Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 19
Текст из файла (страница 19)
табл. 23.1).Например, Phe кодируется двумя кодонами, UUU иUUC. Кодоны, которые определяют одну и ту же аминокислоту, называются кодонами-синонимами. Вырожденность кода, как правило, выражается в том,что у кодонов, определяющих одну и ту же аминокислоту, первые два основания фиксированы, а третьеположение может занимать одно из двух, трех или четырех разных оснований. В частности, кодоны с одним из двух пиримидинов (С или U) в третьем положении всегда являются синонимами, в то время каккодоны с одним из двух пуринов (А и G) в третьем положении бывают синонимами лишь иногда. Различияпо всем трем положениям наблюдаются лишь в некоторых случаях (например, UCG и AGU оба кодируютSer).Гипотеза «качания» была предложена Криком дляобъяснения вырожденности кода по третьему положению основания в кодоне.
Эта гипотеза, впоследствии получившая подтверждение, состоит в том, чтосоответствие третьего основания кодона первому основанию антикодона тРНК является нестрогим. Частопервое положение в антикодоне тРН К бывает занятонеобычным основанием инозином (I), которое можетобразовывать водородные связи с U, С или А, находящимися в кодоне в третьем положении (рис.23.2). Полный набор образующихся при этом парРис.
23.2.Таблица 23.2Первое основание антикодонаТретье основание кодонаIU, С или АА или GС или UUGприведен в табл. 23.2. В связи с механизмом «качания»клетке требуется меньше 64 разных тРНК. КаждаятРНК может узнавать до трех кодонов.Химические свойства разных аминокислотнаходят отражение в структуре кода. Все кодоны с Uво втором положении кодируют аминокислоты сгидрофобной боковой цепью (Phe, Leu, He, Met и Val).Если исключить терминирующие кодоны, то наличиеА во втором положении определяет полярную илизаряженную боковую цепь (Туг, His, Gin, Asn, Lys, Aspи Glu).Рамка считывания задает положение первогооснования кодона мРНК (или гена). Поскольку кодтри-плетен, число возможных рамок считыванияравно трем.
Обычно функциональный белоксинтезируется только при одной рамке считывания,но некоторые вирусы используют две или даже трирамки считывания, при этом синтезируются разныебелки (гл. 27). Примером такого рода могут служитьбелки, кодируемые К-, С- и А-генами вируса G4 (рис.23.1).Му тация— это изменение в последовательностиоснований генетического материала данного организма. Знание генетического кода позволяет объяснитьэффект некоторых мутаций.Молчащая мутация — это такое изменение в нуклеотидной последовательности, которое приводит кобразованию синонимичного кодона, и в результатеаминокислотная последовательность кодируемогобелка не изменяется.
Структура кода такова, что молчащие мутации часто бывают обусловлены изменениями оснований лишь в третьем положении кодона.Замена (миссенс-мутация) ведет к замещению одной аминокислоты другой в результате такого изменения последовательности оснований, которое неприводит к образованию синонимичного кодона.Так, заболевание серповидноклеточная анемия (гл. 16)возникает в результате замены Glu на Val в шестом положении (3-цепи гемоглобина человека. Это обусловлено изменением кодона GAA на GUA, т. е. заменой Ана U во втором положении.Мутация со сдвигом рамки обусловлена вставкойили удалением (делецией) одного или большего числаоснований в последовательности, так что при этом изменяется рамка считывания.
Это приводит к изменению аминокислотной последовательности белка отточки мутации до С-конца молекулы.Универсальность генетического кода означает,что все живые организмы — эукариоты, прокариоты иви-русы - используют один и тот же код. Хотя, вообщеговоря, это положение справедливо, проведенныесравнительно недавно (1981 г.) определения нуклеотидной последовательности митохондриальных ДНКчеловека и дрожжей выявили некоторые необычныефакты. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
