Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В присутствии некоторыхчередующихся сополимеров из двух оснований происходил синтез следующих полипептидов:МатрицаПродуктPoly(UC)Poly(Ser-Leu)Poly(AG)Poly(Arg-Gln)Poly(AC)Poly(Thr-His)Смысл кодоновРассмотрим теперь матрицу, состоящуюиз повторяющейсяпоследовательноститрех оснований, поли(АБВ). Если рамкасчитывания начинается с А, образующийсяполипептид должен содержать аминокислоту только одного вида, кодируемую триплетом АБВ:26. Генетический код.Зависимость гены-белки73Если рамка считывания начинается с Б,синтезирующийся полипептид должен содержать другую аминокислоту, кодируемую триплетом БВА:липептидов.
Причина этого явления станетясна чуть ниже.Корана синтезировал также ряд сополимеров, состоящих из повторяющегося тетрануклеотида, например poly(UAUC). Наэтой матрице шел синтез полипептидас повторяющейся последовательностьюTyr-Leu-Ser-Ileнезависимоотрамкисчитывания:Если же рамка считывания начинается с В,должен образовываться полипептид третьего типа, содержащий аминокислоту, кодируемую триплетом ВАБ:UAU|CUA|UCU|AUC|UAU|CUA|UCU|AUCТаким образом, предполагаемые продукты - три различных гомополипептида.Действительно, именно такой результатполучался в случае большинства матриц,состоящий из повторяющейся последовательности трех нуклеотидов. Например, наpoly(UUC) синтезировались полифенилаланин, полисерин и полилейцин.
Этот результат в сочетании с результатами других экспериментов показывал, что UUC кодируетфенилаланин, UCU-серин и CUU-лейцин.Полипептиды, которые синтезировались надругих матрицах этого типа, приведеныв табл. 26.3. Обратите внимание, чтов присутствии poly(GUA) и poly(GAU)происходил синтез двух, а не трех гомопоТаблица 26.3. Гомополнпептнды, синтезирующиеся наматрицах, которые состоят нз повторяющихся последовательностей тринуклеотидовТуr—Leu—Ser—Ilе—Туr—Leu—Ser—IlеОтсюда можно было сделатьвыводо смысле четырех кодонов.Совершенно иной результат был получен при использовании в качестве матрицыpoly(GUAA).
Единственными продуктамибыли ди- и трипептиды. Почему не былоболее длинных цепей? Объясняется этотем, что один из триплетов, встречающихся в этом сополимере, а именно UAA, кодирует не аминокислоту, а терминациюсинтеза белка:GUA | AGU | AAG | UAA | GUA|A. . .Val—Ser —Lys— СтопНа матрице poly(AUAG) также получалисьтолько ди- и трипептиды, так как UAGвторой сигнал терминации цепи:AUA|GAU|AGA|UAG|AUA|G. .
.Ile — Asp—Arg—СтопПосмотрим теперь снова на табл. 26.3. Наматрице poly(GUA) синтезировались два,а не три гомополипептида по той причине,что третья рамка считывания соответствует последовательностиG | UAG | UAG | U A G - - Стоп — Стоп — СтопМатрицаPoly(UUC)Poly(AAG)Poly(UUG)PoIy(CCA)Poly(GUA)Poly(UAC)Poly(AUС)Poly(GAU)Синтезирующиеся полипептидыPhe; Ser; LeuLys; Glu; ArgCys; Leu; ValGln; Thr; AsnVal; SerTyr; Thr; LeuIle; Ser; HisMet; Aspт. е. представляет собой повторяющуюсяпоследовательность сигнала терминации.Как же обстоит дело с poly(GAU)? Наэтой матрице синтезировались только двагомополипептида, потому что третья рамка считывания соответствует еще одномусигналу терминации - UGA:GA | UGA | UGA | UGA | U.
. .Стоп — Стоп — Стоп74Часть IV.ИнформацияТаблица 26.4. Генетический код1)Первоеположение(5'-конец)Третьеположение(3'-конец)Второе положениеUСAGPhePheLeuLeuSerSerSerSerТуrТуrCysCysСтопСтопСтопTrpUСАGСLeuLeuLeuLeuProProProProHisHisGlnGlnArgArgArgArgUСАGАlleMeMeMetThrThrThrThrAsnAsnLysLysSerSerArgArgUСАGGValValValValAlaAlaAlaAlaAspAspGluGluGlyGlyGlyGlyUСАGU1)Зная положение оснований в кодоне, можно найти соответствующуюаминокислоту. Например, кодон 5'-AUG-3' в мРНК детерминируетметионин, тогда как CAU детерминирует гистидин.
Кодоны UAA, UAGи UGA - сигналы терминации (стоп-кодоны). AUG является частью сигнала инициации помимо того, что он кодирует внутренние остатки метионина.В действительности оказалось, что толькотри кодона не кодируют никакой аминокислоты: UAG, UAA и UGA.Синтез полинуклеотидов с определеннойпоследовательностью в лаборатории Кораны был выдающимся достижением. Использование этих полимеров в качестве матриц для синтеза белка в сочетаниис работами Ниренберга по связываниютРНК с рибосомами в присутствии тринуклеотидов привели к полной расшифровкегенетического кода к 1966 г.
Еще за шестьлет до этого такое событие казалось несбыточной мечтой. Благодаря разработке совершенных методов синтеза в лабораторииКораны стало возможным и еще одно достижение: полный синтез молекулы ДНК,соответствующей последовательности молекулы транспортной РНК.26.7. Основные свойства генетического кодаБыли расшифрованы все 64 кодона(табл.
26.4). 61 триплет соответствует определенным аминокислотам, а три кодируюттерминацию. Поскольку существует 20 аминокислот и 61 триплет для их кодирования,очевидно, что код в высокой степени вырожден. Иными словами, многие аминокислоты детерминируются более чем однимтриплетом. Только триптофан и метионинкодируютсявсегооднимтриплетом.Остальные 18 аминокислот кодируютсядвумя и более триплетами. Так, в частности,лейцин, аргинин и серин кодируютсяшестью кодонами каждый. В нормальныхфизиологических условиях код однозначен:каждый кодон обозначает только однуаминокислоту.26. Генетический код.Зависимость гены-белки75Кодоны, соответствующие одной аминокислоте, называют синонимами. Например.CAU и САС - синонимы для гистидина.Обратите внимание, что синонимы не разбросаны случайным образом по таблице генетического кода (табл.
26.4). Аминокислота, кодируемая двумя или более синонимами, занимает одну клетку в таблице (заисключением тех случаев, когда для даннойаминокислоты существует более четырехсинонимов).Аминокислоты,расположенные в одной клетке, кодируются кодонами, у которых два первых основания одинаковые, а третье различается, напримерGUU, GUC, GUA и GUG. Большинство синонимов различается только последним основанием триплета. Рассмотрение кода показывает, что XYC и X Y U всегда кодируютодну и ту же аминокислоту, a X Y G и X Y Aчаще (но не всегда) кодируют одну и ту жеаминокислоту. Структурные основы такойэквивалентности кодонов станут понятныпосле обсуждения природы антикодоновв молекулах тРНК (разд.
27.6).Каков биологический смысл сильной вырожденности генетического кода? Один извозможных ответов состоит в том, что вырожденность сводит к минимуму пагубноедействие мутаций. Если бы код не был вырожден, 20 кодонов кодировали бы аминокислоты, а 44 вызывали бы терминациюцепи.Таким образом, вероятность превращения кодона в сигнал терминации была быгораздо выше в случае невырожденного кода, чем в существующем коде.
Важно учесть,что мутации, приводящие к образованиюсигнала терминации цепи, обычно приводятк синтезу неактивных белков, тогда как замещение одной аминокислоты другой обычно относительно безвредно. Кроме того, вырожденность кода может иметь определенное значение постольку, поскольку онапозволяет нуклеотидному составу ДНК меняться в широких пределах, не влияя на аминокислотную последовательность белков, кодируемыхэтойДНК,([G] ++ [С])-содержание бактериальных ДНК колеблется от 30% до более 70%.
МолекулыДНК с сильно различающимся содержанием [G] + [С] могут кодировать одни и теже белки благодаря систематическому использованию различных синонимов.76Часть IV.Информация26.8. Сигналы инициации и терминациисинтеза белкаКак мы уже упоминали, UAA, UAG и UGA(стоп-кодоны) обозначают терминацию цепи. Эти кодоны считываются не молекуламитРНК, а особыми белками - факторамитерминации. Сигнал начала (инициации)синтеза белка более сложен.
Полипептидные цепи у бактерий начинаются с модифицированной аминокислоты формилметионина (fMet).Существует особая тРНК, которая переносит fMet. Эта fMet-тРНК узнает кодонAUG (или реже GUG). Однако AUG является также кодоном для метионина, расположенного внутри полипептида, а GUG-кодон внутреннего валина. Это значит, чтосигнал для первой аминокислоты полипептидной цепи должен быть сложнее, чем длявсех последующих аминокислот. AUG (илиGUG) представляет собой часть сигналаинициации. Существует другой сигнал, предшествующий AUG (или GUG), которыйопределяет, будет ли кодон считан как сигнал инициации цепи или как кодон для внутреннего остатка метионина (или валина).Механизмы инициации и терминации синтеза белка мы рассмотрим в следующей главе(разд. 27.13).26.9.
Генетический код универсаленКак мы уже сказали, генетический код былрасшифрован в результате исследований поведения тринуклеотидов и синтетическихматричных РНК в бесклеточных системах,полученных из бактерий. Возникают два вопроса.
Одинаков ли генетический код in vivoи in vitro? Одинаков ли генетический коду всех организмов? Убедительный ответ наэти вопросы был получен при анализе мутаций у вирусов, бактерий и высших организмов. Известно множество аминокислотныхзамен, возникающих в результате мутацийв генах гемоглобина человека, белка обо-лочки вируса табачной мозаики (ВТМ)и α-цепи триптофан-синтазы E.coli. Почтивсе эти аминокислотные замены объясняются заменами всего лишь одного основания(табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
