Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 31
Текст из файла (страница 31)
40.5. Примеры трех типов миссенс-мутаций, ведущих к появлению аномальных ~3-цепей гемоглобина. На рисунке указаны аминокислотные замены и возможные замены в соответствующих кодонах. У гемоглобина Хикари ~3-цепь обладает практически нормальными физиологическими функциями при измененной электрофоретической подвижности. Функция гемоглобина Б в результате мутации в ~3-цепи частично утрачена: он может связывать кислород, но при деоксигенации выпадает в осадок.
В гемоглобине М Бостон в результате мутации в а-цепи ион железа П, входящий в состав гема, окисляется до железа Ш, что полностью исключает связывание кислорода. 10О Глав« 40 лей по крайней мере двух японских семей выявлен вариант гемоглобина, называемый гемоглобином Хикари. В молекуле гемоглобина этого типа аспарагин в положении 61 Р-цепи замещает лизин. С'оответствующий кодон ААА или ЛЛ(з изменен однонуклеотидной трансверсией на АА(3 или ААС. Замещение лизина на аспарагин никак не сказывается на нормальной функции 11-цепи гемоглобина Хикари. Б. Частично приемлемые миссенс-мутации. Частично приемлемые миссенс-мутации лучше всего проиллюстрировать на примере ссрцовидноклеточного гемоглобина Б (рис.
40.5, середина). Миссенсмутация в 6-м колоне р-цепи гемоз лобина приводит к замене глу гаминовой кислоты на валин (вместо колонов ОАА или СЛО образуются кодоны О()Л или СЖО). Такая замена мешает нормальному функционированию гемоглобина и в гомозиготном состоянии приводи~ к серповидноклеточной анемии. Замену глутамина на валин можно расценивать как частично приемлемую, поскольку измененный гемоглобин хотя и аномально, но связывает и высвобождает кислород. В.
Неприемлемые миссенс-мутации. Неприемлемые миссенс-мутации (рис. 40.5. внизу) приводят к образованию полностью нефункционального гемо|лобина. Например. мутация в гене гемоглобина М приводит к тому, что ион Ге", входящий в состав гема„окисляется до Ге" и гемоглобин переходит в мет-форму. Метгемоглобин не способен переносить кислород (см. гл. 6). Мутации сдвига рамки считывания Этот тип мутаций вызывается делециями или вставками нуклеотидов в последовательность гена.
что соответствующим образом изменяет и последовательность считываемой с него мРНК. Делеция одного нуклеотида в кодируюшсй цепи приводит к сдвигу рамки считывания в мРНК. Поскольку в последовательности мРНК нет разграничивающих кодоны «знаков пунктуации», транслирующий механизм не узнает делеции. Это приводит к синтезу совершенно иной полипептидной цепи (рис. 40.6, пример 1), в том числе и в области, значительно удаленной от собственно делеции. В результате однонуклеотидной делеции или вставки считываемая информация совершенно искажается, кроме гого, могут возникать нонсенс-кобзоны. прерывающие дальнейший рост полипептидной цепи (рис. 40. 6, пример 3).
Если делетированы три или кратное трем число нуклеотидов, то с соответствующей мРНК будут считываться молекулы белка, у которых отсутствует определенное число аминокислот (рис. 40. б„пример 2). Поскольку генетический код построен из триплетов„то в этом случае в области, удаленной от делеции. аминокислотная последовательность останет- ся неискаженной. Если делеция одного или двух нуклеотидов произойдет непосредственно перед или внутри стоп-кодона, то может наблюдаться аномальное удлинение полипептидной цепи.
Трансляция продлится вплоть до ближайшего стоп-кодона (рис. 40.6, пример 1). Яркие примеры таких мутаций приведены при обсуждении различных гемозлобинопатий. Вставки одного, двух или любого, не кратного трем, числа нуклеотидов в ген также приводят к образованию измененной мРНК со сдвигом рамки считывания. что в свою очередь ведет к последствиям, принципиально не отличающимся от тех, что возникают в результате делеций.
Это может быть искажение амииокислотиой последовательности в протяженной области, вслед за местом вставки; образование нонсенс-кодоиа (в месте вставки или на некотором расстоянии от него) и преждевременная терминация синтеза белка или сквозное считывание при элиминировании нормального стоп-коцона. Вставка, возникающая в гене вслед за делецией (или наоборот), может восстановить правильную рамку считывания (рис.
40.6, пример 4). Трансляция такой мРНК приведет к образованию полипептида с искаженным участком, заключенным между сайтами вставки и делеции. За точкой восстановления рамки считывания аминокислотная последовательность будет нормальной. Можно представить множество комбинаций делеций и вставок, в результате которых образуются белки. содержащие участки с измененной структурой, окруженные участками с исходной аминокислотной последовательностью. Этот феномен был убедительно продемонстрирован на бактериофаге Т4, что внесло значительный вклад в доказательство триплетной природы генетического кода. Супрессорные молекулы тРНК Выше мы обсуждали появление измененных белковых продуктов в результате мутирования структурных генов, подразумевая, что все молекулы тРНК функционируют нормально.
Однако в прокариотических организмах и у низших эукариот обнаружены аномально функционирующие тРНК, сами по себе являющиеся результатом мутаций. Некоторые из таких аномальных молекул тРНК способны супрессировать мутации структурных генов. Супрессорные молекулы тРНК обычно образуются в результате изменений в области антикодона. Они могут супрессировать миссенс-, нонсенс-мутации и мутации сдвига рамки.
Однако поскольку супрессорные тРНК не способны отличать нормальный кодон от кодона, возникшего в результате мутации, их присутствие в клетке обычно сопровождается снижением выживаемости. Например, нонсенс-супрессорная тРНК будет супрессировать и нормальные Синтез белка и генетический кад Норма мРНК 0Аа ОООа АОа аСС 0СО 06С ААА ааС ОАО Аар АаО ОАа... Полипептид Ме1 — А1е — 8ег — Суе — 1.уе — 61у — Туг — 8ег — 8ег 8ТОР Пример 1 мРНК ОАа 000а Ара 6СС СОО 6СА ААа аСО АОА 6ОА 600 Аа... Полипептид Мег — А1е — 1ви — А!в — ! уе — А!а — Тпг — ив 1 — уе1 — 8ег— Искаженнеяпослеаоветельность -3 бас Пример 2 мРНК ОАа Ооос АОа аСС 0Со ААА ааС оАО Аао Аао 0Аа... Полипептид Мег — А1е — 8ег — Ьуе — 61у — Туг — 8ег — 8ег 8ТОР пр ~оз К~ г» йи] Аоа 6СС С0С 006 О~А Ааа СОА 0Аа 0Аа Мег — А1е — 1еи — 1еи — 61п — Агя — 1.еи 8ТОР мРНК ОАа ОООа Попипептиа Исквженная поеледоветельноеть +10 -1С Пример 4 Аоа аСС 0СО 006 САА Ааа ОА0 Аао Аао Ме1 — А!е — 8ег — !еи — 61п — Аге — Туг — 8ег — 8ег мРН К 0Аа 0006 Пплипептиа оАа...
8ТОР Искеженнэя последовательность Рне. 40.б. Примеры различных вернангов изменений в структуре мРНК и в транслируемой вмннокнслотной последовательности„вызванных делениями н вставками в коднруюгаей области гена. Стрелкемн обозначены сейгы вставок и делений. Цифры в кружках указывают нв число встроенных нлн удаленных нуклеотнлов. ПРОЦЕСС СИНТЕЗА БЕЛКА Основные структурные характеристики рибосом и процесс нх самосборки обсуждались в гл. 39. Эта особая структура выступает в роли имашины», обеспечивающей трансляцию последовательности ну- сигналы терминации, допуская таким образом нежелательное сквозное считывание нормальных генов. Молекулы тРНК вЂ” супрессоры мутаций сдвига рамки — могут считывать нормальный кодон и первый нуклеотид следующего за ним кодона„что приводит к сдвигу рамки, в том числе и в тех случаях, когда это нежелательно.
Супрессорные тРНК, вероятно, могут присутствовать и в клетках млекопитающих, поскольку в них удавалось наблюдать феномен сквозной трансляции через стоп-кодон. клеотидов мРНК в последовательность аминокислот белковой молекулы. Трансляция молекул мРНК начинается с 5'-конца с образованием сч-конца растущей полипептидной цепи. Информация считывается в направлении 5' — 3' и заканчивается образованием С-конца белковой молекулы. Таким образом реализуется сформулированная ранее концепция полярности !однонаправленности) генетической информации.
Как показано в гл. 39, транскрипция гена в соответствующую мРНК начинается с образования 5'-конца молекулы мРНК. У прокариот это позволяет начать трансляцию мРНК еще до завершения транскрипции. У зукариот процесс транскрипции происходит в ядре, а трансляция мРНК вЂ” в цитоплазме. Такая компартментализацня процессов исключает одновременное протекание транскрипции 102 и трансляции и делает неизбежным процессинг первичных гяРНК-транскриптов с образованием зрелых молекул мРНК. Процесс синтеза белка так ясе, как репликация ДНК и транскрипция генов, разбивается на три этапа: яиициацяю, злоигацию и термииацию. Инициация (рис. 40.7) У большинства мРНК-молекул эукариот 5'-конец «кэпирован», (гл.39).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
