1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Такое предположение противоречит данным о мутационных заменах аминокислот. Одна мутация — нуклеотидная заменаприводит к замене одного аминокислотного остатка (см., например,рис. 16.15). Следовательно, код неперекрывающийся.2. Вырожден ли код? Для кодирования 20 аминокислот достаточно20 триплетных кодонов.
Существуют ли кодоны-синонимы илиостальные 44 кодона просто не имеют смысла?Некоторые косвенные аргументы в пользу вырожденности кодасодержатся в работе Ф. Крика с сотрудниками. Взаимная супрессия мутаций типа «сдвиг считывания», т. е. вставок и выпадений,происходила на участке гена rll, соответствующем приблизительно1/10 всего гена. Ген rll кодирует белок, состоящий приблизительноиз 200 аминокислотных остатков, и, следовательно, мутации взаимодействовали на расстоянии, достаточном для кодирования около20 аминокислотных остатков. Если бы код не был вырожденным,между вставкой и выпадением с большой вероятностью должныбыли возникать бессмысленные триплеты, и тогда восстановлениенормального считывания было бы невозможным.Прямые данные в пользу вырожденности кода были получены вэкспериментах X. Виттмана, работавшего с вирусом табачной мозаики (ВТМ), а также при расшифровке кодонов химическим путем.Расшифровка кодонов: эксперименты in vitroСтатья Ф.
Крика с сотрудниками, посвященная природе генетического кода, была опубликована в первом номере журнала «Nature» за1961 г., а летом того же года на одном из заседаний V Международного биохимического конгресса в Москве М. Ниренберг и Дж. МаттейГлава 16. Теория гена451сообщили о расшифровке первого кодона и, что еще более важно,предложили метод установления состава кодонов в бесклеточной системе белкового синтеза. Эксперименты по изучению бесклеточногосинтеза белка уже в течение ряда лет вели несколько групп биохимиков.К началу 60-х годов XX в. было установлено, что при добавлении меченых аминокислот к бесклеточным гомогенатам наблюдалось включение радиоактивной метки в белки.
Добавление к такимгомогенатам ДНКазы снижало, а добавление ДНК стимулироваловключение метки в белки. Синтез белка в таких системах происходил очень недолго. М. Ниренберг и Дж. Маттей усовершенствовалибесклеточную систему, сделав ее более стабильной, а главное, показали, что она может работать под контролем экзогенной РНК, естественной или искусственной. Добавив синтетическую полиуридиловую рибонуклеиновую кислоту (поли-U) в бесклеточную систему,приготовленную из Е.
coli, они обнаружили, что поли-U стимулирует включение в полипептид только одного типа аминокислотныхостатков — фенилаланина. Таким образом, учитывая триплетностьгенетического кода, кодон для фенилаланина был расшифрован какUUU в иРНК.В течение последующих трех-четырех лет проблему генетического кода усиленно исследовали с использованием бесклеточныхсистем белкового синтеза, программируемого так называемыми статистическими сополимерами, содержащими рибонуклеотиды A, U,G и С в разных соотношениях. За это время в лабораториях М.
Ниренберга и С. Очоа был выяснен состав большинства кодонов. Однако определить последовательность нуклеотидов в кодонах этимспособом было невозможно.Последовательность нуклеотидов в кодонах удалось определитьпри помощи двух методов. Г. Корана с сотрудниками разработалметод химического синтеза ДНК-подобных полимеров с заданнойпоследовательностью нуклеотидов. Применяя такие полидезоксирибонуклеотиды в качестве матрицы для синтеза РНК при помощиДНК-зависимой РНК-полимеразы, можно было получить РНК с заранее известной последовательностью и использовать ее в бесклеточной системе белкового синтеза.Второй изящный метод выяснения последовательности нуклеотидов в кодонах предложили М. Ниренберг и П. Ледер.
Он был основанна том, что промежуточными продуктами в синтезе белка являютсяаминосщил-тРНК— аминокислоты, связанные с тРНК. МолекулытРНК выполняют роль адапторов, которые подставляют аминокислотные остатки в растущую полипептидную цепь в соответствии с452 ftЧасть 4. Структура и функция генакодонами иРНК, находящейся на рибосоме. М. Ниренберг и П. Ледерубедились в том, что одного тринуклеотида на рибосоме достаточнодля связывания и с рибосомой, и с тРНК. Тринуклеотидные матрицы сопределенным чередованием оснований были использованы для изучения связывания с рибосомами тРНК, заряженных аминокислотами.В результате применения подходов, разработанных Г.
Кораной,М. Ниренбергом, П. Ледером в 1965 г., был составлен кодовый словарь в его современном виде (табл. 16.3). Исследование мутаций,приводящих к сдвигу считывания в ряде генов, кодирующих первичную структуру белков (их называют структурные гены), в дальнейшем подтвердило справедливость кодовой таблицы и выводов,сделанных Ф. Криком на основе генетического анализа кода.Итак, генетический код является триплетным, неперекрывающимся, вырожденным, не имеет «запятых», т. е. кодоны ничем неотделены друг от друга.
Он считывается с фиксированной точки впределах гена в одном направлении.Генетический код квази-универсален, т. е. он практически одинаков у всех организмов, за исключением различного значения отдельных кодонов. Подробнее см. раздел 16.8.16.8. Как рибосома считывает генетический код?Сведения о генетическом коде, представленные в таблице 16.3,нуждаются в дополнительных пояснениях. Прежде всего, во многихслучаях для кодирования аминокислоты существенны две первыепозиции кодона. Более наглядно это представлено в кодовой таблицев виде круга (рис. 16.17).
Оказывается, что для восьми аминокислотзамена основания в третьем положении кодона будет нейтральной:не приведет к замене аминокислотного остатка в белке. А в тех случаях, когда это все же произойдет, такая замена не изменит свойстваполярности аминокислоты. Эти особенности кода, по-видимому, отражают его эволюцию.Все кодоны, представленные в таблице 16.3 и на рисунке 16.17,опознают антикодоны тРНК, за исключением трех так называемыхнонсенсов, или бессмысленных кодонов.
На самом деле они представляют собой знаки терминации трансляции. Взаимодействиекодонов иРНК и антикодонов тРНК подчиняется правилам неоднозначного соответствия, сформулированным Ф. Криком. Согласноэтим правилам некоторые антикодоны могут «узнавать» более одного кодона в зависимости от того, какое основание находится в 1-мположении антикодона, соответствующем 3-му положению кодона сучетом их антипараллельного взаимодействия.Глава 16. Теория генаft 453Таблица 16.3Генетический кодПервая буква вкодоне (5’-конец)UВторая буква в кодонеСAGТретья буква вкодоне (3’-конец)иФен F *ФенЛей LЛейСер S Тир Y Цис ССерТирЦисСерСерТрп WиСАGСЛейЛейЛейЛейПро Р Гис Н АргПроГисАргПроГлн Q АргПроГлнАрг RиСАGАИле /ИлеИлеМет МТре Т Асн N Сер SТреАснСерТреЛиз К АргТреЛизАрг RиСАGGВал VВалВалВалАла А Асп D Гли GАлаАспГлиАлаГлу Е ГлиГлиАлаГлуиСАGПримечание.
Триплеты UAA, UAG, UGA не кодируют аминокислот.* Наряду с трехбуквенным сокращенным обозначением аминокислотныхостатков представлено их однобуквенное обозначение, принятое вмеждународной литературе.Таблица 16.4Правила неоднозначного соответствия кодонов и антикодонов1-е положение антикодонаиСАGI*3-е положение кодонаАGGииСисGААG*1 — инозин, у — псевдоуридин, обнаруженные в некоторых антикодонах какрезультат посттранскрипционной модификации.Взаимодействия одного класса тРНК с несколькими кодонамиобнаружены в бесклеточных системах, а также путем генетическихэкспериментов. Сопоставление данных таблицы 16.3 и рисунка 16.17с данными таблицы 16.4 показывает, что такое неоднозначное соответствие не искажает смысла кодонов.У прокариот в начале иРНК располагается последовательность: 5'AGGAGGU-3', названная последовательностью Шайн-Далгарно —454 ftЧасть 4.
СтрУктУРо и функция генаРис. 16.17. Таблица кода в круговой формеБуквы во внутреннем круге — 1-я позиция кодонов, буквы во втором круге — 2-япозиция и буквы снаружи второго круга — 3-я позиция кодонов. ТЕР — терминаторы;старт — кодон-инициатор. П — полярные, НП — неполярные аминокислотные остаткипо имени открывших ее исследователей. Она необходима для нормального начала трансляции. Инициация трансляции, однако, происходитобычно через несколько нуклеотидов (4-7). Малая субчастица рибосомы «узнает» последовательность Шайн-Далгарно при помощи 3'конца 16S рРНК с комплементарной последовательностью оснований.
Делеции или изменения последовательности Шайн-Далгарнорезко снижают эффективность трансляции соответствующих иРНК убактерий. У эукариот эта последовательность отсутствует.Собственно сигналом инициации трансляции у про- и эукариот служит кодон для метионина AUG, если он находится в начале иРНК. В этом случае его «узнает» специальная инициирующаяформилметиониновая (у бактерий) или специальная метиониноваяГлава 16. Теория генаft 455(у эукариот) тРНК. В остальных случаях кодон AUG считается, какметиониновый. Сигналами инициации служат также иногда кодоныGUG (Вал), UUG (Лей), AUU (Иле).
Это взаимодействие происходитна рибосоме в ее аминоацильном центре (или A-центре), располагающемся преимущественно на малой субчастице рибосомы.Взаимодействие иРНК (кодон AUG), малой субчастицы рибосомы и формилметионил-тРНКфМет образует комплекс инициации(рис. 16.18), который задает фазу (рамку) трансляции иРНК триплетами. Далее к нему присоединяется большая субчастица рибосомы, и формилметионил-тРНКфМет перемещается в пептидильныйцентр (или P-центр) рибосомы, расположенный преимущественнона большей субчастице.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
