Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Код универсален для всех организмов. Он восхищаетсвоей простотой. Три основания, составляющие кодон, детерминируют одну аминокислоту. Кодоны считываются последовательно молекулами транспортных РНК(тРНК), играющих при синтезе белка рольадаптеров. Полная расшифровка генетического кода в 60-х годах - одно из выдающихся достижений современной биологии.26.1. Транспортная РНК - адапторнаямолекула в синтезе белкаМы уже видели, что мРНК служит матрицей для синтеза белка.
Каким образом онаосуществляет соединениеаминокислотв правильном порядке? В 1958 г. ФрэнсисКрик (Francis Crick) писал:«Одно из первых предположений, довольно наивных, состояло в том, чтоРНК будет принимать конфигурацию,способную образовать двадцать различных «полостей», по одной для боковой цепи каждой из двадцати аминокислот. Если бы это было так, можно былобы попробовать проиграть эту задачув обратном направлении, т.е. найти необходимую конфигурацию РНК, пытаясь воссоздать форму этих полостей.Все подобные попытки закончились неудачей.
Физико-химические соображениятакже не дают никаких оснований считатьэтопредположениеправдоподобным.»Крик отметил, что РНК не имеет выпуклых гидрофобных поверхностей, позволяющих отличить валин от лейцина и изолейцина, и не содержит соответствующимобразомрасположенныхзаряженныхгрупп, чтобы различать положительнои отрицательно заряженные боковые цепиаминокислот. Затем Крик предлагает принципиально иной механизм для узнаваниямРНК:«РНК - это прежде всего последовательность участков, способных образовыватьводородные связи. Поэтому независимоот того, что именно связывается с матрицей специфичным образом, связывание, очевидно, происходит путем образования водородных связей.
Следовательно, естественно предположить, что аминокислоты переносятся к матрице адапторными молекулами и что именноадаптор соответствует РНК. В простейшем случае потребуется 20 адаптеров,по одному на каждую аминокислоту».Эта новаторская гипотеза вскоре сталадоказанным фактом. Роль адаптера в белковом синтезе играет тРНК. Структураэтих замечательных адапторных молекули реакции, в которых они участвуют, рассматриваются подробно в следующей главе. Здесь же достаточно отметить, чтов тРНК имеются место прикрепления аминокислот и участок узнавания матрицы(рис. 26.1 и 26.2).
Молекула тРНК переносит определенную аминокислоту в активированной форме к месту синтеза белка.Карбоксильная группа аминокислоты связана эфирной связью с 3'-гидроксильной26. Генетический код.Зависимость гены-белки67или 2'-гидроксильной) группой рибозногоостатка, расположенного на 3'-конце цепитРНК. Во время синтеза белка связаннаяаминокислота может перемешаться с 2'- на3'-гидроксильную группу и обратно. Присоединение аминокислоты к тРНК с образованием аминоацил-тРНК катализируетсяособым ферментом, называемым аминоацил-тРНК—синтетазой (или активирующим ферментом).
Эта реакция этерификации идет за счет энергии АТР. Для каждойиз 20 аминокислот имеется по крайней мере одна специфическая синтетаза. Участокузнавания матрицы в тРНК представляетсобой последовательность из трех оснований, называемую антикодоном (рис. 26.2).Антикодон тРНК узнает кодон, т. е. комплементарную последовательность из трехоснований в мРНК.Рис. 26.1.Присоединение аминокислоты(показана красным цветом)к молекуле тРНК. Аминокислота связана эфирной связьюс 3'-гидроксильной группойконцевого аденозина РНК.Молекула тРНК, несущая ковалентно привязанную аминокислоту, называется аминоацил-тРНК или «нагруженная»тРНК, а тРНК без аминокислоты - «ненагруженная».Рис.
26.2.Схематическое изображениеаминоацил-тРНК. Показаныучасток прикрепления аминокислоты и антикодон (участокузнавания матрицы).26.2. Аминокислоты кодируются группамииз трех оснований, начиная со строгоопределенной точкиГенетический код связывает последовательность оснований в ДНК (или в соответствующих транскриптах) и последовательность аминокислот в белках. К 1961 г.благодаря экспериментам Фрэнсиса Крика,Сиднея Бреннера (Francis Crick, SydneyBrenner) и других исследователей былиустановлены следующие свойства генетического кода.1. Чему равно кодирующее отношение?Поскольку в ДНК имеется четыре вида оснований, то при кодировании одной аминокислоты одним основанием могло быкодироваться всего лишь четыре аминокислоты. При кодировании одной аминокислоты двумя основаниями кодировалосьбы 16 аминокислот (4•4=16), а при кодировании тремя основаниями - 64 аминокислоты (4•4•4 = 64).
Белки состоят из двадцати аминокислот основного набора. Изэтого несложного подсчета было очевидно,что для кодирования одной аминокислоты,видимо, необходимы три или более оснований. Генетические эксперименты показали, что на самом деле одну аминокислотукодирует группа из трех оснований. Этагруппа оснований называется кодоном.2. Является ли код перекрывающимся?В случае непрерывающегося триплетногокода каждая группа из трех оснований ко68Часть IV.Информациядирует только одну аминокислоту, тогдакак в случае полностью перекрывающегосятриплетного кода АБВ кодирует первуюаминокислоту, БВГ-вторую, ВГД-третьюи т.д.Эту дилемму удалось решить путемопределения последовательности аминокислот в мутантах. Предположим, что основание В мутировало в В'. Если код неперекрывается, изменится только однааминокислота. При полностью перекрывающемся коде мутация В в В' приведетк изменению аминокислот 1, 2 и 3.
Изучение последовательности аминокислот белка оболочки мутантов вируса табачной мозаики показало, что у этих мутантовизмененной обычно оказывалась толькоодна аминокислота. Напомним также, чтокак уже говорилось при обсуждении аномальных гемоглобинов в гл. 5, и в этомслучае у большинства мутантов происходило изменение только одной аминокислоты.
Отсюда был сделан вывод, что генетический код не перекрывается:3. Как происходит правильное считывание группы из трех оснований? A priori одна из возможностей состоит в том, чтоодно из четырех оснований (оно обозначено Q) служит «запятой» между группамипо три основания:. . . QAБBQГДEQЖЗИQКЛMQ. . .Оказалось, что это не так. Последовательность оснований читается последовательно, начиная со строго определенной точки:Запятых в коде нет. Предположим, чтов результате мутации произошла делецияоснования Ж:Первые две аминокислоты в этой полипептидной цепи будут нормальными, ноостальная последовательность основанийбудет прочитана неправильно, так как в результате делеции Ж произошел сдвиг рамкисчитывания.
Теперь предположим, чтомежду Е и Ж добавилось основание Ш:Эта вставочная мутация также нарушаетрамку считывания, начиная с кодона аминокислоты 3. В действительности генетические исследования вставочных и делеционных мутантов позволили выяснитьмногие свойства генетического кода,4. Как уже было сказано выше, существует 64 возможных триплета основанийи 20 аминокислот. Соответствует ли каждой из 20 аминокислот только один триплет, или некоторые аминокислоты кодируются более чем одним триплетом? Генетические исследования показали, что большинство из 64 триплетов кодируют аминокислоты. В последующих биохимическихисследованиях было установлено, что 61триплет из 64 кодирует определенные аминокислоты.
Таким образом, для большинства аминокислот имеется более одногокодового слова. Другими словами, генетический код вырожден.26.3. Расшифровка генетического кода:синтетические РНК могут служитьинформационными РНККаково соотношение между 64 видами кодовых слов и 20 аминокислотами? В принципе на этот вопрос можно получить прямой ответ, если сравнить последовательность аминокислот в каком-либо белкес соответствующей последовательностьюоснований его гена или мРНК. Однаков 1961 г.
этот подход был совершенно недоступен, так как о последовательностяхоснований в генах и молекулах мРНК ничего не было известно. Тогда казалось, чтопроблема генетического кода не можетбыть решена в близком будущем, но внезапно ситуация изменилась. Маршалл Ни26. Генетический код.Зависимость гены-белки69ренберг (Marshall Nirenberg) обнаружил,что добавление полиуридилата [ p o l y ( U ) ]в бесклеточную систему синтеза белка приводит к синтезу полифенилаланина. Очевидно, poly(U) выполнил функцию информационной РНК.
Первое кодовое словобыло расшифровано: UUU кодирует фенилаланин Этот замечательный экспериментуказал путь к полной расшифровке генетического кода.Обсудим более подробно этот эпохальный эксперимент. В качестве двух основных компонентов были использованыбесклеточная система, активно синтезировавшая белок, и синтетический полирибонуклеотид, сыгравший роль информационной РНК. Бесклеточная система синтезабелка была получена из Е.
coli следующимобразом. Бактериальные клетки осторожноразрушали, перемалывая с тонко измельченным порошком окиси алюминия, чтобыполучить клеточный сок. Затем обрывкиклеточной стенки и клеточной мембраныудаляли центрифугированием. В результате получали экстракт, содержащий ДНК,мРНК, тРНК, рибосомы, ферменты и другие клеточные компоненты. При добавлении ATP, GTP и аминокислот в этой бесклеточной системе синтезировался белок.По крайней мере одна из добавленныхаминокислот была радиоактивной, что давало возможность обнаружить ее включение в белок.
Эту смесь инкубировали при37°С примерно в течение 1 ч. Затем добавляли трихлоруксусную кислоту, чтобыостановить реакцию и осадить белки. Приэтом свободные аминокислоты оставалисьв надосадочной фракции. Осадок промывали и просчитывали его радиоактивность,определяя таким образом сколько меченойаминокислоты включилось в новосинтезированный белок. Важная особенность этойсистемы состоит в том, что синтез белкаможно остановить добавлением дезоксирибонуклеазы, разрушающей матрицы длясинтеза новых мРНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
