Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Здесь мы снова сталкиваемся со сходством прокариот и митохондрий. Сгнрензномицин вызывает ошибки при считывании генетической информации, а нзуникамицин препятствует прикреплению боковых олигосахаридных цепей к некоторым гликопротеинам. К другим ингибиторам белкового синтеза относятся дифнырийный ншксин, инакгивирующий один из факторов элонгации, и рицин, чрезвычайно токсичный белок из клешевины обыкновенной, который инактивирует бОВ-субчастицу эукариотических рибосом. Рис. 29-21. Антибиотики -ингибиторы белково- го синтеы. Л. Пуромицин [ыо формула пока- зана красным цветом), напомииаюн»ий конце- вой аминоациладенилат в составе амииаапил- тРНК, реагируат с С-концом рмтушей понти. лил-тРНК, образуя пептиднлпуромициновый комплекс.
Однако из-за того, па связь между пуромяцином и пептндом устойчива н лействию ферментов, дальнейшая злоигация становитая неюзможнай н пептидилпуромнцин накипает рибосаму. Б. Циклогекснмид ингибирует син- тез белка 80Б-рибосомами зуквриотических кле. ток, но не полввляет белковый синтез в про- кариотах и митохацариях.
В. Хлорамфеникол полавляет синтез белка прокариотическими и митохондриальиыми рибосомами, но ие нару- шает работу зукариотических бОЗ-рибоаом. Вггеруопзусее айгон1иег. По своей структуре пуромнцин очень напоминает 3'-конец аминоацил-тРНК 1рис. 29-21). Его действие заключается в том, что он прерывает элонгацию полипептзщной цепи, замешая собой поступающую в рибосому аминоацил-тРНК и приводя к образованию неппадилиуромицина. К пептидилпуромнцину уже не способна присоединиться ни одна аминокислота; вследствие этого он отделяется от рибосомы, прекращая тем самым синтез полипептида.
ОН ХН вЂ” С вЂ” СНС1» у т, ! ! !! 0»Х ' СН вЂ” СН О ! СН, 948 чхсть щ. мехАнизмы пеРедАчи ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 29Л8. Генетический код Расшифрован Теперь мы рассмотрим более подробно, каким образом четырехбуквенный язык ДНК переводится на двадцатибуквенный язык белков. Уже давно было ясно, что для кодирования каждой аминокислоты требуется по меньшей мере три нуклеотидных остатка ДНК, поскольку нз четырех кодовых букв ДНК (А, Т, О и С) можно составить всего 16 различных сочетаний по два (4х = 16), а этого недостаточно, чтобы кодировать 20 аминокислот.
Еслиже из четырех оснований составить сочетания по три, то можно получить 4э = 64 различных комбинации. Ранние генетические эксперименты окончательно доказали не только то, что слова генетического кода лля любой аминокислоты представляют собой триплеты нуклеотидов, но и то, что между кодонами для соседних аминокислот нет знаков препинания. Однако оставался невыясненным основной вопрос: какие конкретно трехбуквенные кодовые слова соответствуют каждой из аминокислот? Как можно определить это экспериментально? В 1961 г.
Маршалл Ниренберг и Генрих Маттеи сообщили о своем эксперименте, который стал важнейшим событием в этой области. Они инкубнровали в двадцати различных пробирках синтетический полнрибонуклеотид полиуридиловую кислоту с экстрактом из Е соК ОТР и смесью двадцати аминокислот. В каждой пробирке радиоактивно меченной была только одна из аминокислот. Из того, что полиуриднловая кислота (ее обозначают ро!уЩ представляет собой искусственную МРНК, несущую множество расположенных друг за другом триплетов ~ЛЛЗ, следовало, что она должна направлять синтез радиоактивного полипептида, состоящего только из одной аминокислоты, а именно той, которая кодируется триплетом 1ЛЛ). Радиоактивный полипептнд синтезировался лишь в одной из двадцати пробирок .
в той, где находился радиоактивный фенилаланин. Радиоактивный полипептид оказался полифенилаланином, т.е. содержал только остатки фенилаланина. Отсюда Ниренберг и Маттеи сделали вывод о том, что триплет (ЛЛ5 кодирует фенилаланин. Очень скоро с помощью аналогичного подхода было найдено, что синтетическая матрица полицитидиловая кислота(ро!уС)кодируетсинтезполипептнда, состоящего из одних пролиновых остатков (полипролин), а полиадениловая кислота (ро)уА) кодирует полилизин.
Следовательно. триплет ССС должен соответствовать пролину, а триплет ААА -лизину. Использовавшиеся в этих экспериментах синтетические полинуклеотиды были получены с помощью полинуклеотидфосфорилазы (разд. 28.28), которая легко образует РНК-подобные полимеры из АВР, 1ЛЪР, СВР и С1ВР. Этому ферменту не нужна матрица; он синтезирует полимеры, нуклеотидный состав которых отражает относительные концентрации исходных нуклеозид-5сдифосфатов, присутствующих в среде. Если в среде содержится один уридиндифосфат, то полинуклеотидфосфорилаза синтезирует только ро1у(). Если исходная смесь состоит из двух частей АВР и одной части ОВР, то синтезируется полимер, в котором около двух третей составляют остатки А и одну треть — остатки О.
В таком полимере с неспецифической нуклеотидной послеповательностью, вероятно, много триплетов ААА, меньше триплетов ААО, АОА и ОАА, сравнительно мало триплетов АОО, ООА и ОАС н очень мало триплетов ООО. Используя разные синтетические полирибонуклеотнды, полученные прн помощи полинуклеотидфосфорилазы из различных исходных смесей АВР, 1)ВР, ОВР и СВР и выполняющие роль МРНК, вскоре удалось определить состав триплетов для всех аминокислот. Однако эти эксперименты не давали возможность выявить нуклеотидную последовательность в каждом кодирующем триплете, т.е. понять, в каком порядке расположены буквы, составляющие этот кодо н. В 1964 г.
Ниренберг и Филип Ледер сделали другое открытие, которое привело к решению этой проблемы. Они обна- ГЛ. вт. СИНТЕЗ БЕЛКА И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ ружили, что выделенные из Е. сей рибосомы связывают специфическую аминоацил-тРНК даже в отсутствие СгТР, если в смеси присутствует соответствующая синтетическая полинуклеотидная матрица Например, рибосомы, инкурбируемьзе с ро!у)) и фенилаланил-тРНК Ь', связываются с обеими макромолекулами; если же рибосомы инкубируют с ро!у)) и какой-нибудь другой аминоацил-тРНК, то последняя не связывается с рибосомами, поскольку ее антикодон не узнает триплет (ЛЛ) в ро1у11-матрице.
Самым коротким полинуклеотидом, способным обеспечить специфическое связывание фенилаланил-тРНК ', оказался тринуклеотид (ЛЛ). С помощью простых тринуклеотидов известной структуры удалось установить нуклеотндную последовательность в кодонах, определяющих связывание разных аминоацил-тРНК. Использование этого и других подходов позволило вскоре выяснить нуклеотидную последовательность во всех триплетах для каждой аминокислоты. Эти кодовые слова были проверены множеством разных способов.
Полный кодовый исловарь» аминокислот приведен на рис. 29-22. Расшифровка генетического кода явилась крупнейшим научным достижением 60-х годов. 29.19. Генетический иод облидиет ридом интересных особенностей Во-первых, следует еше раз отметить, что в коде отсутствуют знаки препинания, т.е. сигналы, показывающие конец одного кодона и начало следующего. Таким образом, рамка считывания должна быть правильно установлена в начале прочтения молекулы мРНК и затем двигаться последовательно от одно~о триплета к следующему, Если исходная рамка считывания «сбита» на один или два нуклеотида или же если рибосома случайно пропустит один нуклеотнд а мРНК, все последующие кодоны выйдут из правильной рамки и это приведет к образованию белка с искаженной аминокислотной последовательностью.
Во-вторых, отметим, что 3 иэ 64 воэ- Пгвввв е вм в !' г ' л жп' вь. ~ ггп з.: 'олн т„(~сп стт1 о,,с гь,". ),гс а' с„с т,,',;,'с щл ь, гл и;ИФЛ сз 'Йбй с. г) )лоп зЗ ~ лзп ТЬ.! ллн л ) лге , л зи ) лсл гм, „,зл зщ , '„,,л Рис. 29-22.еСловарьв амииокислотного «ода, при поыощи которого в мРНК записана нн- формапия о копируемом ею белке Колоны считываются в направлении 5" 3' Первое и второе основания обозначены черным светом; трезье основание )оно показано красным пес- том) менее спенифично.
чем первые лва. Три термннирующик кодонв прелставлены на сс)юм фоне,а ииипиирующих кодон на кресноьз. Об- ратим внимание, что всем амииокислотаьь кроме метианина н триптофана,соответствует больше одного «одопа. Слова аминокнслозно- го коли в том лиле. а каком онн записаны в ДНК, комплементарны кодовым словам мРНК, но антипараллельоы им и солермвт остами Т в поло»синяк, «омллементарнык А, и остатки А а полопенивз, комплеменпзрных О Напри- мер, кодоны мРНК н ДНК для мегнонина вы- глядят так: мРНК ) 5') А)30 (3') днк)3)тдсГЕ) Обычно кодоиы и анзиколлны записывают в направлении 5* 3', слева направо.
можньзх нуклеотидных триплегов ((ЗАСз, (.)АА и 1ЖА) ие кодируют ни одну из известных аминокислот (рис. 29-22); зто нонсенс-кодоны, которые в норме сигиализируют об окончании синтеза полипептилной пепи. Колон А13О представляет собой инициирующий кодои и у прокариот, и у эукариот; кроме того, во внутренних положениях полипептидпой цепи он кодирует метионин. Третье важное свойство кода состоит в том, что кодовые слова аминокислот (рис.
29-22) одинаковы у всех изученных организмов, включая человека, Е. год, растения, земноводных и все другие виды, в том числе и вирусы, Таким образом, создавалось впечатление, что все 950 чАсть 1ч. мехАнизмы пеРедАчи Генетической ННФОРМАции Таблица 29-2. Вырождснность лмииакислот- ного кода Число кодоиов Число кадолов Амиио- кислотв Амиио- кислота А!к Атб Авл Акр Сув О1л О!и б)у Н1в Вс (ли (.ув Мсв РЬе Рто Бег ТЕГ Тср Тут Ча1 виды растений и животных имели общего эволюционного предшественника с одним генетическим кодом, полностью сохранившимся на протяжении всей биологической эволюции. Поэтому широко распространилось мнение о том, что генетический код универсален. Однако неожиданно появились новые факты.
Сравнительно недавно было обнаружено, что в процессе синтеза белка митохондриями в присутствии рибосом, тРНК и мРНК митохондриального происхождения рвд аминокислотных колонов используется нев соответствии с их значением по стандартному кодовому «словарю» (рис. 29-22). Например, митохондрии человека используют триплет АОА в качестве кодона для метионнна, а не для изолейцина, а триплет ()ОА, служавций обычно терминирующим кодоном, в этих митохондриях кодирует триптофан. Значение этих фактов представляет собой пока мучительную загадку для ученых. Сделанные наблюдения побудили развернуть интенсивный поиск других существенных отличий в биохимической генетике митохондрий, которые могут дать ключ к проблеме происхождения митохондрий и эукариотических клеток. Наиболее удивительным свойством генетического кода является, вероятно, его еыролкденность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
