия днк для генетиков 2015

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: химия днк для генетиков 2015

Санкт-Петербург, 7-11 июня 2015 г.

Что должен знать генетик о химии ДНК и химических

основах мутагенеза Никита Николаевич Хромов-Борисов

8-952-204-89-49 (Теле2); 8-921-449-29-05 (МегаФон)

[email protected] http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov

https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov http://www.slideshare.net/ssuserb22936

Page 2: химия днк для генетиков 2015

Мы живем в структурированном мире

• Если бы Вселенная состояла из одних бозонов (частиц с целым значением спина), то в одном квантовом состоянии находилось бы неограниченное количество одинаковых частиц и никакой структурированности не было бы.

• Структурированность нашей Вселенной обусловлена фермионами (частицами с полуцелым значением спина).

• Тогда в одном квантовом состоянии может находиться не более одной частицы (принцип Паули).

• Именно этот принцип (запрет Паули) ответственен за устойчивость электронных оболочек атомов и делает возможным существование сложных химических элементов.

2

Page 3: химия днк для генетиков 2015

• Мы живем в структурированном мире.

• Поэтому наиболее плодотворный путь познания Природы состоит в выявлении взаимоотношений между структурой и функцией, структурой и активностью на всех уровнях организации материи, начиная с атомов и молекул.

• Наука, в которой такие связи установлены, приобретает предсказательную силу.

• В частности, для понимания структуры и функции ДНК и химических основ мутагенеза необходимы твердые знания основ структурной химии.

3

Page 4: химия днк для генетиков 2015

Нужно знать ответы на вопросы:

• Чем обусловлено разнообразие химических элементов?

• Почему углерод четырехвалентен, хотя в основном состоянии он должен бы быть всего лишь двухвалентным?

• Почему азотистые основания в нуклеиновых кислотах двухмерные (плоские), а дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты трехмерные?

• Почему основная (каноническая) трехмерная структура ДНК - правозакрученная винтовая линия (спираль)?

• Какие места в компонентах ДНК наиболее «слабые», т.е. наиболее подвержены химическим изменениям, каким именно изменениям и под действием каких физических и химических агентов?

4

Page 7: химия днк для генетиков 2015

Джеймс Уотсон и Френсис Крик

James Dewey Watson, (род. 06.04.1928);

Francis Harry Compton Crick (08.06.1916 – 29.07.2004)

7

Page 8: химия днк для генетиков 2015

Френсис Крик с сыном Майклом, 1942 г.

8

Page 9: химия днк для генетиков 2015

19 марта 1953 г. Письмо Френсиса Крика 12-летнему сыну Майклу

• Мой дорогой Майкл,

• Джим Уотсон и я сделали возможно самое важное открытие.

• Мы построили модель для структуры дез-окси-рибо-нуклеиновой-кислоты (прочти это старательно), кратко называемой Д.Н.К.

• Ты наверное помнишь, что гены в хромосомах – которые несут наследственные факторы – сделаны из белка и Д.Н.К.

• Наша структура очень красива.

• Д.Н.К. можно представить как очень длинную цепь с торчащими вбок плоскими частями.

• Плоские части называются «основаниями».

• Формула выглядит вот так:

9

Page 10: химия днк для генетиков 2015

• Далее, у нас присутствуют две такие цепи, обвитые одна вокруг другой – каждая является спиралью.

• Цепь, составленная из сахара и фосфора, располагается на внешней стороне, а все основания, обращены вовнутрь.

• Я не могу нарисовать ее очень хорошо, но выглядит это примерно вот так:

• Сама модель выглядит куда более привлекательной.

10

Page 11: химия днк для генетиков 2015

• Наконец, захватывающая вещь состоит в том, что в то время как различных оснований 4, мы обнаруживаем, что мы можем составить из них только определенные пары.

• У этих оснований есть названия.

• Это Аденин, Гуанин, Тимин и Цитозин.

• Я буду называть их A, G, T и C.

• Теперь мы обнаруживаем, что пары, которые мы можем образовать – одно основание на одной цепи объединяется с основанием на другой – это только: A с T и G с C.

Тогда на одной цепи, как мы можем видеть, можно иметь основания в любом порядке, но если их порядок фиксирован, то их порядок на другой цепи тоже фиксирован. Например, предположим, что первая цепь такая, как указано слева, то вторая должна быть такой, как справа.

11

Page 12: химия днк для генетиков 2015

• Это похоже на код.

• Если ты имеешь один набор букв, то ты сможешь выписать другие.

• Теперь предположим, что Д.Н.К. является кодом.

• То есть порядок этих оснований (букв) создает отличие одного гена от других (точно так же как одна печатная страница отличается от другой).

• Теперь ты можешь видеть, как Природа создает копии генов.

• Потому что когда две цепи расплетутся на две отдельные цепи, и если затем каждая цепь создаст на ней другую цепь, то поскольку A всегда объединится с T, а G с С, мы получим две копии той цепи, которую имели вначале.

12

Page 13: химия днк для генетиков 2015

• Другими словами, мы думаем, что мы нашли основной механизм копирования, с помощью которого живое происходит от живого.

• Красота нашей модели состоит в том, что ее форма такова, что могут образовываться только эти пары, хотя они могли бы образовываться и другим способом, если бы плавали свободно.

• Ты можешь понять, что мы очень рады.

• Через день или около того мы должны отослать письмо в Nature.

• Прочти это письмо внимательно, чтобы понять его.

• Когда вы вернетесь домой, мы покажем вам модель.

• С любовью, папа

13

Page 14: химия днк для генетиков 2015

Все на продажу

• Майкл Крик выставил это рукописное письмо на аукцион Кристи 10 апреля 2013 г.

• Письмо было приобретено по телефону анонимным покупателем за 5,3 миллиона долларов.

• С учетом дополнительных сборов, выручка составила чуть более $ 6 миллионов.

• Половина вырученных средств была передана Институту биологических исследований Солка в Сан-Диего, Калифорния, где Фрэнсис Крик, который умер в 2008 году, был профессором.

• Эта выручка побила рекорд письма, написанного Авраамом Линкольном, которое было продано в 2008 году за 3,4 млн. долл., включая налоговые сборы.

14

Page 15: химия днк для генетиков 2015

Уотсон и Крик – близнецы-братья или комплементарные и антипараллельные переплетения мысли?

15

Page 16: химия днк для генетиков 2015

Реконструкция модели ДНК 1953 г.

16

Page 17: химия днк для генетиков 2015

Урок 1

• Масштабные атомно-молекулярные модели – эффективный инструмент обучения и исследований.

17

Page 18: химия днк для генетиков 2015

Рентгенограмма, фото № 51 Розалинд Франклин

18

Page 19: химия днк для генетиков 2015

19

Page 20: химия днк для генетиков 2015

Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) (25.07.1920 — 16.04.1958) — английский биофизик и учёный-

рентгенограф, занималась изучением структуры ДНК.

20

Page 21: химия днк для генетиков 2015

• Дж. Д. Бернал назвал снимки, полученные Франклин с помощью метода рентгеновской дифракции «одними из самых красивых снимков какого бы то ни было вещества, когда либо полученных до этого времени».

21

Page 22: химия днк для генетиков 2015

Джон Десмонд Бернал (John Desmond Bernal; 10.05.1901 — 15.09.1971)

• — английский физик, кристаллограф, биохимик и социолог науки, общественный деятель.

• Пионер рентгеновской кристаллографии.

• Наряду с Опариным разработал теорию возникновения жизни.

• Иностранный член АН СССР (20.06.1958), вице-президент Всемирной федерации научных работников, Президент Всемирного Совета Мира (1959—1965), лауреат Международной Сталинской премии «За укрепление мира между народами» (1953).

22

Page 23: химия днк для генетиков 2015

Морис Хьюг Фредерик Уилкинс (Maurice Hugh Frederick Wilkins; 15.12.1916 — 05.10.2004) — биофизик, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года (совместно с Джеймсом

Уотсоном и Фрэнсисом Криком) «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живой материи».

23

Page 24: химия днк для генетиков 2015

Урок 2

• Устанавливая структуру биомолекулы, желательно задумываться о ее биологическом предназначении, о ее биологической функции.

24

Page 25: химия днк для генетиков 2015

Различные уровни представления химических структур

25

Page 26: химия днк для генетиков 2015

26

Page 27: химия днк для генетиков 2015

27

Page 28: химия днк для генетиков 2015

Вторичная структура ДНК

28

Page 29: химия днк для генетиков 2015

29

Page 30: химия днк для генетиков 2015

Полиморфизм пространственной структуры ДНК: A, B и Z-формы

30

Page 31: химия днк для генетиков 2015

Полиморфизм пространственной структуры ДНК:

31

Page 32: химия днк для генетиков 2015

Урок 3 и его следствие

• ДНК – гибкая молекула и ее различные пространственные формы исполняют разные функции и по-разному реагируют с различными агентами.

• Иными словами, реакции ДНК с различными агентами являются топохимическими и/или контекст-зависимыми.

32

Page 33: химия днк для генетиков 2015

Pyne A., Thompson R., Leung C., Roy D., Hoogenboom B.W. Single-molecule reconstruction of oligonucleotide secondary structure by atomic force

microscopy, Small, 2014; 10(16): 3257–3261

33

Page 34: химия днк для генетиков 2015

34

Page 35: химия днк для генетиков 2015

35

Page 36: химия днк для генетиков 2015

Пептиды активного долголетия и ревитализации

• Модель комплементарного взаимодействия пептида Ala-Glu-Asp-Gly с двойной спиралью ДНК (комплекс ДНК-пептид на промоторном участке гена теломеразы).

• Хавинсон В.Х., Анисимов В.Н. 35-летний опыт исследований пептидной регуляции старения. Успехи геронтологии, 2009. Т. 22. № 1. С. 11–23.

• Хавинсон В.Х. Пептидная регуляция старения. – СПб.: Наука. 2009.

Crick F.H.C. An error in model building. Nature, 1967; 213:798

36

Page 37: химия днк для генетиков 2015

Урок 4

• Без подтверждения структуры с помощью масштабных молекулярных моделей всяческие гипотетические построения почти наверняка обречены на провал.

• И выводы могут оказаться ложными.

37

Page 38: химия днк для генетиков 2015

Нумерация атомов в молекулах оснований

38

Page 39: химия днк для генетиков 2015

Примеры структур нуклеотидов

39

Page 40: химия днк для генетиков 2015

Аденин: 6-аминопурин

40

Page 41: химия днк для генетиков 2015

Гуанин: 2-амин-6-оксопурин

41

Page 42: химия днк для генетиков 2015

Тимин: 5-метилурацил (2,4-диоксо-5-метилпиримидин)

42

Page 43: химия днк для генетиков 2015

Цитозин: 2-оксо-4-аминопиримидин

43

Page 44: химия днк для генетиков 2015

Тимин и цитозин

44

Page 45: химия днк для генетиков 2015

Аденин и гуанин

45

Page 46: химия днк для генетиков 2015

D-рибоза и D-2-дезоксирибоза

46

Page 47: химия днк для генетиков 2015

Рибозо-5-фосфат

47

Page 48: химия днк для генетиков 2015

Почему основания плоские, а дезоксирибоза – нет?

Page 49: химия днк для генетиков 2015

Периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева (фрагмент)

49

Page 50: химия днк для генетиков 2015

Ядерный синтез и происхождение элементов

• Вскоре после второй мировой войны Георгий Антонович Гамов (трижды нелауреат Нобелевской премии) предложил захватывающую своей красотой модель нуклеосинтеза, настоящую космическую поэму.

• Поэма начинается с первого крика (Большого взрыва) нашей Вселенной, когда вся ее материя сжата в илем — сверхплотный сгусток.

50

Page 51: химия днк для генетиков 2015

Ядерный синтез и происхождение элементов

• Из стихотворения Демьяна Бедного «До атомов добрались» (1928)

• СССР зовут страной убийц и хамов. Недаром. Вот пример: советский парень Гамов. Чего хотите вы от этаких людей?! Уже до атома добрался, лиходей!

Георгий Антонович Гамов (Джордж Гамов, George Gamow;

20.02(04.03)1904 — 19.08.1968)

51

Page 52: химия днк для генетиков 2015

CNO-цикл

Ханс Альбрехт Бете (Hans Albrecht Bethe; 02.07.1906 — 06.03.2005)

Карл Фридрих фон Вайцзеккер (Carl Friedrich von Weizsäcker; 28.06.1912 — 28.04.2007)

52

Page 53: химия днк для генетиков 2015

Происхождение углерода

• Исходя из факта высокого содержания углерода во Вселенной, астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл предсказал, что для ядерной реакции порождения углерода из гелия должны существовать очень специфическая энергия резонанса и спин.

• Более того, Хойл вычислил значения этой энергии (7.68 МэВ), ядерного спина и четности компаунд-состояния в ядре углерода, образованного тремя альфа-частицами.

• Эти его предсказания вскоре были блестяще подтверждены экспериментально.

• Это было доказательство от обратного.

Sir Fred Hoyle (24.06.1915 – 20.08.2001)

53

Page 54: химия днк для генетиков 2015

• Изменение уровня 12С всего лишь на 5% привело бы к катастрофе − дальнейший синтез элементов прекратился бы.

• Особенности протекания реакций ядерного синтеза привели к важнейшим следствиям:

• благодаря им во Вселенной оказалось одинаковое число ядер 12С и 160, что создало благоприятные условия для образования органических молекул, т.е. жизни.

54

Page 55: химия днк для генетиков 2015

Урок 5

• Наука редко отвечает на вопрос «почему?»,

• чаще только на вопрос «как?».

55

Page 56: химия днк для генетиков 2015

Принцип Паули

• Принцип (запрет) Паули — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому

• два и более тождественных фермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.

• Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления.

• Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений.

56

Page 57: химия днк для генетиков 2015

Вольфганг Эрнст Паули (Wolfgang Ernst Pauli; 25.04.1900 — 15.12.1958) — лауреат Нобелевской

премии по физике за 1945 год.

57

Page 58: химия днк для генетиков 2015

Паули и Нильс Бор

58

Page 59: химия днк для генетиков 2015

Правило Хунда

• Определяет порядок заполнения

• орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом:

• суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным.

• Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.

59

Page 60: химия днк для генетиков 2015

Мнемоническое правило «трамвайного вагона»

• Ты приглядись, решив присесть, К местам трамвайного вагона: Когда ряды пустые есть, Подсаживаться нет резона.

60

Page 61: химия днк для генетиков 2015

61

Page 62: химия днк для генетиков 2015

Фридрих Хунд (Friedrich Hund; 04.02.1896 — 31.03.1997) — немецкий физик. Участник разработки метода молекулярных орбиталей.

62

Page 63: химия днк для генетиков 2015

Почему углерод 4-валентен?

Page 64: химия днк для генетиков 2015

Электронная конфигурация атома углерода C

• Основное состояние:

• Возбужденное состояние:

64

Page 65: химия днк для генетиков 2015

Лайнус Карл Полинг (Linus Carl Pauling; 28.02.1901 — 19.08.1994) — американский химик, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий: по

химии(1954) и премии мира (1962), а также Международной Ленинской премии «За укрепление мира между народами» (1970).

65

Page 66: химия днк для генетиков 2015

Гибридизация орбиталей

• Гибридизация орбиталей —гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.

• Гибридизация орбиталей объясняет геометрию (пространственную структуру) молекул.

66

Page 67: химия днк для генетиков 2015

s и p-орбитали

67

Page 68: химия днк для генетиков 2015

sp3-гибрид

68

Page 69: химия днк для генетиков 2015

Метан

69

Page 70: химия днк для генетиков 2015

sp2-гибриды

70

Page 71: химия днк для генетиков 2015

sp -гибриды

71

Page 72: химия днк для генетиков 2015

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/hybrv18.swf

72

Page 73: химия днк для генетиков 2015

Сравнение длин углерод-углеродных связей

73

Page 74: химия днк для генетиков 2015

σ-связь - ковалентная связь, образующаяся перекрыванием

электронных облаков «по осевой линии»

74

Page 75: химия днк для генетиков 2015

π-связь - ковалентная связь, образующаяся перекрыванием

p-атомных орбиталей

π-связь в этилене π-связи в бензоле

75

Page 76: химия днк для генетиков 2015

Этан, этилен, ацетилен и бензол

76

Page 77: химия днк для генетиков 2015

Урок 6

• Современная структурная химия исключительно плодотворно объясняет и предсказывает геометрию молекул.

77

Page 78: химия днк для генетиков 2015

Водородная связь

78

Page 79: химия днк для генетиков 2015

Пара A=T

79

Page 80: химия днк для генетиков 2015

Пара GC

80

Page 81: химия днк для генетиков 2015

Канонические пары Уотсона-Крика

81

Page 82: химия днк для генетиков 2015

Причины замены пар оснований:

таутомерия, ионизация, wobble или «Хугстин»?

Page 83: химия днк для генетиков 2015

Jerry Donohue (12.06.1920 – 13.02.1985)

• – американский физико-химик и теоретик.

• Подсказал Уотсону и Крику, какие таутомерные формы оснований ДНК являются преобладающими.

• “We are much indebted to Dr. Jerry Donohue for constant advice and criticism, especially on interatomic distances” (Watson, Crick, 1953)

83

Page 84: химия днк для генетиков 2015

Таутомерия

• Таутомери́я (от греч. ταύτίς — тот же самый и μέρος — мера) — явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга.

• При этом устанавливается таутомерное равновесие, и вещество одновременно содержит молекулы всех изомеров (таутомеров) в определённом соотношении.

84

Page 85: химия днк для генетиков 2015

Таутомерия оснований нуклеиновых кислот

85

Page 86: химия днк для генетиков 2015

Таутомерные превращения тимина и гуанина

86

Page 87: химия днк для генетиков 2015

Таутомерия

87

Page 88: химия днк для генетиков 2015

Ионизация оснований

88

Page 89: химия днк для генетиков 2015

Гипотетический «таутомерный» механизм мутагенного действия 5-бромоурацила

89

Page 90: химия днк для генетиков 2015

Урок 7

• Таутомерный и ионизационный механизмы возникновения замен пар оснований – идеи, которые трудно доказать.

• Таутомеры образуют неразделимую смесь.

• Ионизованные формы также трудно отделить от неионизованных.

90

Page 91: химия днк для генетиков 2015

Канонические (уотсоно-криковские) и wobble пары оснований

91

Page 92: химия днк для генетиков 2015

Woblle-пары, найденные в кристаллических структурах

92

Page 93: химия днк для генетиков 2015

Пары Уотсона-Крика и Хугстина

93

Page 94: химия днк для генетиков 2015

Пара Хугстина

94

Page 95: химия днк для генетиков 2015

Все возможные пары оснований: 28 или 29? (в основной таутомерной форме)

95

Page 96: химия днк для генетиков 2015

Неканонические пары O6-MeG с T, O6-MeG и G с O4-MeT

96

Page 97: химия днк для генетиков 2015

Урок 8

• «Конформационный» механизм неправильного спаривания оснований представляется наболее правдоподобным.

97

Page 98: химия днк для генетиков 2015

Спонтанные мутации

Page 99: химия днк для генетиков 2015

Природные радиоактивные изотопы – неизбежное зло

99

Page 100: химия днк для генетиков 2015

Мутации вследствие трансмутации

• Трансмутация в физике — превращение атомов одних химических элементов в другие в результате радиоактивного распада их ядер либо ядерных реакций.

• Радиоактивный β-распад изотопа 14С:

100

Page 101: химия днк для генетиков 2015

Урок 9

• Никакими силами и никогда мы не сможем избавиться от радиоактивных изотопов в природе.

101

Page 102: химия днк для генетиков 2015

Слабые места в ДНК

Page 103: химия днк для генетиков 2015

Фотохимическая димеризация тимина

103

Page 104: химия днк для генетиков 2015

Фотодимеризация тимина

104

Page 105: химия днк для генетиков 2015

Димер тимина

105

Page 106: химия днк для генетиков 2015

Основные стереоизомеры димеров тимина

106

Page 107: химия днк для генетиков 2015

Взаимное расположение тиминов можно описать расстоянием d между двойными связями С5-С6 и торзионным углом η между ними. Димеризуются

только те тимины, которые разворачиваются на 22°

Для образования димера тимина требуется возбуждение УФ-излучением в течение менее одной пикосекунды (10-15 с)

107

Page 108: химия днк для генетиков 2015

Пионер лазерной физики

• Владилен Степанович Летохов (10.11.1939 — 21.03.2009)

• Автор более 850 статей и 15 монографий, наиболее цитируемый советский ученый во всех областях науки за период 1973—1988 годов.

108

Page 109: химия днк для генетиков 2015

Урок 10

• Фотодимеризация тимина – яркая демонстрация топохимической природы реакций мутагена с ДНК.

109

Page 110: химия днк для генетиков 2015

Спектры поглощения ДНК и озона и спектры излучения солнца на уровне моря и в стратосфере

110

Page 111: химия днк для генетиков 2015

Урок 11

• Озоновый слой в стратосфере действительно надежно защищает нас от вредного мутагенно-канцерогенного действия коротковолнового УФ-излучения.

111

Page 112: химия днк для генетиков 2015

Еще одно слабое место в ДНК

Page 113: химия днк для генетиков 2015

5-метилцитозин – природное модифицированное основание, встречающееся в ДНК эукариот

113

Page 114: химия днк для генетиков 2015

Дезаминирование 5-метилцитозина

114

5-метилцитозин Тимин

Page 115: химия днк для генетиков 2015

Основные продукты окисления

115

Page 116: химия днк для генетиков 2015

Возможные типы спаривания 8-оксо-гуанина

116

Page 117: химия днк для генетиков 2015

Первичные участки химически-индуцированного поражения ДНК

117

Page 118: химия днк для генетиков 2015

Последствия дезаминирующего действия азотистой кислоты

118

Page 119: химия днк для генетиков 2015

Последствия реакции гидроксиламина и метилметансульфоната (MMS) с ДНК

119

Page 120: химия днк для генетиков 2015

ГАП – 6-N-гидрокслиаминопурин

120

Page 121: химия днк для генетиков 2015

Урок 12

• Основной (мажорный) продукт реакции агента с ДНК далеко не всегда является основной причиной его мутагенности.

• Чем мягче мутаген, тем больше его видовая и локусная специфичности.

121

Page 122: химия днк для генетиков 2015

Атомные заряды (электронные плотности) у отдельных оснований

122

Page 123: химия днк для генетиков 2015

Места нуклеофильной атаки

123

Page 124: химия днк для генетиков 2015

Основные сайты метилирования оснований ДНК и сахаро-фосфатного остова

124

Page 125: химия днк для генетиков 2015

Алкилирование гуанина: (A) – EMS; (B) - DMS

125

Page 126: химия днк для генетиков 2015

Сшиватели

Page 127: химия днк для генетиков 2015

Производные бис-β-хлорэтиламина, азотистые иприты

127

Page 128: химия днк для генетиков 2015

Диамминдихлороплатина (цисплатин)

128

Page 129: химия днк для генетиков 2015

Сшиватели

129

Page 130: химия днк для генетиков 2015

Сшиватели: HN2 (1), DEB (2) и DEO (3)

130

Page 131: химия днк для генетиков 2015

Делетогены и амплигены

Page 132: химия днк для генетиков 2015

Брюс Натан Эймз (Bruce Nathan Ames; р. 16.12.1928) – американский биохимик. Разработал систему быстрого и дешевого испытания мутагенности соединений,

называемый тестом Эймза.

132

Page 133: химия днк для генетиков 2015

133

Page 134: химия днк для генетиков 2015

Штамм Salmonella typhimurium TA102 с мутацией hisG428Ochre (TAA) в 207 положении белка и его ревертанты

134

Целевой сайт фланкирован двумя короткими прямым повторами 5’-AGAGC-3’, что является горячей точкой для возникновения делеций. ThiAla – тиазолилаланин.

Page 135: химия днк для генетиков 2015

Анализ ревертантов His+ у штамма TA102

Мутаген Доля различимых ревертантов, % Общее количество His+ ThiAlaSS His+ ThiAlaS His+ ThiAlaR

Спонтанно 27% 41% 32% 311

4NQO 100% 0% 159

DEO 22% 26% 52% 337

Заключение Ochre-супрессоры

Замены пар оснований в

TAA

Малые делеции

807

135

Ревертантов, индуцированных 4NQO, не дифференцировали по степени чувствительности к ThiAla

Page 136: химия днк для генетиков 2015

1,3- 1,6- и 1,8-динитропирены

136

У Streptomyces antibioticus они вызывают амплификацию кластера генов синтеза олеандомицина (Бехтерева Т.А. и др.)

Page 137: химия днк для генетиков 2015

Урок 13

• Делетогены и амплигены заслуживают пристального внимания.

137

Page 138: химия днк для генетиков 2015

Frederick Joseph de Serres, Jr. (24.09.1929 - 21.12.2014)

138

Page 139: химия днк для генетиков 2015

139

Page 140: химия днк для генетиков 2015

Khromov-Borisov N.N., Rogozin I.B., Henriques J.A.P. de Serres F.J. Similarity pattern analysis in mutational distributions. Mutation Research, 1999;

430:55–74

140

Page 141: химия днк для генетиков 2015

141

Page 142: химия днк для генетиков 2015

Урок 14

• Анализ и сравнение мутационных спектров – продуктивный подход к выявлению сходства и различий между мутагенами.

142

Page 143: химия днк для генетиков 2015

Ashby J. Fundamental structural alerts to potential carcinogenicity or noncarcinogenicity. Environmental

Mutagenesis, 1985; 7: 919-921.

143

Page 144: химия днк для генетиков 2015

Benigni R., Bossa C. Structural alerts of mutagens and carcinogens. Current Computer-Aided Drug Design, 2006, 2, 1-19

144

Page 145: химия днк для генетиков 2015

Три типа взаимодействия лиганда с дуплексом ДНК

145

Page 146: химия днк для генетиков 2015

Интеркаляция этидия между двумя парами G=C

146

Page 147: химия днк для генетиков 2015

Комплекс двух молекул дауномицина с ДНК

147

Page 148: химия днк для генетиков 2015

Комплекс дистамицина с ДНК

148

Page 149: химия днк для генетиков 2015

Ковалентное связывание антромицина с ДНК

149

Page 150: химия днк для генетиков 2015

Связывание калихеамицина с ДНК

150

Page 151: химия днк для генетиков 2015

Связывание есперамицина А с ДНК

151

Page 152: химия днк для генетиков 2015

Уроки

• 1. Масштабные атомно-молекулярные модели – эффективный инструмент обучения и исследований.

• 2. Устанавливая структуру биомолекулы, желательно задумываться о ее биологическом предназначении, о ее биологической функции.

• 3. Реакции ДНК с различными агентами являются топохимическими и/или контекст-зависимыми.

• 4. Без подтверждения структуры с помощью масштабных молекулярных моделей всяческие гипотетические построения почти наверняка обречены на провал.

• 5. Наука редко отвечает на вопрос «почему?», чаще только на вопрос «как?».

• 6. Современная структурная химия исключительно плодотворно объясняет и предсказывает геометрию молекул.

• 7. Таутомерный и ионизационный механизмы возникновения замен пар оснований – идеи, которые трудно доказать.

• 8. «Конформационный» механизм неправильного спаривания оснований представляется наболее правдоподобным.

152

Page 153: химия днк для генетиков 2015

• 9. Никакими силами и никогда мы не сможем избавиться от радиоактивных изотопов в природе.

• 10. Фотодимеризация тимина – яркая демонстрация топохимической природы реакций мутагена с ДНК.

• 11. Озоновый слой в стратосфере действительно надежно защищает нас от вредного мутагенно-канцерогенного действия коротковолнового УФ-излучения.

• 12. Основной (мажорный) продукт реакции агента с ДНК далеко не всегда является основной причиной его мутагенности.

• Чем мягче мутаген, тем больше его видовая и локусная специфичности.

• 13. Делетогены и амплигены заслуживают пристального внимания.

• 14. Анализ и сравнение мутационных спектров – продуктивный подход к выявлению сходства и различий между мутагенами.

153

Page 154: химия днк для генетиков 2015

Найдите ошибку

154

Page 155: химия днк для генетиков 2015

Памятник лабораторной мыши в новосибирском Академгородке

155

Page 156: химия днк для генетиков 2015

Слайды свободно доступны для всех

Никита Николаевич Хромов-Борисов [email protected]

http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov

http://www.slideshare.net/ssuserb22936 8-952-204-8949 8-921-449-2905