Эйген, Шустер - Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул - 1983 (947301), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Пептидил-тРНК не должна отделяться до того, как осуществится перенос следующей аминоацил-тРНК, т. е. пока не закончится трансляция всей мРНК, в противном случае синтезнровались бы только функционально неэффективные белковые фрагменты. На основании известных данных о стабильности пар оснований очевидно, что простое взаимодействие кодон — антикодон не гарантирует необходимой стабильности комплекса мРНК вЂ” тРНК. Поэтому для обоснования модели существенны три вспомогательных допущения: 1.
Структура антикодоновой петли адаптора (предшественника тРНК) такова, что если конкретизирован общий паттерн кодона, то РНК может всегда образовать пять пар оснований с мРНК. Таким образом, антикодоновой петле первичных тРНК приписывается следующая общая последовательность: где х'У1х — антикодон. 2. Антикодоновая петля каждой первичной тРНК может принимать две разные конформации, изображенные на рис.
48. Обе оин были описаны в более ранней статье Везе 160), который обозначил их РН и Ы, (Обозначение ЕН образовано из первых букв фамилий Фуллера и Ходжсона 161) — ученых, кото- луй Логика первичного кодирования 181 рые предположили, что из семи неспаренных оснований в антикодоновой петле стопку образуют пять оснований, расположенных с 3'-конца; Ы, по Везе, обозначает дополнительную конфигурацию, в которой стопку образуют пять 'оснований на 5'-конце петли.) Везе предположил, что переход между этими конфигурациями играет важную роль в синтезе белка на рибосомах, но указал также и на его возможное значение для прежних, более примитивных механизмов.
3. Какая из этих двух конфигураций действительно реализуется, зависит от того, с чем связана тРНК вЂ” с аминокислотой или с пептидной цепью. При переносе аминокислоты на пептидную цепь тРНК скачкообразно переходит из Ы- в РН-конфигурацию (см. рис. 49). Дополнительный, четвертый постулат, не абсолютно необходимый для обоснования модели, вводит взаимодействие между двумя соседними тРНК на мРНК, которое делает энергетически выгодной необходимую конфигурацию и вносит (дальнейший) вклад в стабилизацию комплекса полипептид— м РНК.
Рис. 49 показывает более детально, как может облегчаться синтез полнпептидов, если учесть приведенные соображения. Растущая полипептидная цепь перемещается вдоль мРНК, используя в качестве «топлива» свободную энергию реакции переноса. Эта реакция может ускоряться общим неспецифическим катализатором, но такой механизм не требует 3' Лл~и-В. У У РН Рис. 48. Две возможные конфигурации гитикодоиовой петли тРНК (коифигургция РН вЂ” по Фуллеру и Ходжсоиу 161], Ы— по Везе (601).
Аитикодоипыа пгттери (в рвмквх) — по модели Крика и др. (3). 188 189 и псу и 8 пьз у у у у 3' Рп Рлм Часть В. Реалистический гиперцикл Рп Рис. 49. Примитивный механизм трансляции требует «липкого» которого растущая полипептиднан цепь остается связанной с транспорт осуществлнетсв скачками, при которых изменяется цепь всегда связана с мРНК с помощью пяти пар оснований, соседняя аминоацил-тРНК. Частичное перекрывание при спарк. дированного триплетами оснований. никакого сложного аппарата типа современных рибосом. Хотя взаимодействие между кодоном и антикодоном стабилизируется пятью парами оснований, существенно, что код в действительности использует триплеты оснований.
Ранее уже подчеркивалось 162), что первичный код, использующий не трнплеты оснований, не может объяснить возникновение современного кода. ХП. Логика первичного кодировании у у у у у мрлХ взаимодействии между мРНК и пептидил-тРНК, в результате мРНК, пока не закончится трансляция. По Крику и др. [3], конформации тРНК (РН ' Ы). Новообразованнан пептиднан причем некоторую дополнительную стабилизацию обеспечивает ванин оснований гарантирует связное чтение сообщения, зако- Эта модель хорошо объясняет, как в отсутствие сложного аппарата трансляции может происходить — спонтанное, — последовательное, — полное, т, е.
не по частям, и — воспроизводимое, т. е. при строгом сохранении заданной рамки кодонов, считывание мРНК. Х1Д Логика перва«ного кодирования 191 190 Часть В. Реалистическая гаиернакл Такой код неразрывно связан с определенными структурными особенностями антикодоновой петли современных тРНК, и это позволяет допустить, что указанные молекулы являются потомками первых функционально организованных единиц. Четыре аминокислоты, кодируемые по этой модели, таковы: ООи ОАс АОс ААс глинин аспарагнноная серии аспарагин кислота Содержание некоторых из них в первичном бульоне было очень высоким (63).
С другой стороны, модель сталкивается и с неко- торыми трудностями. В последовательности РВУ имеется большой избыток пуринов и поэтому она не сможет легко складываться на себя с образованием стабильной структуры. Вследствие этого такие последовательности — очень легко гидролизуются (если оии находятся в виде одиночных цепей), — имеют повышенную тенденцию к образованию дуплексов (которые не могут легко реплицироваться с помощью примитивных механизмов), — не имеют внутренней симметрии и — производят минус-цепи с другим общим кодовым паттерном (т. е. 5'ЯУУ). Х1!.2.
Код 1с)ЧТ Прежде чем перейти к более детальному обсуждению вопросов, перечисленных выше, рассмотрим альтернативную модель, которая лишена этих конкретных недостатков. Предложение использовать общий кодовый паттерн гсг('г', где )Ч вЂ” любой из четырех нуклеотидов А, 1), О, С, тоже приписывается Крику и др. 13). Однако авторы «разлюбилиа свою модель из-за одного ее недостатка: если (Ч является пиримидином, то антикодоновая петля с общей последовательностью 3' Оп ОУР)гсс) Оо в некоторых случаях может использовать лишь свои пять центральных нуклеотидов для образования стабильных пар оснований с мРНК.
Это возражение, однако, снимается на основании того факта, что код В5)У может детерминировать восемь аминокислот, вследствие чего некоторые комбинации, не удовлетворяющие требованиям стабильности комплекса мРНК вЂ” пептидил- тРНК (см. ниже), можно исключить. Каковы преимущества общего кодового паттерна Я)чуй Прежде всего, код гср)'г', как и его аналог Естся, является кодом без запятых. Более того, он симметричен по отношению к плюс- и минус-цепям. В направлении 5'-+-3' общая структура ивамки как для плюс-, так н для минус-цепи будет Кн У, где Н и ГЧ' комплементарны и расположены в цепях зеркально-симметричным образом. Такая же симметрия может возникнуть в пределах одной цепи; тем самым допускается образование симметричных петель вторичной структуры. Современные тРНК вЂ” это типичный пример моленул с (почти) симметричными петлями. Одноцепочечные фаговые геномы и их производные (например, миди-вариант РНК 1",1а) тоже отличаются такими элементами симметрии.
Здесь селективное преимущество симметричной структуры очевидно. Если молекулы воспроизводятся с помощью полимеразы, которая специфически узнает какую-то структурную особенность, то лишь при условии симметричной структуры плюс- и минус- цепи могут быть равно эффективными матрицами. Такое равенство эффективностей необходимо для отбора. Итак, симметрия тРНК, возможно, является релинтом той эпохи, когда эти молекулы еще должны были воспроизводиться автономно. Образование петель увеличивает также устойчивость молекулы к гидролизу и создает предпосылки для правильного считывания. В открытой структуре, где большое число нуклеотидов остается неспаренными (например, в последовательностях типа КгсУ), репликация и трансляция могут начинаться в любом одноцепочечном участке последовательности, что приводит к образованию фрагментарных продуктов.
В полностью двухцепочечной структуре начальными У Зак 1ЗГЗ 192 Часть В. Реалистический гинврцнкл А Б В Рис. 50. Для симметричности вторичной структуры РНК необходима соответствующая внутренняя комплементарность (см. рис. 14 и части А) — только тогда плюс- и минус-цепи будут складываться одннаново. Такие структуры могут образовать кодонные паттерны типа Гсгчу.
Придумана игра, правила которой учитывают физические взаимодействия, характерные для олигонуклеотидов и тРНК [17, 1З). Эта игра показывает, какие структуры образуются с наибольшей вероятностью. Для образования шпильки необходимо, чтобы обе половинки молекулы были комплементарны (например, последовательность 5'-йКУ может соединиться со своей минус-цепью, несущей паттерн бсйУУ).
точками репликации и трансляции являются только открытые липкие концы. Таким способом может быть прочтена вся мРНК, при этом требуется лишь временное частичное развертывание матрицы, которое может стимулироваться взаимодействиями с растущей цепью. Симметрия давала бы н в этом случае преимущество, хотя ее наличие не обязательно (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
