Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Например, кодоны Ш и 116 кодируют лизин, а кодоны 110 и 116 — аспарагин. Исключениями из этих общих правил являются нзолейцин, кодируемый тремя тринуклеотидами 1%, 106 и АЮА, метионин, кодируемый тринуклеотидом 106, и триптофан, кодируемый тринуклеотидом 066. Расшифровка генетического кода открыла перед исследователями ряд новых интересных возможностей. Информация, получаемая при установлении первичн чной ~труктуры генов, может с помощью генетического кода легко переводиться в информацию о структуре кодируемого белка. Это в ряде случаев весьма существенно, так как техника секвенирования дНК на сегодняшний день существ ественно проще, чем для белков.
Правда, для такого перевода необходимо решить несколько нетривиальных задач. Во-первых, нужно правильно разбить установленную нуклеотндную последовательность на кодоны. Во-вторых, нужно н но найти положение кодона соответствующего первой аминокислоте полипепт д полипептидной цепи. 173 Наконец, в случае эукариотнческих ДНК нужно выяснить положение интронов Из трех возможных разбиений нуклеотидной последовательности на код а кодоны выбрать правильное часто удается по наличию при этом разбиении открытой рамки считывания — последовательности кодонов, среди которых на большом протяжении не встречается кодонов-терминаторов.
Для случайной последовательности вероятность появления в определенном месте кодона-терминатора достаточно велика — 3/64, или около 0,05. Для определения положения первого кодона, участвующего в программировании полнпептидной цепи, можно определить в исследуемом белке методом Эдмана несколько аминокислотных остатков с Х- конца и затем найти на полинуклеотиде адекватную последовательность кодонов В случае наличия или подозрений о наличии интронов лучше всего иметь дело не с геном, а с ДНК, комплементарной зрелой информационной РНК, в которой в результате сплайсинга участки, соответствующие интронам и поэтому не принимающие участия в кодировании.полнпептидпой цепи, отсутствуют.
Такую комплементарную ДНК можно получить с помощью так называемой обраньной нтранси- . риаиии — матричного синтеза ДНК по информации, содержащейся в мРНК с помощью ферментов обратной транскрипции, содержащихся в некоторых вызывающих опухоли вирусах, например в вирусе птичьего миелобластоза. Б ольшие успехи в синтезе олиго- и полидезоксирнбонуклеотидов в сочетании со знанием генетического кода позволяют химически сннтензировать гены для произвольного белка с известной первичной структурой. Зтн гены могут быть использованы для синтеза этого белка бактериями или клеточными культурами после введения его в клетки методами генетической инженерии (см.
з 7.11). 5.3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ МАТРИЧНОГО БИОСИНТЕЗА Т е р мя главными матричными процессами, присущими всем без исключения живым организмам, являются реплнкацня ДНК, транскрипция н трансляция. Репликация ДНК происходит с участием ферментов ДНК-полимераз. Роль матриц играют разделенные цепи двунитевой материнской ДНК. Субстратами являются дезоксирнбонуклеозид-5 '-трифосфаты. Транскрипция осуществляется с помощью ферментов РНК-полнмераз. Матрнцей служит одна из нитей двуннтевой ДНК, а субстратами — рнбопуклеозид-5'-трифосфаты.
Трансляция происходит на рибосомах с участием информационной РНК (мРНК) в качестве мат ицы атрицы и аминоацнл-тРНК в качестве субстратов. Кроме того, при заражении клеток вирусами, у которых наследственная информация содержится в молекулах вирусных РНК, в клетках начинается запрограммированный этими РНК синтез ферментов, называемых обычно РНК-репликазами, которые катализируют биосинтез РНК, и К, используя в качестве матриц молекулы РНК. Некоторые вирусы, вызывающие злокачественные новообразования, содержат ферменты, катализирующие обратную транскрипцию — синтез ДНК с использованием в качестве матриц молекул РНК. Этн ферменты часто называют обратныши нтранскринтазан)и илн ревертазами.
Более строгие названия двух последних групп ферментов соответственно — РНК-оаоттсииая РНК-полин)ораза и Р1т1т'-зависинтая ДНК полииераэа. Синтез полимерной цепи складывается из трех основных элементов: инициации, элонгации и терминации. Инипиапией называют процесс, в котором образуется первая связь между 174 мон ономерными звеньями создаваемой полимерной пеп .
епи. Истинная инициация отличается от остальных стадий биосинтеза биополимера тем, что в ней принииа ают участие две молекулы мономера, в то время как па всех дальнейших стадиях одним из субстратов является растущая цепь полимера, т.
е. олигомер или полимер. Ни в случае ДНК, ни в случае мРНК инициация, как правило, не начинаегся непосредственно в точке физического начала полимерной цепи магри- н„„„,н цм. На матрице имеется специальный сигнал или мента. „уппа сигналов, позволяющие ферменту опознать ~ н ы)„н) )ынкодирующий элемент, с которого начинается инфор- пу)ошеео аоеыентн чнтрнцы: .'.— мация о синтезируемой цепи биополимера. ьчоетон ььнтьшнннн л)оноыер)ц Н вЂ” »'н)е)ок сьнзыьнннн конце Чтобы синтез прекратился в определенном месте, необходимо, чтобы в этом месте присоединение очеРедного мономерного звена оказалось невозможным.
шны ооеыентоы Поскольку конец продукта чаще всего не соответствует концу матрицы, на ней должен быть специальный сигнал, обеспечивающий прекращение роста цепи, т. е. шержинаиинь В предыдущем параграфе уже говорилось, что в случае биосинтеза белка такими сигналами являются специальные кодоны-терминаторы. При нормальном развитии процесса на каждый акт инициаЦии и терминации биосинтеза приходится большое число актов элонтаиии, т. е.
соединения очередного мономера с растущей цепью. Каждый акт элонгации проходит в активном центре соответствующей полимеразы нуклеиновых кислот или рибосомы, причем его непосредственными участниками являются концевая группа синтезируемого полимера, кодирующий элемент матрицы и очередная молекула мономера. Все зтн участники должны быть закреплены определенным образом в активном ценз ре полимеразы или рибосомы. Вытекающая из этих соображений схема активного центра матричного фермента представлена на рис.
48. По аналогии с активными центрами других, более просто устроенных ферментов можно ожидать, что такой активный центр должен быть уникальным. Каж ый акт злонгации цепи должен начинаться с отбора субстрата (рис. 49). ды а Скорее всего этот процесс происходит путем перебора всех альтернативных субстРатов, присутствующих в системе. Для этой цели активный центр должен обладать сродством к универсальной части субстратов, которая имеется у всех типов мономеров.
Так, у нуклеозит-5'-трифосфзтов такой частью является трифосфати " ф агмент и остаток рибозы или дезокснрибозы. Попадание в активный пый Ч)рагмент и остаток и центр нужного субстрата, опознаваемого кодирующим элементом матрицы, является сигналом для осуществлепия ферментативной реакции соединения мономерно о ф агмента с концом синтезируемой полимерной цепи. В чем заключается ого )фрагмента с при о этого сигнала до настоящего времени не установлено.
Можно лишь рирода этот ) полагать, что взаимодействие мономеРа с кодирующим элементом, например образование водородных связей между комплементарными гетероциклами субои Рата и матрицы, вызывает конформационное изменение, приводящее к нужной ориентации реагирующих групп и соответствукнцих групп каталитического центРа фермента или рибосомы. После того как присоединился очередной мономер, последний становится 175 новы овых кислот.
Ниже рассмотрены конкретные биохимические превращения для тре ех главных матричных процессов и некоторые специфические особенности, присущие каждому из них. в, — т,— ! ! ! 1 тз, т ! ! ! 5 4 БИОСИНТЕЗ ДНК (РЕПЛИКАЦИЯ) Матричный синтез ДНК, катализируемый ДНК-полилзеразожи, выполняет две основные функции: репликацию ДНК, т.е. синтез новых дочерних цепей, комплементарных исходным материнским цепям, и репарацию двунитевых ДНК, имеющих бреши в одной из цепей,образовавшиесн в результате вырезания поврежденных участков этой цепи специальными нуклеазами. В обоих случаях ДНК- полимеразы катализируют перенос дезоксирибонуклеотидных фрагментов от дезоксирибонуклеозид-5 '-трифосфатов на гидроксигруппу 3'-концевого фрагмента растущей или подлежащей регенерации цепи. Уравнение реакции с использованием сокращенной символики (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
