1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Каждая из мутаций группы (–) супрессировала мутации группы (+) и наоборот, но две мутации из одной группыдруг друга не супрессируют. Акридиновые красители индуцируют в ДНКмикроделеции и инсерции размером, как правило, в один нуклеотид. Врезультате возникает мутация сдвига рамки считывания – с 3’-стороны отместа делеции или инсерции последовательность кодируемого полипептида отличается от нормальной и синтезируется нефункциональный белок.Как обнаружили Крик и Бреннер, при сведении в одном фаговом гене rтрех разных мутаций с одинаковым знаком, (+ + +) или (– – –), появляетсяфаг дикого типа, т. е.
три мутации одной группы супрессируют друг друга.Это может наблюдаться только в том случае, если аминокислоты кодируются триплетами нуклеотидов – тогда три однонуклеотидные делеции илиинсерции будут компенсировать друг друга, рамка считывания вскоре восстановится и будет синтезироваться белок, у которого лишь небольшойучасток отличается от белка дикого типа.первое основание триплетаТаблица 5. Генетический кодUCAGвторое основание триплетаUCAGUUU Phe UCU Ala UAU TyrUGU CysUUC Phe UCC Ala UAC TyrUGC CysUUA Leu UCA Ala UAA Stop UGA StopUUG Leu UCG Ala UAG Stop UGG TrpCUU Leu CCU Thr CAU HisCGU ArgCUC Leu CCC Thr CAC HisCGC ArgCUA Leu CCA Thr CAA GlnCGA ArgCUG Leu CCG Thr CAG GlnCGG ArgAUU IleACU Pro AAU AsnAGU SerAUC IleACC Pro AAC AsnAGC SerAUA IleACA Pro AAA LysAGA ArgAUG Met ACG Pro AAG LysAGG ArgGUU Val GCU Ser GAU Asp GGU GlyGUC Val GCC Ser GAC Asp GGC GlyGUA Val GCA Ser GAA GluGGA GlyGUG Val GCG Ser GAG GluGGG GlyПолную расшифровку генетического кода осуществили в 1961–1965 гг.М.
Ниренберг и Х. Г. Корана. Для этого Ниренберг разработал бесклеточную систему, содержащую рибосомы и все остальные факторы, необходимые для синтеза белка по матрице РНК, за исключением самой мРНК. Добавляя в такую систему в качестве матрицы синтетические гомополинуклеотиды и анализируя состав получившегося полипептидного продукта,Ниренберг показал, что (U)n направляет синтез полифенилаланина, (C)n –136полипролина, а (A)n – полилизина. Следовательно, триплет UUU в мРНКкодирует фенилаланин, CCC – пролин, а AAA – лизин.
Однако установитьсоответствие аминокислотам гетерогенных триплетов таким образом невозможно. Для этого потребовалась разработка Кораной методов синтезаучастков РНК с известной последовательностью. Одновременно Ниренберг обнаружил, что при добавлении в бесклеточную систему тринуклеотидов РНК с рибосомами связывается только одна аминоацил-тРНК(см. ниже) – та, которая соответствует добавленному тринуклеотиду. Таким методом с использованием синтетических тринуклеотидов оказалосьвозможным установить соответствия аминокислот и триплетов мРНК (исоответственно ДНК). Оказалось, что 61 из 64 возможных триплетов кодируют аминокислоты, а три представляют собой стоп-кодоны, на которыхтрансляция заканчивается (табл.
5).После расшифровки генетического кода оказалось, что очень часто одна и та же аминокислота кодируется несколькими триплетами, у которыхдва первых нуклеотида (в направлении 5’3’) совпадают, а третий различается. Например, пролин кодируется четырьмя триплетами – CCA, CCC,CCG и CCU. В связи с этим Ф. Крик выдвинул гипотезу (уоббл-гипотеза,или «гипотеза качания»), согласно которой при связывании кодона мРНКи соответствующего ему антикодона тРНК образование комплементарныхсвязей в первой и второй позициях кодона происходит всегда однозначно,а в третьей позиции может иногда отклоняться от канонической комплементарности вследствие конформационной гибкости тРНК, в результатечего образуется пара типа «качания» (уоббл-пара). В частности, небольшой сдвиг в плоскости азотистых оснований может вести к образованиюэффективной пары G:U (рис.
154). Практически всегда триплеты, различающиеся только природой пуринового или пиримидинового основания втретьей позиции, кодируют одну и ту же аминокислоту. В универсальнойтаблице генетического кода есть только два примера, когда триплеты, различающиеся природой пурина в третьей позиции, имеют разное значение:триплет AUA кодирует изолейцин, а триплет AUG – метионин; триплетUGA является стоп-кодоном, а триплет UGG кодирует триптофан.Генетический код универсален во всех организмах, за редчайшими исключениями – например, значения некоторых триплетов у ряда видов прокариот и инфузорий отличаются от канонического.
Более интересна ситуация в митохондриях. Генетический код в них упрощен – в третьей позиции3 кодонов имеет значение только природа основания (пурин или пиримидин), но не конкретное основание. Так, в митохондриях млекопитащихтриплет UGA, как и UGG, кодирует триптофан, а триплет AUA, как иAUG, – метионин. В остальном генетический код в митохондриях совпадает с универсальным кодом. Чтение всех кодонов, отличающихся потретьему положению, происходит в митохондриях с помощью одного и137того же антикодона тРНК, образующего канонические пары или пары типа«качания».Рис. 154. Образование комплементарных пар по типу «качания» и использование неканонических нуклеотидов при взаимодействии тРНК и мРНКРис.
155. Взаимодействие тРНК и мРНК138Процесс синтеза полипептида по матрице РНК называется трансляцией. Помимо мРНК, которая в данном случае выступает носителем генетической информации, в процессе трансляции участвуют еще два вида РНК:транспортная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК). Транспортная РНК,а вернее, ее производное, аминоацил-тРНК, служит адаптором – молекулой, в которой физически соединены кодируемая аминокислота и антикодоновый триплет, комплементарный соответствующему кодону в мРНК(рис.
155). Рибосомная РНК в свою очередь служит структурным скелетомрибосом – клеточных органелл, в которых происходит синтез белка.Рис. 156. Вторичная структура тРНК типа «клеверного листа»Размер тРНК невелик – 74–95 нуклеотидов. Вторичную структурутРНК принято представлять в виде «клеверного листа», состоящего из акцепторного стебля и трех главных петель (рис. 156). В антикодоновойпетле расположен антикодон, образующий комплементарные связи с кодоном мРНК при трансляции. Две другие петли названы по минорным основаниям, входящим в их состав: D-петля несет остаток 5,6дигидроурацила, а TC-петля – остаток псевдоуридина (), расположенный между остатками T и C.
В состав тРНК входят и другие разнообразные нуклеотиды, отличающиеся от канонических и получающиеся примодификации первичных транскриптов тРНК: инозин, риботимидин, 4тиоурацил и т. п. Например, инозин часто встречается в первой позицииантикодонов тРНК, где может образовывать пары по типу «качания» с основанием в третьей позиции кодона мРНК.
Помимо главных петель, в139тРНК имеется так называемая дополнительная петля, на длине которойосновано деление тРНК на два класса: в тРНК класса I дополнительнаяпетля короткая (3–5 нуклеотидов), а в тРНК класса II – длинная, иногда поразмеру даже превосходит остальные петли. Акцепторный стебель тРНКимеет короткий неспаренный 3’-концевой участок (обычно 4 нуклеотида),оканчивающийся последовательностью CCA. В аминоацил-тРНК 3’гидроксильной группе 3’-концевого остатка A сложноэфирной связьюприсоединяется нужная аминокислота. Третичная структура тРНК несколько напоминает букву Г размером ~60?60 A, при этом антикодоноваяпетля и 3’-конец акцепторного стебля разнесены на максимальное расстояние (рис. 157).Рис. 157.
Схема третичной структуры тРНКСинтез аминоацил-тРНК (рис. 158) осуществляют специальные ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы. Они связывают определенную аминокислоту и любую из соответствующего ей набора тРНК и катализируютреакцию аминоацилирования. Реакция проходит в две стадии. На первойстадии фермент катализирует нуклеофильную атаку атомом кислородакарбоксильной группы свободной аминокислоты по -атому фосфора ATPс образованием богатого энергией аминоациладенилата (смешанного фосфоангидрида) и пирофосфата (рис.
159). На второй стадии происходитнуклеофильная атака свободной OH-группой 3’-конца тРНК по атому уг140лерода карбоксильной группы с образованием аминоацил-тРНК и AMP.Соответственно этому в молекуле любой аминоацил-тРНК-синтетазы выделяются центры связывания ATP, аминокислоты и тРНК. АминоацилтРНК-синтетазы делятся на два класса. Ферменты класса I в большинствеслучаев представляют собой мономерные белки и катализируют аминоацилирование 2’-OH-группы 3’-концевого остатка аденозина тРНК, однакозатем в результате реакции трансэстерификации аминокислота переносится на 3’-OH-группу. Аминоацил-тРНК-синтетазы класса II обычно являются гомодимерными белками и катализируют непосредственно аминоацилирование 3’-OH-группы 3’-концевого остатка тРНК.
У всех аминоацилтРНК-синтетаз можно выделить несколько доменов: каталитический домен, ответственный также за связывание ATP и аминокислот, домен связывания акцепторного стебля тРНК, домен связывания антикодона тРНК идомен олигомеризации в случае димерных белков.Аминоацил-тРНК-синтетазы входят в число ключевых белков, необходимых для корректного перевода информации из последовательности РНКв последовательность полипептидов в соответствии с правилами генетического кода. В соответствии с этим огромное значение для клетки имеет ихточность – правильность соединения аминокислоты и соответствующей ейтРНК.
Аминоацил-тРНК-синтетазы совершают в среднем одну ошибку на60 000 синтезированных молекул аминоацил-тРНК. Существуют два основных механизма обеспечения точности работы этих ферментов. Кинетический механизм заключается в том, что наличие в активном центрефермента аминоациладенилата смещает равновесие в сторону комплекса стРНК при связывании корректной тРНК (быстрое связывание корректнойтРНК и медленное ее высвобождение) и в сторону комплекса без тРНКпри связывании некорректной тРНК (медленное связывание некорректнойтРНК и быстрое ее высвобождение).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
