Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Возможность изучать инфекционные белки в дрожжах прояснила другую примечательную особенность прионов. Эти белковые молекулы могут образовывать несколько отличающихся друг от друга типов агрегатов из одной и той же полипептидной цепи. Более того, агрегат каждого типа может быть инфекционным, вынуждая нормальные молекулы белка принимать аномальную структуру того же самого типа. Так, несколько разных «штаммов» инфекционных частиц может появиться из одной и той же полипептидной цепи (рис. 6.96). Каким образом одна и та же аминокислотная последовательность может принимать множественные формы агрегатов, до конца не ясно; вполне возможно, что все прионные агрегаты напоминают «кросс-бета» структуры (см.
Рис. 6.95, в), которые скреплены воедино преимущественно взаимодействиями в полипептидном остове. При этом боковые цепи аминокислот могут свободно принимать различные конформации, и, если такие структуры самораспространяются, можно объяснить существование раз личных штаммов. Наконец, хотя прионы открыты при изучении болезней, которые ими вызваны, они, кажется, играют также и некоторую положительную роль в клетке. Например, некоторые виды грибов используют трансформации прионов для формирования различных типов клеток. Высказано также предположение, хотя и спорное, что прионы играют определенную роль в закреплении воспоминаний у сложных много- клеточных организмов наподобие нас с вами.
амилоид ДЕИАТУРАЦИЯ Г х к ф РЕНАТУРАЦИЯ Рис. 6.96. Создание различных прионных штааввов й~ итго. В данном эксперименте амилондные фибриллы денатурировали и их компоненты ренатурировали при различных температурах. В результате такой обработки образовались амилоиды трех различных типов, каждый из которых способен самораспространлтьсл при добавлении новых субъединиц. Итак„из этой главы мы узнали, что множество различных типов химиче ских реакций должно совершиться в клетке, чтобы на основании содержащейся в гене информации получить должным образом свернутый белок (рис. 6.97).
Так что окончательный уровень правильно свернутого белка в клетке зависит от эффективности выполнения каждого из многочисленных этапов. В следующей главе мы увидим, что клетки обладают способностью изменять уровни белков согласно своим потребностям. В принципе, любой (или все) из представленных на рис. 6.97 этапов могут регулироваться для каждого отдельного белка.
Как мы увидим в главе 7, известны примеры регуляции на всех этапах — от гена до бел ка. Однако инициация транскрипции служит для клетки наиболее привычной точкой для регуляции экспрессии всех ее генов. Это вполне разумно, поскольку самый эффективный способ препятствовать экспрессии гена состоит в том, чтобы блокировать самый первый шаг — транскрипцию его последовательности ДНК в молекулу РНК. цитозоль мРНК ДБГРАДАЦНЯ Рнк 4' ~б~~ инициАция синтезА БелвцтРАнсляциит 3АВеРшение синтезА БелкА и еГО фоЛДинГ сон ДЕГРАДАЦИЯ БЕЛКА а; н,н соон Рис. 6.97. Проиэводстао белка клеткой эукариот.
Окончательный уровень каждого белка в клетке эукариот эависит от эффективности всех иэобраыенных на схеме этапов. трансляция нуклеотидной последовательности молекулы мРНК в белок происходит в цитоплазме на крупном рибонуклеопротеидном комплексе„назы ваемом рибосомой. Аминокислоты, используемые для синтеза белка, сначала прикрепляются к семеиству молекул тРНК, каждая из которых опознает 6.3.
Мир РНК и происхождение жизни 61 5 через комплементарные взаимодействия между парами оснований специфические наборы из троек нуклеотидов, или триплеты, в мРНК (кодоны). Затем последовательность нуклеотидов мРНК считывается с одного конца до другого триплетами — согласно правилам генетического кода. Чтобы запустить трансляцию, малая субчастица рибосомы связывается с молекулой мРНК на стартпово и кодоне (А УО), который распознается уникальной молекулой инициаторной тРНК. Большая субчастица рибосомы присоединяется к этому комплексу, тем самым завершая сборку рибосомы, которая и начинает синтез белка.
Во время этой стадии, молекулы аминоацил-тРНК вЂ” каждая из которых несет определенную аминокислоту — связываются последовательно с соответствующими кодонами на мРНК, образуя комплементарные пары оснований между антикодоном на тРНК и кодоном на мРНК. Каждая аминокислота добавляется к С-концу растущего полипептида за четыре последовательных шага: связывание аминоацил-тРНК, следующее за ним образование пептидной связи, которое, в свою очередь„сопровождается двумя актами транслокации рибосомы.
Используя гидролиз СТР, факторы элонгации продвигают эти реакции и повышают точность выбора аминокислот. Молекула мРНК, кодаи за кодоном, движется через рибосому в направлении 5' — » 3', пока не достигнет одного из трех стоп-кодонов. Тогда с рибосомой связывается фактор терминации, который останавливает трансляцию и высвобождает законченный полипептид.
Рибосомы эукариот и бактерий состоят в близких эволюционных от ношениях, несмотря на различия в числе и размерах своих рРНК и белковых компонентов. Ведущая роль в процессе трансляции принадлежит рРНК, которая определяет общую структуру рибосомы, формирует участки связывания для молекул тРНК, сопоставляет молекулы тРНК с кодонами мРНК и образует активный центр фермента пептидилтрансферазы, ковалентно соединяющей аминокислоты друг с другом во время трансляции. На заключительных этапах синтеза белка молекулярно«е шапероны двух разных типов направляют сворачивание (фолдинг) поли пептидных цепей по верному пути.
Эти шапероны, известные как Нзрбй и Нзр70, узнают на белках экспонированные гидрофобные области и предотвращают агрегацию белков, что иначе конкурировало бы с укладкой недавно синтезированных белков в правильные трехмерные структуры.
Процесс фолдинга белка должен конкурировать также и со сложным механизмом «проверки качества», который уничтожает белки с аномально экспонированными гидрофобными областями. В таком случае убиквити лигаза ковалентно присоединяет к неправильно свернутому белку убиквитин„и полученная полиубиквитиновая цепочка опознается «колпачком» протеасомы, которая перемещает весь белок в «чрево» протеасомы для его протеолитической деградации. Близко связанный с этим протеолитический' механизм, основанный на специальных сиги лах к деградации, опознаваемых убиквитинлигазами, используется для «назначения» сроков жизни многим нормально свернутым белкам. Этим же методом некоторг«е нормальные белки устраняются клеткой в ответ на определенные сигналы.
6.3. Мир РНК и происхождение жизни Итак, мы с вами увидели, что реализация наследственной информации тре бует необычайно сложных машин и проходит свой путь от ДИК к белку через 6.3. Мир РНК и происхождение жизни 617 ций, она должна делать зто согласно сложному набору инструкций, закодированных в наследственной информации. Репликация этой информации гарантирует, что сложный метаболизм клеток может точно воспроизводиться. Другая отличительная особенность жизни — генетическая изменчивость, которая проистекаег из изменений в наследственной информации.
Эта изменчивость, на которую воздействует давление естественного отбора, лежит в основе невероятного многообразия форм жизни на нашей планете. Таким образом, для появления жизни необходим какой-либо способ хране ния информации, какой-нибудь способ ее дублирования, некоторый способ ее изменения и, наконец, хотя бы какой-то способ преобразования этой информации — посредством катализа — в благоприятные химические реакции.
Но с чего такая система могла начать формироваться? В современных клетках наиболее многофункциональные катализаторы представлены полипептидами, состоящим из множества различных аминокислот с химически разнообразными боковыми цепями и, следовательно, полипептиды способными принимать разнообразные трехмерные структуры, покрытые химически активными боковыми группами аминокислот. Полипептиды также несут информацию, заложенную в порядке следования их аминокислотных звеньев. Но не известно ни одного способа, которым полипептид может воспроизвести себя, непосредственно задавая образование другого с точно такой же последовательностью. 6.3.2. Полинуклеотиды могут выполнять две функции: хранить информацию и катализировать химические реакции Полинуклеотиды обладают одним свойством, которое резко отличает их от полипептидов: они могут непосредственно направлять формирование копий своей собственной последовательности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
