К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Эти тройки — ко. доны — известны для всех 20 аминокислот.Например,кодон — ууу (урацил— урацил -- урацил) — соответствует фе. нилалаиину, ГГУ (гуанин — гуаннн урацил) — глицину, ЦЦЦ (цитозин— цитозин — цитозин) — пролинуи т. д. Понятие вырожденный означает, что одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими сочетаниями нуклеотидов по трн. Например, лейцин может кодироваться четырьмя кодовами— УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУА. Понятие нелерекрывающийся означает, что в линейной цепи последова- перекрывающийся код 3-й 2- 1 2 3 4 5 б 1-й 2-й Старая Новая Новая Старая цепь цепь цепь цепь Рис.
93. Возможный механизм репликации ДНК 3 9 нуклеотиды в цепи РНК З-й кодоны Информационная РНК Информационная РНК 6. Генная инженерия Рибосомальная РНК Информационная РНК 561 тельных нуклеотидов каждый из них участвует в кодировании лить одной аминокислоты. Система же в целом имеет закодированное начала отсчета, т. е. в ряду последовательности нуклеатидов кодоны непосредственно следуют один эа другим (рис.
94, нижняя часть схемы). Как же в самых общих чертах происходит синтез белка в клетке7 Предположим, что на молекуле ДНК сннтезирована молекула комплементарной информационной РНК„т. е. ее кодоны точно соответствуют \ ЦГА УАГ Фенилаланин ЦЦА алании пролин глицин Транспортные РНК с аминокислотами аланил глицил фенилаланил пролил T~ БР Транспортные РНК Рис.
95. Схема синтеаа белка в клетке кодонам исходной ДНК. Далее в рибосоме, где находятся все виды РНК, происходит следующий процесс. 'Транспортные РНК подносят к рибосомам молекулы аминокислот (каждая свою. рис. 95, а), которые располагаются в последовательности, определяемой последовательностью кодонов в информационной РНК. Рибосомальные РНК осуществляют образование амидной связи между молекулами аминокислот (рис. 95, б), а освободившиеся транспортные РНК отправляются за новыми аминокислотами (рис.
95, е). Кодоны информационной РНК точно соответствуют антикодонам транспортной РНК (они подходят друг к другу, как ключ к замку), и ошибки (мутации) очень редки. Большая заслуга в доказательстве строения транспортных РНК и механизма их действия принадлежит А. А. Баеву, получившему в 1968 г. за разработку этой проблемы Государственную премию.
Последние десятилетия ознаменовались новыми успехами молекулярной биологии. Б 1968 г. А. Корнбергу удалось впервые синтетически получить копию ДНК бактериофага. Правда, следует отметить, что в качестве матрицы для синтеза была использована уже готовая молекула ДНК. Б 1989 г. С. Альтману н Т. Цеху из США была вручена Нобелевская премия за открытие ферментативных свойств РНК.
Это был первый случай, когда ферментными (см. дальше) свойствами обладала небелковая система с относительно короткой цепью полинуклеотидов. Вместе с отмирающими животными и растительными организмами пуриновые и пиримидиновые основания ДНК в больших количествах попадают в почву и принимают активное участие в образовании гумуса.
В 50 — 60-х годах ХХ столетия все, что написано в этой главе, казалось абсолютно понятным и незыблемым. И проблемы реплнкации (воспроизведения), и проблемы транскрипции (считывания информации) вроде бы не вызывали никаких сомнений, и пора было переходить на практическое применение полученных фундаментальных результатов. Однако прогресс застопорился. Не было реальных методов точного «разрезания э длинных молекул ДНК на куски, в которых можно было бы попытаться определить реальную последовательность нук- леотидов.
Вез этого генетический код оставался просто краси- вой картинкой. Новый рывок в молекулярной биологии был связан с открытием в 1970 г. ревертазы — фермента, реализующего синтез ДНК по РНКовой матрице. Впоследствии это оказалось крайне важным для развития практической генной инженерии', кроме того, это открытие имело и большой психологический эффект, так как показало, что основы молекулярной биологии не так уж и незыблемы.
И новые открытия начали следовать одно за другим. Главным было открытие Г. Теминым (США) рестриказ— ферментов, разрезающих ДНК на куски, Эти ферменты колоссально расширили возможности влияния на генетические процессы, и возникла прикладная ветвь молекулярной биологии— генная инженерия. После выделения рестриказ из разных форм бактерий исследователи получили возможность разрезать ДНК на какие угодно куски (каждая рестриказа гидролизует «свои» связи в молекуле ДНК), а затем с помощью других ферментов — лизав сшивать куски в каком угодно порядке, и все это в «пробирке». Конечно, это еще не было решением проблемы — так можно было создать только химерную молекулу ДНК, но ведь нужно было, чтобы она была биологически активной, могла размножаться в живой клетке да еще и менять ее генетические свойства. Дальнейший успех генной инженерии был связан с обнаружением плазмидов. В 1952 г.
Дж. Ледерберг нашел, что в кишечной палочке, кроме основной ДНК, которая не переходит из одной клетки в другую, имеются еще маленькие молекулы ДНК вЂ” плазмиды, которыми бактериальные клетки охотно обмениваются. В 1959 г. в Японии обнаружили, что плазмиды содержат гены устойчивости к разным антибиотикам и именно они ответственны за быстрое привыкание бактерий к внешним «ядам». Плазмида, как сторожевой пес, защищает клетку бактерий от враждебного окружения.
Например, если в среде появился пенициллин, плазмида тут ясе начинает вырабатывать фермент пенициллазу, разрушающий пенициллин и позволяющий клетке выжить. Плазмиды размножаются и передаются от одних клеток к другим. В связи с простотой строения оказалось легко выделять плазмиды из клеток, вставлять в них с помощью рестриказ и лигаэ другие «куски» ДНК и снова переносить в клетки. Эта процедура получила название нлонированиа и позволила перейти к главной цели генной инженерии — получить в клетках одного вида белки на базе генов другого вида. Первым круп- 1 См. кнл Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды.
М., Мир, 1987. 562 ным успехом генной инженерии был синтез соматостатина— гормона роста в клетках кишечной палочки с измененным геном. Выход соматостатина составлял 10 000 молекул на одну клетку. Из 100 г биомассы кишечной палочки выделяли б мг соматостатина — такое же количество выделяют из 100 г овечьих мозгов. В мире 60 млн больных диабетом, из которых - 30 млн постоянно нужны инъекции инсулина — гормона, регулирующего содержание сахара в крови.
Инсулин свиней и крупного рогатого скота не может удовлетворить общую потребность в инсулине. К 1986 г. синтез инсулина методом генной инженерии снял проблему нехватки инсулина во всем мире. К настоящему времени методом генной инженерии получают интерфероны, иммуногенные препараты, вакцины и многие другие биологически ценные вещества. 7. Ферменты, коферменты и кофакторы1 Жизнь при всем ее многообразии характеризуется довольно однотипными химическими изменениями, скоординированными во времени и пространстве, в результате которых пища превращается в энергию и структурные материалы, необходимые организму для роста и воспроизведения; при этом токсичные отходы и шлаки удаляются. Многие из этих химических изменений невероятно сложны с точки зрения органической химии и не могут быть сегодня воспроизведены в лабораториях даже с помощью всего имеющегося мощного арсенала разнообразных средств.
Вдобавок к этому следует сказать, что в живых организмах все эти реакции реализуются в очень мягких условиях (около 37'С и при рН, близких к нейтральному). Такого рода процессы нельзя себе представить без участия катализаторов, причем на несколько порядков более мощных, чем используемые сегодня химиками-органиками в нормальных каталитических процессах. Такими катализаторами, создаваемыми живыми системами, являются ферменты (энзимы). К настоящему времени ' Более подробно с этим разделом можно ознакомиться в кн.: Малер Г йороес Ю. Основы биологической химии.
М., Мир, 1970; Овчинников Ю. А. Биоорганическвл химия. М., Просвещение, 1987. 563 идентифицировано более 1000 ферментов, и этот список быстро пополняется. Существует строгая система классификации ферментов (она обычно приводится в курсах биохимии), но ферменты имеют и тривиальные названия. Они составляются путем прибавления окончания -аза к слову (или его части), обозначающему вещество, на которое данный фермент действует.
Исключение составляют пищеварительные ферменты, для которых укоренились названия, оканчивающиеся на -ин,— пепсин, трипсин, папани и т. п. Вещество, на которое действует фермент, называется субстратогг. Так, фермент, гидролизующий жиры или липиды, называется липазой, действующий на обычный сахар — сахаразой и т. д. Однако на каждый субстрат могут действовать, и по-разному, несколько ферментов. Так, молочная кислота ферментативно может превращаться в пировиноградную (это процесс, в результате которого молочная кислота теряет два атома водорода), поэтому фермент называется лактатдегидрогеназой. Другой фермент окисляет молочную кислоту с образованием уксусной кислоты, СОг и НгОг; этот фермент называется лактатоксидазой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
