Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Например, триплет UGA не является терминирующим кодоном, а кодирует Тгр, а триплеты AGAи AGC не кодируют Arg, а являются терминаторами.Генетический код был расшифрован в начале 60-хгодов Ниренбергом, Кораной и их сотрудниками.Ниренберг получил клеточный экстракт Е. сой, содержащий все компоненты, необходимые для синтезабелка, включая рибосомы, все тРНК и амино-ацилтРНК-синтетазы (гл. 24). В систему добавлялиполинуклеотид poly(U) (т. е.
UUUUUUU...), функционировавший как искусственная мРНК. Оказалось, что poly(U) детерминирует синтез poly(Phe)(т. е. Phe, Phe, Phe...); следовательно, триплет UUUкодирует Phe. Аналогичные опыты показали, чтотриплет ССС кодирует Pro, а триплет ААА — Lys.Следующий шаг заключался в использовании поли-рибонуклеотидов, содержавших два, три или четыреразных основания, расположенных в случайном порядке. В результате этих исследований удалось определитьсостав других кодонов, но не последовательность оснований в них; так, было показано, что кодон, содержащий 2U и 1G, детерминирует Cys, но порядок оснований оставался неизвестным. Корана использовалполирибонуклеотиды не со случайной, а с заранеезаданной последовательностью и определил структуру нескольких кодонов.
Эти исследования получилидальнейшее развитие с помощью другого подхода,разработанного Ниренбергом. Он обнаружил, чтотринуклеотиды вызывают связывание специфичныхаминоацил-тРНК с рибосомой (гл. 24). Например, вприсутствии UGU с рибосомой связывается толькоаминоацил-тРНК для Cys. Следовательно, UGUкодирует Cys. Три кодона, UAA, UAG и UGA, не кодируют никаких аминокислот и называются нонсенс-кодонами.
Позднее исследования на мутантныхбактериофагах показали, что эти кодоны определяюттерминацию синтеза.24. Трансляционный аппарат клеткиРис. 24.1.Трансляция — это процесс декодирования мРНК, врезультате которого информация с языка последовательности оснований мРНК переводится на языкаминокислотной последовательности белка. В этомразделе описан трансляционный аппарат клетки; механизм трансляции рассмотрен в гл. 25.Синтез белка осуществляется путем последовательной поликонденсации отдельных аминокислотныхостатков, начиная с амино-(1М)-конца полипептиднойцепи, в направлении к карбоксильному (С)-концу.Декодирование мРНК происходит соответственно внаправлении 5' —> 3'.Декодирование происходит при специфическомсвязывании антикодона транспортной РНК (тРНК) ссоответствующим кодоном мРНК (гл.
19). До такоговзаимного узнавания кодона и антикодона к тРНКприсоединяется соответствующий аминокислотныйостаток: образуется аминоацил-тРНК. Этот процессназывается активацией тРНК. Синтез белка происхо-дит в рибосоме. Все этапы этого процесса осуществляются с помощью множества разных ферментов и других белков (таких, например, как факторы инициации)(гл. 25).Активация тРНК — это присоединение аминокислоты кЗ'-концевому аденозину молекулы тРНК с образованием аминоацил-тРНК. Этот процесс катализируется ферментом аминоацил-тРНК—синтетазой, идля каждой аминокислоты существует по крайней мере один такой фермент-катализатор. Источникомэнергии для этого процесса служит гидролиз АТР. Реакция выглядит следующим образом:Аминокислота в аминоацил-тРНК соединена эфирной связью (—О—) с 2'- либо З'-ОН-группой аденозина (рис.
24.2). Связывание фермента аминоацилтРНК—синтетазы со своей и только своей аминокис-Рис. 24.2.лотой обеспечивается с очень высокой точностью: неправильная активация тРНК приведет к тому, что вполипептидную цепь включится в данном месте не тааминокислота, которая должна была бы быть. Существует еще один механизм проверки правильности активации, часто называемый механизмом корректорской правки; суть его состоит в том, что соответствующая синтетаза автоматически катализирует деацилирование любой неправильно активированнойтРНК, в результате которого последняя диссоциируетна исходные составные части, т.
е. на свободную аминокислоту и свободную тРНК.Рибосома — это органелла, состоящая из двух субчастиц,на которой происходит синтез белка. Каждаясубчастица представляет собой сложный комплекс избелков и молекул РНК. В течение всего процесса синтеза белка растущая полипептидная цепь, мРНК иРис. 24.3.очередная аминоацил-тРНК остаются прикрепленными к рибосоме. Коэффициент седиментации рибосом прокариот типа Е. coli составляет примерно 70S, ау эукариот для рибосом, обнаруживаемых в цитоплазме, он равен 80S. Митохондрии и хлоропласты — органеллы, присутствующие в эукариотических клетках, —обладают своими собственными рибосомами с коэффициентом седиментации 70S, которые во всем подобны рибосомам прокариот.Диссоциация рибосомы на большую и малую субчастицыin vitro происходит при низкой концентрации Mg2+.708-рибосома прокариот состоит из 50S- и ЗОБсубчастиц, а SOS-рибосома эукариот - из 60S- и 408субчастиц.
Эти субчастицы могут в свою очередьдиссоциировать на составные части — белок и рРНК(рис. 24.3) — при соответствующей химической обработке. Весовое отношение рРНК: белок для рибосомиз прокариот и эукариот составляет соответственно2:1 и 1:1.У некоторых молекул рРНК определенануклеотидная последовательность. При анализе этихпоследовательностей обнаружены участки, в которыхможет происходить спаривание оснований и которыемогут участвовать в образовании вторичнойструктуры, подобно тому как это происходит встеблях молекулы тРНК(гл. 19).Многие рибосомные белки являются основнымиблагодаря наличию большого числа боковых цепейArg+ и Lys+. По всей вероятности, многие из этих положительно заряженных групп взаимодействуют с от-рицательно заряженными фосфатными группами молекул рРНК, что и стабилизирует комплекс белок—нуклеиновая кислота.Самосборку целой функциональной рибосомыиз составляющих ее белков и рРНК удалосьосуществить in vitro.
Это говорит о том, что сложнаяструктура рибосомы обусловлена исключительновзаимодействиями между входящими в ее составмолекулами.Строение рибосомы изучали с помощью электронного микроскопа. На рис. 24.4 представлены две взаимно перпендикулярные проекции 708-рибосомы изЕ.
coli. «Габаритные» размеры рибосом прокариот составляют примерно 20 нм в наименьшем измерении и30 нм в наибольшем. Более крупные (80S) рибосомыэукариот подобны по форме своему аналогу из клетокпрокариот, но примерно в 1,15 раза больше в любомизмерении (соответственно 23 нм х 35 нм).Участки связывания на рибосоме — это места, к которым присоединяется та или иная молекула, участвующая в трансляции. Между большой и малой субчастицами рибосомы остается узкая щель (рис. 24.4), занимаемая молекулой мРНК. Подойдя к рибосоме,очередная молекула аминоацил-тРНК соединяется сучастком, называемым участком {сайтом) Л. Другойучасток, обозначаемый Р, связывается с молекулойпептидил-тРНК, несущей синтезируемую цепочку(гл.
25).Полисома. или полирибосома, представляетсобоймолекулумРНКснесколькимирасположенными на ней активными рибосомами, накаждой из которых синтезируется молекула белка(рис. 24.1).Если говорить в самых общих чертах, то синтезбелка начинается с того момента, когда образуетсякомплекс, состоящий из большой и малой субчастицрибосомы, мРНК и соответствующей аминоацилтРНК.
Далее целая рибосома движется вдоль мРНК от5'- к З'-концу. Такое перемещение сопровождаетсяростом полипептидной цепи. После того как синтезполипептидной цепи полностью завершен, онаотходит от рибосомы, которая в свою очередьотщепляется от мРНК и диссоциирует на большую ималую субчастицы. Эти субчастицы могут теперьучаствовать в синтезе другой молекулы белка;подробнее весь процесс описан в следующей главе.25.
Трансляция генетического кодаМеханизм трансляции у прокариот мы опишем напримере Е. colLСтартовым сигналом к началу синтеза белка служитрасположенный на мРНК кодон AUG, кодирующийметионин (Met) [иногда это кодон GUC для ва-лина(Val)]. В растущей полипептидной цепи первымаминокислотным остатком всегда будет либо Met, либо Val. Тогда возникает законный вопрос: каким образом клетка отличает стартовый сигнал от кодоновAUG или GUC, расположенных в середине молекулымРНК? Эта проблема решается с помощью модифицированной формы Met (или Val) и специальной инициирующей тРНК (см.
ниже).Формилметионин ( fMet) и является той модифицированной формой Met, с которой начинается синтез белка. Он присоединяется к молекулам тРНК определенного типа (тРНКг), отличным о тРНКМе„ посредством которых Met включается в срединную частьполипептидной цепи. И тРНКг, и тРНКМе( узнают кодонAUG, но лишь тРНКг способна присоединяться кстартовому кодону AUG.Инициация синтеза белка начинается с моментаобразования инициирующего комплекса на 30S-cy6частице, состоящего из мРНК, ЗОЭ-субчастицы рибосомы и молекулы аминоацил-тРНКг с присоединенным fMet, которая связывается с участком Р. Следующим шагом является присоединение 508-субчастицы,в результате чего образуется 705-инициирующий комплекс.
Источником энергии для инициации синтезабелка служит реакция гидролиза GTP до GDP и Pj.На этом этапе необходимы еще несколько белков, называемых факторами инициации (IF1, IF2 и IF3).Элонгация — это последовательное включениеаминокислотных остатков в состав растущей полипептидной цепи. Каждый акт элонгации состоит изтрех этапов: 1) узнавание кодона, 2) образование пептидной связи и 3) транслокация (рис. 25.1).Узнавание кодона заключается в связывании антикодона очередной молекулы аминоацил-тРНК с кодоном свободного участка А на рибосоме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
