Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Всеизвестные тРНК образуют «клеверный лист» счетырьмястеблями(акцепторным,D,антикодоновым и Т) и тремя петлями (D,антикодоновой и Т). Некоторые тРНК имеютдополнительныепетлии/илистебли(например, вариабельная петля дрожжевойтPHKPhe).Трехмерная структура дрожжевой тPHKPhe была установлена с помощью рентгеноструктурногоанализа кристаллов этой тРНК. Термин«вторичнаяструктура»относитсякрасположению в пространстве атомов внутристебля. Третичная структура - это пространственное расположение всех частей молекулы.Вторичная структура Каждый стебель состоит из двухантипараллельных цепей, основания которых образуют друг с другом уотсон-криковские пары спомощьюводородныхсвязей.Такоепространственное расположение, установленноеэкспериментально, было правильно предсказаноисходя из структуры клеверного листа.
Стеблиимеют форму правой двойной спирали,известной как А-форма РНК.Двойная спираль РНК в А-форме содержит 11пар оснований на виток, шаг спирали равен 3,1нм. Расстояние между соседними парамиоснований вдольоси спирали составляет 0,28 нм (3,1 нм/11); ониповернуты друг относительно друга на угол 33°(360°/11). Плоскости оснований составляют ~20°с нормалью к оси двойной спирали.
А-формаРНК близка к А-фор-ме ДНК (гл. 18). РНК неспособнапереходитьвВ-форму.Этообусловлено присутствием в ней объемной 2'гидроксильной группы рибозы, которой нет вдезоксирибозе.Третичная структура тРНК. Молекуланапоминает по форме букву Г. Она значительноболее вытянута, чем глобулярные белки той жемолекулярной массы. Акцепторный и Т-стеблиуложены в пространстве таким образом, чтообразуют одну непрерывную спираль —«перекладину» буквы Г; антикодоновый и Dстебли образуют «ножку». Эти две части содержаткаждая около 10 пар оснований. Почти всеоснованиявтРНКучаствуютввандерваальсовыхигидрофобныхвзаимодействиях,стабилизирующихпространственную структуру молекулы.В тРНК имеются разнообразные водородныесвязи. В стеблях, являющихся двойнымиспиралями,образуютсяуотсон-криковскиеводородныесвязи.Многиеоснования,расположенные вне стеблей, образуют водородные связи с другими основаниями, но этисвязиотличаютсяотуотсон-криковских.Помимоэтого2'-гидроксильныегруппыполинуклеотиднойцепитакжеобразуютводородные связи — с основаниями и с атомамиводорода основной цепи.Антикодон молекулы тРНК - это три последовательных основания, с помощью которыхраспознается соответствующий кодон мРНК.Узнавание осуществляется путем образованияуотсон-криковских водородных связей междуоснованиями кодона, с одной стороны, иантикодона — с другой, при условии чтополинуклеотидные цепи антипараллельны (рис.19.2).ДРУГИЕ МОЛЕКУЛЫ РНК.
К такиммолекулам относятся мРНК и одноцепочечнаявируснаяРНК.Ихнуклеотиднаяпоследовательность также была определенаэкспериментально. Эти исследования показали,что отдельные участки молекул РНК могут,подобнотРНК,образовыватьшпильки,стабилизированные водородными связями.Двухцепочечная вирусная РНК, по-видимому,находится в А-подобной форме.
Для болееподробного изучения строения всех этихмолекулнеобходимырентгеноструктурныеисследования.СЕКВЕНИРОВАНИЕ РНК в настоящее времяможет осуществляться очень быстро, причемсразу для участков длиной в несколько сотеноснований. Раньшеэта процедура была весьма длительной и трудоемкой иможно было определять последовательность участковРНК длиной не более 100 оснований (как в работеХолли 1965 г.; см. выше). Ныне для этой цели используется ряд методов.
Здесь применяют два основныхподхода — прямой подход и метод копирования.В случае прямого подхода определяют последовательность оснований в самой РНК. Сначала метят 5'или З'-конец молекулы РНК с помощью 32РО4. Затеммеченую цепь расщепляют с помощью ферментов, специфичных к определенным последовательностям. Проводя гель-электрофорез и радиоавтографию, получаюткарту, по которой находят последовательность оснований, подобно тому как это делается для ДНК (гл.
18).В методе копирования вначале синтезируют цепочку ДНК,комплементарную РНК, и затем с помощью методов,описанных в гл. 18, определяют ее нуклеотид-нуюпоследовательность. Для получения комплементарнойцепи ДНК обычно используют обратную транскриптазу. Это фермент обнаружен в некоторых вирусахи осуществляет обратную транскрипцию, т. е. катализирует процесс синтеза ДНК (обозначаемой кДНК),комплементарной РНК-матрице. (Обратная транскрипция — это процесс, играющий ключевую роль ипри клонировании генов; см.
гл. 30.) Пусть, например,какой-то участок РНК имеет последовательность 3'GGGUCA. Тогда кДНК будет иметь последовательность 5'-GCCAGT. Применив метод химического расщепления для секвенирования ДНК (гл. 18), получаютрадиоавтограмму, представленную на рис. 19.3.20. Основы репликацииРепликация ДНК — это процесс, при котором информация, закодированная в последовательности оснований молекулы родительской ДНК, передается с максимальной точностью дочерней ДНК.
Мы рассмотрим здесь репликацию только двухцепочечной ДНК;репликация одноцепочечной вирусной ДНК описанав гл. 4.При полуконсервативной репликации дочерниеклетки первого поколения получают одну цепь ДНКот родителей, а вторая цепь является вновь синтезированной.
Такой же процесс повторяется при образовании дочерних клеток второго поколения из клетокпервого поколения. Таким образом, только две из четырех дочерних клеток второго поколения содержатпо одной цепи исходной родительской ДНК, образующей двойную спираль с новосинтезированной цепью. Остальные две дочерние клетки второго поколения не содержат исходной родительской ДНК.
Процесс полуконсервативной репликации на протяжениидвух поколений иллюстрирует рис. 20.1.Мезельсон и Сталь в 1958 г. доказали, что репликация ДНК происходит по полуконсервативному механизму. Сначала они выращивали бактерии длительноевремя на среде, содержавшей тяжелый изотоп азота( I5N), который включался в ДНК, а затем переносилиих на среду, содержащую обычный (легкий) изотопазота (14N).
После репликации дочернюю ДНК первогопоколения фракционировали по плотности. Оказалось, что вся дочерняя ДНК однородна и имеет плотность, промежуточную между плотностью тяжелой илегкой ДНК. Следовательно, одна цепь молекулы дочерней ДНК содержала I5N, а другая 14N, что отвечаетполуконсервативному механизму репликации.Спаривание оснований в родительской ДНК означает, чтопротив G в одной цепи всегда располагается С, апротив А - всегда Т. При репликации цепи родительской ДНК расплетаются, и каждая из них служитматрицей, определяющей последовательность оснований в новой, комплементарной цепи ДНК.
Такимобразом, информация, заключенная в последователь-Рис. 20.2.ности оснований ДНК, с высокой точностью передается следующему поколению.Инициация синтеза в небольших геномах эукариот(вирусов) и прокариот (например, Е. coli) происходитв одной строго определенной точке. Репликация ДНКу прокариот осуществляется довольно быстро: у Е. coliее скорость составляет 1700 пар оснований в 1 с, такчто весь геном копируется за 40 мин. В более крупныхклетках, например в клетках животных, репликацияпроисходит медленнее — скорость ее составляет примерно 50 пар оснований в 1 с. Однако инициация вэтом случае осуществляется сразу в нескольких местахмолекулы ДНК, т. е.
в ДНК эукариот образуется много единиц репликации, называемых репликонами. Врезультате хромосома дрозофилы, например, состоящая из 65 • 106 пар оснований, реплицируется за несколько минут. Для инициации репликации двухцепочечная ДНК должна расплестись в точке начала репликации и образовать петлю (рис. 20.2).Репликативная вилка - это та часть молекулы ДНК,которая уже расплелась и в данной момент служитматрицей для синтеза дочерней ДНК.
В ходе репликации репликативная вилка перемещается вдольмолекулы.Двунаправленная репликация— это наиболее распространенный механизм репликации ДНК. Послеинициации репликация идет одновременно в обоихнаправлениях вдоль цепи ДНК. Для осуществлениясинтеза двойная спираль родительской ДНК должнараскрутиться и ее цепи должны разойтись. В этих процессах участвуют различные белки (гл. 21).
В линейной ДНК раскручивание осуществляется путем вращения одной цепи вокруг другой. В двухцепочечнойкольцевой ДНК, например в ДНК Е. coli, раскручивание и репликация ведут к образованию структуры, напоминающей кольцо с внутренней петлей. Ее называют тэта-петлей, поскольку по форме она похожа нагреческую букву Θ.Кэрнс первым наблюдал такие петли с помощьюрадиоавтографии. Культуру Е. coli выращивали насреде, содержавшей радиоактивные нуклеотиды, которые включались в ДНК. Затем реплицирующуюсяДНК наносили на фотопленку, на которой и получалось изображение Θ-петли.Однонаправленная репликация — более редкое явление; она наблюдается у некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК, например у вирусафХ174. Однонаправленная репликация происходитпосле образования двухцепочечной формы ДНК вклетке-хозяине.
Механизм, с помощью которого этоосуществляется, называется механизмом катящегосякольца. В одной из цепей ДНК (наружной на рис. 20.2)образуется разрыв, и синтез новой цепи начинается сЗ'-конца этой разорванной родительской цепи с использованием второй (внутренней) в качестве матрицы. Это приводит к вытеснению 5'-конца наружнойцепи, которая впоследствии служит матрицей длясинтеза другой новой цепи.21. Репликация у прокариотE.coli - это бактерия, содержащая двухцепочечнуюкольцевую ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
