Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 12
Текст из файла (страница 12)
24.54.Схематическое изображениерадиоавтографа геля. Виднырадиоактивныефрагменты,образующиеся при специфическом расщеплении олигонуклеотидов.3.ДНК одного делеционного мутанта бактериофага λ имеетконтурную длину 15 мкм вместо 17 мкм.Сколько пар оснований недостает у этогомутанта?4.Какой результат получили быМеселсон и Сталь, если бы репликация ДНК была консервативной? Укажите предполагаемое распределение молекул ДНК после 1-й и 2-й генерацийв случае консервативной репликации (т.е.когда родительская двойная спираль нерасходится).5.Зависит ли от видовой принадлежностиспособностьизвестных ДНК-лигаз использовать для соединения ДНК-цепей NAD + или АТР?Предположим, что обнаружена новаяДНК-лигаза, нуждающаяся в каком-тодругом источнике энергии.
Предположитеприемлемую с энергетической точки зрения замену NAD + или АТР в этой реакции.6.ДНК-лигаза из Е. coli релаксируетсуперспирализованнуюкольцевую ДНК в присутствии AMP. В отсутствие АТР эта активность не проявляется. Каков механизм этой реакции и почемуон зависит от AMP?7.На рис. 24.54 приведена схемарадиоавтографа геля с четырьмя дорожками фрагментов ДНК, образовавшихся при химическом расщеплении.32ДНК содержала Р-метку на 5'-конце.Какова последовательность этой ДНК?Дополнительные вопросы см.: Wood W. В.,Wilson J. H.,Benbow R.
M.,Hood L. Е.Biochemistry:AProblemsAproach,Benjamin, 1974, chs. 16, 17.ГЛАВА 25ИнформационнаяРНК и транскрипцияВ этой главе мы рассмотрим выражениев фенотипе (экспрессию) генетической информации, содержащейся в ДНК. Функциягенов - кодирование синтезируемых в клетке белков. Однако сама ДНК не используется в качестве непосредственной матрицы для синтеза белка. Роль такихматриц выполняют молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты). В норме поток генетической информации в клетке идет в следующем направлении:В настоящей главе мы увидим, что некоторые молекулы РНК играют роль промежуточных переносчиков информации в синтезе белка, тогда как другие молекулыРНК являются частью аппарата белковогосинтеза.
Затем мы рассмотрим синтезРНК, протекающий в соответствии с последовательностью ДНК-матрицы. Это процесс транскрипции, за которым следуеттрансляция. При трансляции РНК-матрицы направляют синтез белков. Болееподробно этот вопрос рассматриваетсяв гл.
27.Участие РНК в синтезе белка казалосьвероятным уже в 1940 г., за несколько летдо того, как было показано, что ДНК - материал наследственности. Торбьёрн Касперсон (Torbjorn Caspersson) изучал распределение РНК и ДНК в отдельныхэукариотических клетках с помощью световой микроскопии. Он исходил из того факта, что и РНК, и ДНК сильно поглощаютультрафиолетовый свет с длиной волны260 нм, но только ДНК интенсивно окра46Часть IV.Информацияшивается реактивом Фёльгена. Касперсонобнаружил, что почти вся ДНК содержится в ядре, тогда как РНК находится большей частью в цитоплазме. К такому жевыводу пришел Жан Браше (Jean Brachet),который разделял клетки на ядерную и цитоплазматическую фракции и определялв них содержание ДНК и РНК.
Более того,он обнаружил, что РНК в цитоплазматической фракции находится в составе маленьких частиц и ассоциирована с белком. Было показано, что эти частицы, состоящиеиз РНК и белка, служат местом синтезабелка. Теперь их называют рибосомы.25.1. Структура РНКРНК, подобно ДНК, представляет собойдлинную неразветвленную молекулу, состоящую из нуклеотидов, соединенныхфосфодиэфирными связями 3'—>5'. Числонуклеотидов в молекуле РНК колеблетсяот всего лишь 75 до многих тысяч.
Ковалентная структура РНК отличается отДНК в двух отношениях. Как указываетсамоназвание,сахарныйостатокв РНК - рибоза, а не дезоксирибоза. Рибозасодержит 2'-гидроксильную группу, которой нет в дезоксирибозе. Другое различиесостоит в том, что одним из четырех оснований в РНК является урацил (U) - вместотимина, содержащегося в ДНК. Как и тимин, урацил может образовывать пару оснований с аденином. Но в молекуле урацила нет метильной группы, имеющейсяв молекуле тимина.Таблица 25.1. Молекулы РНК у Е. coliОтносительное содержание, %Коэффициентседиментации,SМасса, кДаРибосомная(рРНК)80231651,2•1030,55•1 033,6•101Транспортная(тРНК)154Тип РНКИнформационная (мРНК)5Числонуклеотидов2,5•1013700170012075ГетерогеннаМолекулы РНК имеют одноцепочечноестроение, за исключением РНК некоторыхвирусов.
Поэтому нуклеотидный составРНК не подчиняется правилу комплементарности. Действительно, в большинствемолекул РНК содержание аденина отличается от содержания урацила, а содержание гуанина отличается от содержания цитозина. Но молекулы РНК все-таки содержат участки с двухцепочечной структурой,которые образуют петли в виде шпилек(рис. 25.2). В этих участках А спариваетсяс U, a G спаривается с С.
Кроме того,G может образовывать пару основанийс U, но она менее прочна, чем GС-пара(разд. 27.6).Спариваниеоснованийв шпильках РНК часто несовершенно. Некоторыеоснования,расположенныев шпильке друг против друга, не комплементарны, и одно или несколько оснований в одной из цепей могут выпетливаться(выступать) из участка двойной спирали,чтобы облегчить спаривание других оснований. Доля двухспиральных участковв различных РНК варьирует в широкихпределах - в наиболее типичном случае до50%Рис. 25.2.РНК может складываться самана себя и образовывать двухспиральные структуры.Рис.25.1.Структура части цепи РНК.25.2.
Клетки содержат три типа РНК:рибосомную, транспортную и информационнуюКлеткисодержаттритипаРНК(табл. 25.1). Информационная РНК (ее называют также матричная РНК, отсюдамРНК) служит матрицей для синтеза белка. Каждому работающему гену (или группе генов) соответствует своя молекуламРНК. Следовательно, мРНК - крайне гетерогенный класс молекул, у Е. coli средняя длина молекулы мРНК составляетпримерно1,2 kb.ТранспортнаяРНК(тРНК) переносит аминокислоты в активированной форме к рибосомам, где они соединяются пептидной связью в определен-25.
Информационная РНКи транскрипция47Единица Сведберга (S) коэффициенты седиментации биологических макромолекул выражаютсяв единицах Сведберга (сокращенно S); 1S = 10 - 1 3 с. (Сведберг - шведскийученый, изобретатель ультрацентрифуги.)ной последовательности, которую задаетРНК-матрица. Для каждой из 20 аминокислот имеется по крайней мере одна разновидность тРНК, Транспортная РНК состоит примерно из 75 нуклеотидов (масса25 кДа). Это самые маленькие молекулыРНК. Рибосомная РНК (рРНК) - основнойкомпонент рибосом, но пока ее роль в синтезе белка точно не установлена. В клеткеЕ.
coli имеется три разновидности рРНК,называемые 23S-, 16S- и 5S-PHK соответственно их поведению при седиментации.В каждой рибосоме содержится по одноймолекуле каждой из этих трех разновидностей РНК. Из трех указанных типов РНК(мРНК, тРНК, рРНК) количественно преобладает рРНК. Затем идет тРНК, и меньше всего в клетке содержится информационной РНК, на долю которой приходится всего лишь 5% всей РНК.25.3. Формулирование концепцииинформационной РНККонцепция мРНК была сформулированаФрансуа ЖакобомиЖакомМоно(Francois Jacob, Jacues Monod) в классической статье, опубликованной в 1961 г. Поскольку в эукариотических клетках белкисинтезируются в цитоплазме, а не в ядре,было очевидно, что должен существоватькакой-то химический посредник, кодируемый генами.
Жакоб и Моно назвалиего структурным посредником. Каковаприрода этого промежуточного продукта?Важную роль в решении этого вопроса сыграло проведенное ими исследование регуляции синтеза белка у Е. coli (гл. 28). Некоторые ферменты Е. coli, например ферменты, участвующие в поглощении и использовании лактозы, индуцибельны.
Этоозначает, что количество этих ферментовувеличивается более чем в 1000 раз в присутствии индуктора (например, изопропилтиогалактозида). Особенно показательнабыла кинетика индукции. Добавление индуктора уже через несколько минут вызывало максимальный синтез ферментов, катализирующих обмен лактозы. При удале48Часть IV.Информациянии индуктора синтез данных ферментовпрекращался также быстро. Эти экспериментальные данные были несовместимыс существованием стабильных матриц длясинтеза указанных ферментов. Отсюда Жакоб и Моно сделали вывод, что времяжизни посредника должно быть очень коротким. Затем они предположили, что ондолжен обладать следующими свойствами.1. Посредник должен быть полинуклеотидом.2.. Нуклеотидный состав предшественника должен соответствовать нуклеотидномусоставу ДНК, которая его кодирует.3.
Посредник должен быть весьма гетерогенным по размеру, так как гены (илигруппы генов) различаются по длине. Жакоб и Моно высказали правильное предположение, что три нуклеотида кодируютодну аминокислоту, и вычислили, чтомасса посредника должна быть не менее500 кДа.4. Посредник должен быть временно ассоциирован с рибосомами - местом синтезабелка.5. Посредник должен синтезироватьсяи распадаться очень быстро. Отсюда следует, что аналоги оснований, например5-фторурацил, должны включаться в посредник в течение нескольких минут.Для Жакоба и Моно было очевидно, чтоизвестные в то время фракции РНК неудовлетворяют этим критериям.
Рибосомная РНК, которую принято было считатьматрицей для синтеза белков, была слишком гомогенна по размеру. Кроме того, еенуклеотидный состав был сходен у видов,сильно различавшихся по нуклеотидномусоставу ДНК. Более того, эта РНК быластабильной, и 5-фторурацил включалсяв нее очень медленно. Транспортная РНКтоже не подходила на роль посредника потем же причинам. К тому же она слишкоммала. Однако в литературе высказывалосьпредположение о существовании третьеготипа РНК, который, по-видимому, удовлетворялвсемкритериямпосредника.В клетках Е. coli, зараженных бактериофагом Т2 (рис. 25.3), была обнаружена ранеенеизвестная фракция РНК подходящегоразмера с очень коротким временем жиз-ни. Самое интересное, что нуклеотидныйсостав этой фракции РНК был близокк составу вирусной ДНК, а не ДНК Е.
coli.25.4. Экспериментальные данныео существовании информационнойРНК-посредника в синтезе белкаПравомочность гипотезы о короткоживущей РНК-посреднике, играющей рольпереносчика информации при синтезе белка, была проверена вскоре после того, какгипотеза была сформулирована. СиднейБреннер, Франсуа Жакоб и Мэтью Меселсон (Sydney Brenner, Francois Jacob,Matthew Meselson) провели экспериментына E. coli, зараженной бактериофагом Т2.Почти все белки, синтезирующиеся послезаражения, детерминируются генами фага.Синтез этих белков не сопровождается увеличением общего количества РНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
