Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 118
Текст из файла (страница 118)
В случае эукариотпческой мРПК ее 5' и 3' концы взаимодействуют друг с лругом (см. Рис. 6ЛО и 6.76, а); поэтому, как только рибосомадпссоциируег, две ее субчастицы находятся в оптимальном положении д:и того, чтобы реипициировать трансляцию иа той жс самой молекуле мРНК. матричная РНК (мРНК) » полипвптиднвя тао 1во нм б) в) Рис.6.76. Полирибосомв. о) Схема, нв которой показано, как множество рибосом может одновременно транслировать одну молекулу »увар иотической мРНК. б) Электронный микрофотосни мок пол ирибосомы в эуквриотической клетке, (Изображение б любезно предоставил >пап Неозег) 6.2Л 3. Есть некоторые отклонения от стандартного генетического кода Как сообщалось в главе 1, генетический код (представленный на рис.
6.50) един для всех трех ветвей древа жизни и служит важным свидетельством проис хождения всей жизни на Земле от общего предка. Хотя и редко, но все же бывают и исключения из этого кода. Например, Санг)Ыа аИ>тсапз — самый распростра пенный грибковый патоген человека, транслирует кодов СГО как серии, тогда как почти все остальные организмы транслируют его в лейцин. Митохондрии (которые имеют свои собственные геномы и кодируют большую часть своего трансляционного аппарата) часто отклоняются от стандартного кода. Например, в митохондриях млекопитающих триплст А()А транслируется как метионин, тогда как в цитозоле клетки он транслируется как изолейцин (см.
табл, И.З). Такого типа отклонения в генетическом коде заложены в самом трансляционном «аппарате» организмов или органелл, в которых они имек>т место. Во многих клетках встречается изменчивость иного вида, иногда называемая рекодировапием трансляции, или трансляционным перекодированием (ггапз)астап гесос>тпд). В данном случае информация из другой нуклеотидной последователь ности, находящейся в мРНК, может изменить смысловое содержание генетическо го кода в специфическом участке молекулы мРНК. Стандартный код позволяет клеткам производить белки, используя только 20 аминокислот. Однако бактерии, г вирусная РНК Б' ~ мккм РНК У б' 00000АООО 1 Н,Н вЂ” "Згг()В',"вйУ',::,;0(у:: и т.
д б'- - 00000АООО сдвиг рамки на -! посла включения в цепь Сео Нтм-- "'~!В(р,::.гГЛВКВ(В()в — ~и т. д. ч ~мю.шю н~~" - - -- .:..ссм белок Овв слитный белок Озд-Ро! СДВИГ РАМКИ (1 0% рибосоы) СДВИГ РАМКИ НЕ ПРОИСХОДИТ (80% рибосом) Рис. 878. Сдвиг рамки считывания, который обеспечивает синтез обратной тра нскриптазы и интегразы ретровируса.
Присущие вирусу обратная транскриптаза и интеграза получаются в результате протеолитичесного процессинга крупного белка-предшественнина (слитный белок пав-Ро!), состоящего из аминокислотных последовательностей белков баб и Ро! Протеолитический процессинг экспрессируемого в огромных количествах белка Оая приводит к образованию белков вирусного капсида И белок пав, и слитный белок пав-Ро! начинаются с идентичной мРНК, но если белок пав заканчивается на сюпкодоне, расположенном ниже показанной последовательности, то трансляция слитного белка бав — Ро! обходит этот стоп-нодон, приводя к синтезу более длинного продукта.
Пропуск стоп-кодона возможен блаюдаря контролируемому сдвигу рамки считывания при трансляции, как показано на схеме. Особенности, заложенные в локальной структуре РНК (включая показанную петлю РНК), приводят к тому, что тРНК"", присоединенная к С-концу растущей полипептидной цепи, иногда соскальзывает на рибосоме назад на один нуклеотид таким образом, что оказывается спаренной с кодо ном 000 вместо кодо на 00А, который первоначально задал ее включение в полипептидную цепь; следующий нодон (АОО) в новой рамке считывания определяет аргинин, а не глицин. Такое контролируемое скольжение обусловлено отчасти псевдоузлом, который образуется на вирусной мРНК (см.
Рис. 6.102). На рисунке представлена последовательность вируса СПИД человека, ВИЧ (Переработано из Т. !асвз ет а!., ЛГотоге 331: 280-283, 1988. С любезного разрешения издательства МастШап Роывиегз !.вь) Многие из наиболее действенных антибиотиков, применяемых в современной медицине, представлены соединениями, кспорые выделяются грибами и харак теризуются тем, что замедляют синтез бактериальных белков.
Грибы и бактерии конкурируют за многие из населяемых ими экологических ниш, и за миллионы лет совместной эволюции грибы научились вырабатывать сильнодействующие инги биторы против бактерий. Некоторые из таких лекарств основаны на структурных и функциональных различиях между рибосомами бактерий и эукариот — с тем за счет кодирования генов Ро( сразу после генов Сад, но в другой рамке считывания. Небольшие количества продуктов гена Ро! производятся ввиду того, что эпизодически происходящий выше сдвиг рамки считывания при трансляции позволяет пропускать стоп-кодон белка стад.
Этггг сдвиг рамки считывания происходит в определенном кодоне мРНК и требует специфического сигнала рекодггрования (гесог1(пд з(дпа1), который, по.видимому, является структурной особенностью последовательности РНК, расположенной ниже участка этого кодона (рнс. 6.78). чтобы избирательно препятствовать работе бактериальных рибосом.
Таким образом, люди могут принимать высокие дозы некоторых из таких соединений без риска не специфической токсичности. Многие антибиотики занимают карманы в рибосомных Р! (К и попросту мешают слаженной работе рибосомы (рис. 6.79). В таблице 6А перечислены некоторые из наиболее известных антибиотиков этого типа наряду с не которыми другими ингибиторами синтеза белка — некоторые из них воздействуют на клетки эукариот и поэтому не лгогут применяться в качестве антибиотиков. твтрацикпии иции стрвптограмии В малая субчаотицв рибосомы Рис.
6.29. Сайты сввэываиия антибиотиков иа бактериальной рибосоме. Малая (слева) и большая (спроео) субчастицы рибосомы расположены так, как если бы рибосама была открыта подобно книге; связанные молекулы тРН К представлены в фиолелювом цвете (см. Рис. 6 64). Большинство иэ показанных антибиотиков связывается непосредственно с карманами, образованными молекулами рибосомиой РНК Гигромицин В вызывает ошибки в трансляции, спектииомиции блокирует перемещение пептидил- тРНК из А-участка в Р-участок, а стрептограмин В препятствует злоигации сиитезируемых пептидов В таблице 6.4 приведено описание механизмов иигибироваиия, присущих другим антибиотикам, показанными иа рисунке. (Переработано из !.
Ров мзбаа гг( а яд 5. ооцтЬиа !те, Я!а т. Яек М!сгоьго!. 3: 870-881, 2005. С любезного разрешения издательства Маспййап Риы(эьегз Иб) Поскольку многие соединения нз приведенных в таблице 6А блокируют опреде ленные операции в процессах, которые ведут от 1(! ! К к белку, они используются для исследований в области клеточной биологии. Среди наиболее широко применяемых в таких исследованиях препаратов мы упомянем хлоразгфеникол, циклогексизгид и пурочицин — все они специфически ингибируют синтез белка. В клетке эукариот, например, хлорамфеникол ингибирует синтез белка на рнбосомах только в мито хондриях (и в хлоропластах у растений), что, возможно, отражает происхождение этих органелл от прокариот (обсудим это в главе 18).
Циклогексимид, напротив, затрагивает только рибосомы в цгггозоле. Пуромицип особенно интересен, потому что это структурный аналог молекулы тРНК, связанной с аминокислотой, так что он дает нам еще один пример молекулярной мимикрии; рибосома ошибочно принимает его за подлинную аминокислоту н ковалептпо связывает с С-концом растущей пептидной цепи, таким образом вызывая преждевременное завершение БВХ::ЧФСТ1Г 2.'.ХЗС1ЯОВИГЯЕТЕИЕТВЦгЕСЯИЕ йаакаевбйаб Таблица 6.4. Ингибиторы синтеза белка или РНК Эбб1бггягййбаг ба чвбй,, аФ~1е1зб) Ф~~:, Р~фаэаайГайь,,::-,.';:;.!',.::::::фйЩ4фУб~~э)баге~ сФТйтцф~Зу$фф:„" ": „*'.,;.!*',~.,';,,„;**:.,-;,"-;*г..-„-.'„;с"у ' ' „-.т" Зффф~)уйЯИНРЮ86ОГГд ~Р~~:;;а$~4$$1айФбГЗ1...:;:::,'.,гсз .:,::::, '" ' Уч::-!: ".,,--.",г':-.
".';,'::!':;:;",:::;:!! ~.':!, / г э ", 1 ' "гз ЙбфФбг639В ес;зеуииуврз " ': ': бщщ)ау! фщуйтех бгТК$4ЙРЙВбягзйзрййзгщфйфз~мф)й1ф4фф~~б)11а1гфФф(йВэ Примечание. Рибосомы в лгитохондриях (и хлоропластах1 эукариот по своей чувствительности к ингибиторам часто близки к рибосом,пг прокариот Следовательно, некоторые из этих ыпибиотнков могут оказывать вредное воздействие на митохондрии человека. и высвобождение нолинентида. Как и следовало ожидать, нуромицин инпгбирует синтез белка как у нрокариот, так и у эукариот. 6.2.15. Чочность трансляции требует затрат свободной энергии Осуществ.ляемая риГюсомой трансляция есть компромисс между проч нворечи ными ограничениями точности и скорости. Мы уже видели, например, что точность трансляции (1 ошибка на 10з соединенных аминокислот) требует задержки во време ни каждый раз, когда новая аминокислота добавляется к растущей нолинснтндной цепи, в силу чего обнгая око)юсть трансляции снижается и составляет у бактерий 20 присоединенных аминокислот в секунду.
Мутантные бактерии с определенным изменением в малой субчастице рибосомы делагот более продолжительные паузы и транслируют мр11К в белок с гораздо более высокой точностью, чем приведенная выше цифра; однако синтез белка у таких мутантов протекает столь медлешю, что бактерии едва успевают выжить. Мы узнали также и то, что достижение наблюдаемой точности синтеза белка требует затрат болыпого количества свободной энергии; это вполне оправданно, ибо, как мы рассуждали в главе 2, сушествуег определенная цена, которую клетка должна платить за любгю увеличение порядка в своих владениях.
В большинстве клеток синтез белка потребляет болыпе энергии, чем лгобой другой процесс биосин теча. Так, для образования каждой новой нентидной связи необходимо расщепить, но крайней мере, четыре высокоэнергетические фосфатные связи: две нотребля ются нри загрузке молекулы ТР11К аминокислотой (сьг. рис. б.бб) и еще две идут на осуществление операций в цикле реакций, происходящих на рибосоме во время 6.2. От РНК к белку 593 собственно синтеза (см. Рис.
6.67). Вдобавок к этому дополнительная энергия расходуется каждый раз, когда связь с неправильной аминокислотой гидролизуется тРНК-синтетазой (см, рис, 6.59), и каждый раз, когда неправильная тРНК входит в рибосому, запускает гидролиз ОТР и она выбраковывается (см. Рис. 6.67). Для обеспечения эффективности такие корректирующие механизмы должны допускать также и удаление заметной доли правильных взаимодействий; по этой причине коррекция оказывается еще более затратной по энергии, чем может казаться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
