1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 83
Текст из файла (страница 83)
При этом рибосома сдвигается на один триплет вдоль иРНК, и ее освободившийся A-центр связывает следующую аминоацил-тРНК в соответствии с кодоном иРНК. Рибосомадвижется вдоль матрицы (от ее 5'- к З'-концу), последовательно считывая кодоны. При этом происходит элонгация полипептида путемобразования пептидных связей между аминокислотными остатками(рис. 16.18). Полипептидная цепь нарастает от N-конца к С-концу.Процесс продолжается до тех пор, пока рибосома не встретит наиРНК один из трех кодонов-терминаторов, который считывается вее A-центре. Обычно кодоны-терминаторы взаимодействуют не стРНК, а с белками-факторами терминации.Терминация полипептида заключается в диссоциации пептидилтРНК на полипептид и тРНК, освобождении иРНК и субчастиц рибосомы, которые тем самым становятся способными к новому актуинициации трансляции.
Белок синтезируется на молекулах иРНК,«покрытых» рибосомами — так называемых полирибосомах, или полисомах. Весь процесс трансляции сопровождается расщеплениеммолекул GTP, причем требуется участие дополнительных белковыхфакторов, специфичных для процессов инициации (факторы инициации), элонгации (факторы элонгации) и терминации (<факторытерминации). Эти белки не являются интегральной частью рибосомы, а присоединяются к ней на определенных этапах трансляции.В общих чертах процесс трансляции одинаков у всех организмов.Здесь необходимо вернуться к свойству квазиуниверсальностикода.
Как показали эксперименты с бесклеточными системами, атакже клонирование и расшифровка первичной структуры генов всопоставлении с первичной структурой соответствующих белков,большинство кодонов у разных объектов читается одинаково. В тоже время существуют и некоторые варианты значения кодонов, которые впервые были обнаружены при исследовании белкового синтеза11к г f 14я г ^ е н а^ v p a и 4>У1456 ftЧасгП*>4. Cmpf.СвободныйполипептидРис.
16.18. Обобщенная схема трансляции иРНК Е. coli.1 ,2 — инициация; 3,4, 5 — элонгация; 6 ,7 — терминацияГлава 16. Теория генаft 457в митохондриях. Так, кодон UGA, обычно служащий терминатором(см. табл. 16.3), в митохондриях дрожжей, человека, быка кодирует триптофан, АСА в митохондриях читается как Мет, а не Иле(табл. 16.3), CUG — как Тре, а не Лей. В то же время кодоны AGA иAGG в некоторых митохондриях используются как терминаторы, ане как кодоны для аргинина (см. табл.
16.3). Эти отличия в составекодового словаря митохондрий связывают с их возможным симбиогенетическим происхождением (см. гл. 11), с сохранением некоегопримитивного варианта кода. Правда, такая «простота» может бытьи вторичным следствием малой информационной емкости ДНК митохондрий. Известно, что их генетический материал кодирует небольшую часть белков митохондрий, хотя они и имеют собственныетРНК и рРНК. Отклонения от универсальности кода обнаружены и уParamecium primaurelia: у нее UAA в цитоплазме читается как Глн.Несмотря на все эти отклонения от правила универсальности генетического кода, на основе знания механизма белкового синтеза иего пунктуации на уровне иРНК, очевидно, что кодоны инициаторыи терминаторы обусловливают проявление генной дискретности генетического материала.
Как будет показано в следующей главе, самииРНК могут быть и полигенными у бактерий, однако кодируют синтез дискретных белковых молекул, что обусловлено именно считыванием кодонов — инициаторов и терминаторов.16.9. Генетический анализ трансляции. СупрессияБольшое значение в изучении процесса трансляции имеет методгенетического анализа. В частности, структура нонсенс-кодонов UAGи UAA была выяснена к 1965 г. еще до полной расшифровки генетического кода, когда был известен только состав кодонов для большинства аминокислот, но не чередование нуклеотидов в кодонах.В 1962 г.
С. Бензер и С. Чеймп описали так называемые амбермутации в локусе rll фага Т4. Они могли ревертировать к дикому типуза счет дополнительных (супрессорных) мутаций в геноме бактериихозяина. Аналогичные амбер-мутации, подавляемые теми же генамисупрессорами, были обнаружены во многих генах бактериофага Т4 ибактерии Е. coli. При использовании систем ген-фермент было показано, что амбер-мутации приводят к преждевременному прекращению роста полипептидной цепи и в клетках синтезируются толькоN-терминальные фрагменты соответствующих белков. В результатеамбер-супрессии синтез полипептидов восстанавливается.А.
Гарен, изучавший генетический контроль синтеза щелочнойфосфатазы у Е. coli, сравнил аминокислотные остатки, находившие-458 ftЧасть 4. Структура и функция генася в молекуле фермента дикоготипа и у внутригенных ревертантов по локусу, кодирующемущелочную фосфатазу. ПолученСер UCGAGный результат представлен наТир U U UACAG Глирисунке 16.19. Показаны только те кодоны соответствующихЛей UuCGAG Глуаминокислот, которые связанысо структурой амбер-кодона заРис. 16.19.
Замены аминокислот,меной одного нуклеотида. Нанаблюдавшиеся при реверсияхоснове этих данных амбер-кодонамбер-мутантов по структурномубыл идентифицирован как UAG.гену щелочной фосфатазы £ coliАналогичным образом дру(по А. Гарену, 1968)гие исследователи (С. Бреннер,Ф.
Крик) расшифровали структуру еще двух нонсенс-кодонов: охраUAA и опал-UGA. Эти цветные наименования кодонов никак несоответствуют их характеристикам, а просто отражают романтизм,свойственный и молекулярным генетикам.Существование всех трех типов мутантных кодонов-терминаторови их супрессия были показаны и для эукариотических микроорганизмов — дрожжей S. cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe.Знание генетического кода позволило решить и обратную задачу:расшифровать молекулярную природу некоторых гемоглобинопатий(болезни, связанные с появлением аномальных форм гемоглобина) учеловека как результат мутаций, превращающих нормальные сигналы терминации глобинов в значащие кодоны (см.
гл. 21).Обнаружение генов-супрессоров, «осмысливающих» нонсенсаллели разных генов, указывает на то, что трансляция генетическогокода может меняться. Характер специфичности нонсенс-супрессоровпо отношению к нонсенс-кодонам у Е. coli, представленный в таблице 16.5, согласуется с правилами неоднозначного соответствия кодонов иРНК и антикодонов тРНК, как если бы охра-супрессоры — супрессоры нонсенса UAA — кодировали тРНК с антикодоном AUU(см.
табл. 16.4), который может считывать UAA и UAG.В то же время строгие супрессоры для кодонов UAG и UGA транслируют как значащие только эти кодоны. Действительно, изучениетрансляции в бесклеточных системах показало, что за супрессию нонсенсов отвечают мутантные тРНК. Если в качестве иРНК взять геномРНК-содержащего фага R17 с охра-мутацией в самом начале гена, кодирующего белок оболочки фага, и добавить его в бесклеточную систему, полученную из штамма Е. coli, не имеющего охра-супрессора, тоUQGТрпЛ изГлава 16.
Теория генаft 459Таблица 16.5Кодоновая специфичность нонсенс-супрессоров у Е. coliСупрессорСпособность супрессировать нонсенсыUAGUAAUGASUP (UAG)+--SUP (UAA)++-SUP (UGA)--+синтез белка оболочки фага не происходит. Если в такую же системудобавить тРНК из штамма Е. coli, несущего охра-супрессор, то белокоболочки синтезируется, т. е. нонсенс-кодон уже более не прекращаеттрансляцию в гене, кодирующем этот белок. В таком эксперименте былаидентифицирована индивидуальная тРНК, ответственная за нонсенссупрессию. Ею оказалась тирозиновая тРНК с антикодоном AUU, отличающимся от стандартного антикодона AUG (см.
рис. 16.12), необходимого для считывания тирозиновош кодона UAC одной заменой: G на U.Таким образом, мутации, затрагивающие антикодон тРНК, меняют ихкодоновую специфичность и тем самым создают возможность для супрессии мутаций (мутантных кодонов) на уровне трансляции.
Как правило, нонсенс-супрессорными оказываются те тРНК, антикодоны которых могут быть превращены заменой одного нуклеотида в антикодоны,комплементарные кодонам-терминаторам. Такие нонсенс-супрессоры,кодирующие тРНК, обычно доминантны.Таким же путем могут возникать и миссенс-супрессоры, т. е.мутации, приводящие к такому изменению тРНК, при котором онатранслирует «не свой» кодон.Наиболее подробно исследованы миссенс-супрессорные глициновые тРНК Е. coli. Например, тРНК,Гли с антикодоном ССС обычнотранслирует кодон GGG (Гли). Мутационная замена в ее антикодонеССС на CUC приводит к тому, что теперь тРНК,Гли«узнает» кодон GAGдля глутаминовой кислоты.
Таким образом, если в результате прямоймутации в каком-либо гене из кодона GGG (Гли) будет получен кодонGAG (Глу) — миссенс-мутация, то супрессия такой мутации можетбыть осуществлена мутантной тРНК,Гли с антикодоном CUC, котораябудет подставлять глицин на место глутаминовой кислоты. Произойдет супрессия миссенс-мутации, или миссенс-супрессия.Мутации, затрагивающие антикодоны тРНК, могут приводить и ксупрессии мутаций типа «сдвиг считывания». Например, для тРНК^™у S.
cerevisiae получена мутантная форма с четырьмя основаниями вантикодоне — СССС. Такая тРНК считывает четыре основания GGGG460 ftЧасть 4. Структура и функция генав случае возникновения этой последовательности в результате прямоймутации — вставки лишнего G в кодон для глицина — и благодаря этому восстанавливает фазу (рамку) считывания кода.Все эти изменения генов, кодирующих тРНК, не приводят кполной дезорганизации аппарата трансляции благодаря тому, чтобольшинство генов для тРНК дублированы: так, у бактерий — 78генов для 41 тРНК (хотя с учетом правила неоднозначного соответствия для чтения всей кодовой таблицы достаточно 31 тРНК).У S.
cerevisiae— около 400 генов для тРНК, у D. melanogaster —750, в клетках HeLa (человек) — 1300. Наличие нескольких геновдля изоакцепторных (заряжаемых одной аминокислотой) тРНК,при этом имеющих одинаковый антикодон, создает потенциальные возможности для «отвлечения» одной из них для супрессии.Оставшиеся немутантными тРНК того же семейства продолжаютобслуживать «свой» кодон.Супрессия на уровне трансляции, или информационная супрессия, может происходить также вследствие мутаций в генах,кодирующих некоторые белки и РНК рибосом.
В результате этихмутаций рибосома «ошибается», например, в считывании нонсенскодонов и «осмысливает» их за счет некоторых обычных, немутантных тРНК.Неожиданным оказался механизм нонсенс-супрессии вследствиемутаций, частично инактивирующих или понижающих концентрацию факторов терминации трансляции. При этом не возникают новые антикодоны, комплементарные нонсенсам, и их «осмысление»происходит за счет некоторых тРНК, присутствующих в нормальных клетках. Следовательно, точность работы аппарата трансляцииобеспечивается также оптимальным соотношением его компонентов. Мутации, затрагивающие аппарат трансляции, исследованы нетолько у прокариот, но и у эукариот.Наряду с генотипической супрессией, действующей на уровнетрансляции, возможна и фенотипическая супрессия нонсенс-аллелей:при понижении температуры, замене глюкозы на неферментируемыеисточники углерода, а также при действии на клетки аминогликозидныхантибиотиков, связывающихся с рРНК, например стрептомицина (дляЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
