Том 1 (1109823), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Буквами П, у, З«и Т обозначены необычные модифицированные нуклеотиды, хараюперные длл молекулы тРНК. Эти необычные нуклеотиды Трансиршцци РНК на ДНИ какова в Различных молекулах тРНК; она, вероюпно, участвует в выборе ами- нокислоты, приеоединлемой е помощью фермента к акцепторному концу. Неко- торые нуклеотиды соединены друг с другам водородными связями (локаэано цветными линиями). Непцгные нуклео- тиды третьей петли 1цвегпной уча- сток) названы ангпикодонам. Они олу- хами длн узнавания кобона мРНК.
Б. Молекула образует складки, что соз- дает трехмерную структуру. Это— фотографил модели Неактивный фрагмент хромосомы Полнрибосомз « г теза белка 0,2 мкм мРНК К 5' Кодаи мРНК мРНК О Агни кодаи ~Ф',,*., 10 О Трансляция Б Транскрнппня А Рис. В-9. Рен баюперии в действии.
Микрофоглография (слева) локаэываоп несколысо цепей мРНК, образовавшилсм одновременно. (На диаграмме справа цепи выделены цветом.) Саман длинная Рис. В-1О. Схематическое иэображение процессов транскрипции и трансляции. А. В процессе транскрипции нить ДНК служит мангршгей для синтеза комп гементерной молекулы мРНК.
Б. Во время трансляции РНК трех типов взаимодействуют со спеимфической группой ферментов и белков для образования новой полипептидной цепи. Рибосомальная РНК (РРНК) является компоненпюм рибосомьг, которая осущеопвляепг синтез белка. Рибосомы баюперий содержат большие (>ВВ) и малые (зйб) субьединицы. тРНК обеспечивает включение правильных аминокислот в растущ> ю пол шжнтидную цепь.
Информации ннаг РНК (м РНК) передает содержащуюся в гене информацию рибосоме. Ннформацил закодирована в виде последовательности нуклеотидюех тригтлетов, каэсдый иг которых гсодирует олределенн>'ю аминокислоту. Каждый кодак узнается комплементарным антикодоном молекулы тРНК, которая ранее уже связалась с соответствугощей аминокислотой. На рисунке больгиинсгпво амшюкислот показано кружкани с цифрами; аиинокислтпа злицин (ОЕУ) только что «лодвезена» к рибосоне соответствуюгцей транспортной РНК. Затем »лицин соединитсе пептидной связью с лейцином ((-Е( К и растущая цель удлинимся на одну аминокислоту.
После рибосома леремеопится на длину кодона м РНК и таким обраюм займет положение для связывания тРНК, несущей серик (ВЕК) цепь начала сиюпезироваться первой. По мере того как каждая цель отсоедингггтпся опг аюпов»юга фрагмеюгиг х)юмо сомы (молекулы,((НК), рибосаиы лри- крепляютсп к цепи мРНК и трансли- рую»я ее с образованием белка.
Моле- кулы белка на микрофотографии не видны Направление синтеза мРНК Активный фрагмент хромосомы Гала«тога сн,он сн,он н он Лактоэа н он Глюкоза крупных молекул-предшественнюсов, которые затем подвергаются высокоспецифичному процессингу. Это наводит на мысль о том, что в генах эукариот имеются важные последовательности, которые не «имеют отношения» к функциональной РНК и синтезированному в итоге белку, но играют другую роль в процессе транскрипции генов.
Следовательно, мРНК эукариот, на которой синтезируется белок, в действительности сшита из фрагментов предшественника мРНК, который транскрибирован непосредственно с хромосомной ДНК. Таким образом, у бактерий и эукариот генетическая информация передаетгж с гена на молекулу мРНК и затем на полипептидную цепь («центральная догма»И генетики). Однако у эукариот процессинг добавляет еще один этап: ген первичный транскрнпт мРНК полипептидная цепь.
В ходе трансляции мРНК последовательность кодонов считывается в направлении 5' — 3', как и в процессе репликацни ДНК (рис. 8-10). Начальный участок молекулы мРНК участвует а связывании рибосом. У бактерий малая суб ьеднница рибосомы несет специальную тРНК (связывающую )Ч-формилметионин) и проходит вдоль молекулы мРНК пока не «встретит» кодон АПО, соответствующий 1«-формилметионину; после этого малая субъединица связывает молекулу Х- формилметионина в определенном участке рибосомы, образуя комплекс инициации.
Эукариоты, напротив, не имеют инициирующего синтез белка кодона А(1О; вместо него они «используютг химически модифицированную форму гуаннна, а именно 7-метилгуанин. Как у бактерий, так и у эукариот растущий конец белковой цепи присоединен молекулой тРНК к комплексу рибосома-мРНК (рис. 8-10). Следующая аминокислота, связанная с определенной молекулой тРНК, входит в комплекс и с помощью антикодона ирисов)щняется к кодону (следующнм трем основаниям мРНК). Амнногруппа входящей аминокислоты отдает рнбосоме протон н образует пептидную связь с растущей белковой цепью.
В итоге вся цепь теперь связана с вновь подошедшим комплексом тРНК-аминокислота, тогда Э В щктоящее время популярное когда-то понятие «центральной догмы» можно считать устаревшим, поскольку онп подчеркавало навраапенпость передачи информации с ДНК на РНК, между тем как а 1970 г. было открыто яапепие обратной трвнскртщва— синтеза ДНК на РНК с помощью фермента, имеющегося у некотоРых вирусов. Таким образом, передача информации может идти как с ДНК на РНК, так н с РНК на ДНК. — Прим.
пар«в. Рис. 8-11. У баипмрии ЕгсйггЫиа спб дал Расщепления молекулы лаитогы на гага«тогу и кавказу тргбуггпсл фгр- мент Д-галаптовидага. Д-Гапаптвги- дага — ипдуциругмый фгрмгит, т. г. гга образование регулируется ипдуппю- ром, в впюм саучаг субстратом — ди- сахаридам лаптагвй как тРНК, с которой аминокислота только что была удалена, отделяется. Рибосома продолжает двигаться вдоль мРНК (шаг ее равен одному кодону) вместе с полипептидной цепью. При этом на каждом шаге добавляется еще одна аминокислота, и весь процесс повторяется. Синтез полипептидных цепей прекращается, когда рибосома «встретится» с одним из трех термннирующих кодонов: ЮАА, $3АО или 13ОА. Эти так называемые нонсенс-подоим не кодируют аминокислот; их присутствие приводит к расщеплению связи между последней аминокислотой белка и соответствующей тРНК.
После этого синтез белка прекращается. РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ ГЕНОВ Транскрипция генов находится под тщательным контролем клетки. Даже у бактерий некоторые системы переключения действуют так, чтобы регулировать транскрипцию определенных генов в нужный момент и а необходимой степени. Эукариоты, по-вндимому, обладают многими возможностями бактерий, хотя детали механизма регуляции транскрипции генов у эукариот менее известны. Благодаря интенсивным исследованиям некоторых бактернальных генов мы много знаем о том, как регулируется их транскрипция.
Пожалуй, лучше всего изучен механизм метаболизма лактозы у бактерии Езсйвггсйга сой. В норме эта бактерия не встречается с диыхарндом лактозой и поэтому не синтезирует ферментов, необходимых для ее метаболизма. Если лактоза добавлена а культуральную среду, то бактерии начинают в болыпом количестве синтезировать фермент ()-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид на глюкозу и галактозу (рис.
8-11). Таким образом получается, что лактозный субстрат вызывает, или индуцирует, образование фермента, необходимого для его расщепления. Известно много случаев подобной индукции синтеза ферментов энергетически богатым субстратом. В других случаях фермент, участвующий в синтезе определенной аминокислоты или другого метаболнта, не образуется в клетке в присутствии этой аминокислоты; в подобной репрессии синтеза фермента ключевыми метаболитами участвует та же система контроля, что и в индукции. Франсуа Жакоб и Жак Моно, работавшие во Франции, разработали концепцию оперона, объясняющую, каким образом бактериальная клетка регулирует биосинтез ферментов. За это исследование в 1965 г.
они были удостоены Нобелев- ской премии. Оиерон — это группа структурных генов, расположенных вдаль одного фрагмента ДНК; он является единицей трансляции; экспрессия всех его генов согласована, поскольку они транскрибируются вместе с образованием одной молекулы мРНК. Например, йс-оперон Е. сой содер~кит ген р-галактозидазы и два других гена, продукты которых участвуют в метаболизме лактозы. Одновременная работа ферментов, закодированных всеми генами 1ас-оперона, необходима, чтобы бактерия утилизировала лактозу.
В каждой клетке, растущей на среде, содержащей лактозу, обнаруживается около 3000 молекул ргалактозидазы, что составляет около 3% всего клеточного белка. В отсутствие лактозы не происходит экспрессии генов 1ас-оперона, поскольку особый белок, называемый реирессором, блокирует ее. Репрессор связывается с ДНК в определенном месте, а именно между самими генами и областью присоединения РНК-полимеразы к ДНК. Когда в клетку поступает лактоза, она связывается с белком-репрессором, меняя его форму таким образом, что он теряет сродство к ДНК.
Это позволяет полимеразе беспрепятственно перемещаться вдоль ДНК, транскрибируя гены Ыс-оперона, кодирующие ферменты. У эукариот не обнаружено оперонов, т. е. групп связанных генов, которые транскрибируются сообща с образованием одной молекулы мРНК, как у бактерий. Каждая цнтаплазматическая мРНК эукариотической клетки несет информацию о синтезе только одного белка. Однако у растений встречаются системы регуляции. Мутации, проявляющиеся в неограниченном образовании групп ферментов, были обнаруженьз у кукурузы (Уеа гаауз) и ослинника (Оеиогйега). Кроме генетических механизмов, которые изменяют функции клеток, контролируя синтез отдельных ферментов, известен ряд физиологических контролирующих систем, осуществляющих прямое ингибироваиие посредством обратной связи, иными словами, путем контроля активности ферментов.
Тонко отрегулированные контролирующие системы, например ннгибирование конечным продуктом, служат примером аллосгперических еэаимодействий. Связывание особой молекулы (эллостерического эффектора) с определенным участком белка может так повлиять на слабые взаимодействия, детерминирующие его третичную структуру (см. гл. 3), что она изменится. Когда молекула белка претерпевает конформационные изменения, то может быть затронут и изменен участок, который позволяет белку функционировать в качестве фермента. Подобные взаимодействия могут контролировать уровень специфической активности клеточных ферментов, тем самым оказывая влияние на функциональную активность клетки. Связывание лактозы с белкомрепрессором, обсуждавшееся выше, приводит к аллостерическим изменениям этого белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
