Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Полирибосомные структуры присутствуют и в свободной форме — в цитоплазме, где они синтезируют внутриклеточные белки. Для синтеза клеточных белков необходимо 20аминокислот. Следовательно, должно быть по крайней мере 20 различных кодонов, составляющих генетический код.
Так как мРНК состоит из нуклеотидов только четырех типов, каждый кодон должен состоять из более чем одного нуклеотида. Кодоны, состоящие из двух нуклеотидов, могли бы обеспечить только 16 (4х) различных кодонных вариантов, в то время как кодоны, состоящие из трех нуклеотидов,— 64 (4') варианта.
Из результатов серии исследований, начатых Маттэи и Ниренбергом, мы знаем, что каждый кодон состоит из трех нуклеотидов, иными словами код является трпплетным. Расшифровка генетического кода была произведена в основном в лаборатории Ниренберга. Успех этих работ в огромной степени определялся результатами исследований Кораны, который занимался синтезом нуклеотндных полимеров, в том числе с триплетной структурой.
Три из 64 кодонов не кодируют каких-либо аминокислот. Они были названы понсенс (потие~ие)- кодонамн. По крайней мере два из них выполняют функцию сигналов термпнацпн. Они определяют, где должен остановиться синтез полипептидной цепи, Функциональное значение остальных триплетов— кодирование 20 аминокислот. Важнейшее свойство генетического кода — его «вырожденюсть». Это означает, что несколько кодонов кодируют одну и ту же аминокислоту. Анализ таблицы генетического кода (табл. 40.1) приводит к выводу о том, что все 64 кодона можно подразделить на 16 семейств. В одно семейство объединены кодоны, имеющие одинаковые нуклеиновые основания в первом и втором положениях.
В таблице каждое семейство занимает одну вертикальную колонку между горизонтальными линиями. Например, кодон ССХ, где Ж может быть 1.1, С, А или О, определяет семейство во второй колонке, расположенной между первой и второй горизонтальными разделительными линиями. В некоторых семействах все 4 кодона кодируют одну и ту же аминокислоту, как в случае вышеупомянутого СС- семейства.
Такие семейства называют несмешаннымп. Восемь семейств из 16 являются несмешанными. Таблица 40Л. Генетический код (смысловое значение кодонов в матричной РНК)п " Термины первый, второй, третий относятся к положению данного нуклеотида в трнплетном кодоне: уридиновый нуклеотид; С-- цитозиновый нуклеотид; А— адениновый нуклеотид; Π— -гуаниновый нуклеотид.
Кодон метионина- — А$ЗΠ— -выступает в роли инициирующего колона; Тепп — термннирующий кодон (трехбуквенные обозначения аминокислот расшифрованы в гл. 3). " В митохондриях млекопитающих А()А кодирует Ме1, 11ОА --Тгр, а АОА и АОС1 выполняют функцию терминаторов. Семейства, кодирующие более одной аминокислоты, называются смешашымп. В 6 смешанных семействах кодоны с пиримидиновым нуклеотидом в третьем положении кодируют одну аминокислоту, а кодоны с концевым пурином — другую аминокислоту или сигнал терминации (табл. 40.1). Два оставшихся семейства — 13О-семейство и А(3-семейство — не относятся ни к одному из названных типов и являются в этом смысле уникальными.
Таким образом, с точки зрения специфичности включения определенной аминокислоты третий нуклеотид в кодонах оказывается, как правило, менее важен, чем первые два. В этом и реализуется вышеупомянутая вырожденность кода. В то же время каждому данному кодону соответствует одна и только одна определенная аминокислота. В этом смысле генетический код является строго однозначным. Следует отчетливо понимать принципиальное отличие этих двух важнейших свойств — вырожденностн н одюзначпостн,— одновременпо присущих генетическому коду. Однозначность при одновременной вырожденности кода можно легко пояснить на молекулярном уровне.
Узнавание определенного кодона в составе мРНК молекулой тРНК определяется способностью образовывать комплементарные пары оснований 9б Глава 40 между кодоном и антнкодоном. Каждая молекула тРНК содержит участок, комплементарный кодону и называемый антикодоном. Для данного кодона существует только один вид молекул тРНК, содержащих соответствующий антикодон. Так как каждая молекула тРНК способна нести только одну строго определенную аминокислоту, то и каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота.
Однако некоторые виды тРНК могут использовать один и тот же антикодон для узнавания более одного фиксированного кодона. Как следует из приведенного выше анализа семейств кодонов, антикодон может быть нечувствителен к третьему (3'-) нуклеотиду кодона — частично (смешанные семейства) илн даже полностью (несмешанные семейства).
Такую ослабленную строгость в узнавании третьего нуклеотида в кодоне имеют в виду, используя термин «качание». Прн этом по сигналу данного колона происходит встраивание в белковую цепь только одной оиределенцой аминокислоты, хотя каждая аминокислота может коднроваться и более чем одним оцределенным кодопом. Как будет показано ниже, процесс считывания генетического кода при синтезе белка не допускает возможности перекрывания кодонов. Следовательно, генетический код — неперекрывающнйсн. Начавшись на определенном кодоне, считывание следующих непосредственно друг за другом нуклеотидных триплетов идет далее без каких-либо пропусков вплоть до достижения нонсенс-кодона.
В этом смысле говорят, что генетический код не содержит знаков пунктуации. До последнего времени генетический код считался абсолютно универсальным. Теперь стало известно, что набор тРНК в митохондриях клеток как низших, так и высших эукариотических организмов, считывает 4 кодона иначе, чем тРНК-молекулы цитоплазмы этих же или любых других клеток. Как видно из табл. 40.1, в митохондриях млекопитающих кодон А()А считывается, как Мет, а ()ОА кодирует Тгр. Эти два кодона принадлежат к семействам 1Н3 и А1), которые были отмечены нами выше как уникальные.
Возможно, с целью уменьшения числа тРНК-молекул, необходимых для трансляции генетического кода, в митохондриях произошла конверсия БС-и 1.)А-семейств до семейств простого смешанного типа. Кроме того, кодоны АСА и А(лО используются не как аргининовые, а как стопкодоны, т.е. как сигналы терминации трансляции. В результате митохондрии необходимо только 22 вида тРНК, в то время как для синтеза белка в цито- плазме используется весь набор, включающий 31 вид тРНК-молекул. И все же, за вышеупомянутым исключением, генетический код — универсален.
Частота использования каждого кодона варьирует от вила к виду и даже от ткани к ткани для одного и того же вида. Таблицы частот использования кодонов постоянно подвергаются уточнению по мере опреде- ления нуклеотидной последовательности все большего числа генов. Это очень важно, поскольку часто исследователям приходится прогнозировать последовательность мРНК по имеющейся аминокислотной последовательности белка или его фрагмента с целью синтеза олигонуклеотидного зонда для клонирования данного гена. ТРАНСПОРТНЫЕ РНК И СИНТЕЗ БЕЛКА Для каждой из 20 аминокислот существует по крайней мере один вид тРНК. Все молекулы тРНК характеризуются необычайным сходством как в функциональном отношении, так и по пространственной структуре.
Выполнение адапторных функций становится возможным после образования специфического комплекса между молекулой тРНК и определенной аминокислотой. Так как у нуклеиновых кислот нет какого-либо специального сродства к боковым цепям аминокислот, взаимное узнавание должно происходить с помощью специальной молекулы белка, способной выявлять одновременно и определенную тРНК-молекулу, и соответствующую аминокислоту. Для подобного узнавания и правильного присоединения соответствующей аминокислоты к молекуле тРНК должно сущеспювать по крайней мере 20 специфичных ферментов.
Процесс узнавания и присоединения происходит в два этапа и катализируегся ферментом — уникальньгм для каждой из 20 аминокислот, принадлежащим к классу аминоацпл-тРНК-енвтетаз. Этот фермент образует активиров анны й промежуточный аминоацил- АМР-ферментный комплекс (рис.
40.1), который специфически узнает соответствующую молекулу тРНК и переносит аминокислотньтй остаток на 3'- гидроксильную группу концевого аденозииа. Аминокислота остается присоединенной эфирной связью к тРНК вплоть до включения в определенное положение растущей полипептидной цепи предшественника белка. Теперь вернемся к структуре молекулы тРНК, описанной в гл. 37 и изображенной на рис. 37.11. Тимидин-псевдоуридин-цитидиновое плечо (Тт1тС) участвует в связывании аминоацил-тРНК с рибосомой в сайте синтеза белка. Плечо О необходимо для специфического узнавания данной молекулы тРНК соответствующей аминоацил-тРНК-синтетазой. Акцепторное плечо служит местом присоединения соответствующей аминокислоты. Антикодоновый участок состоит из 7 нуклеотндов и узнает трехбуквенный кодон в мРНК (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
