Эйген, Шустер - Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул - 1983 (947301), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Если скорость репликации лимитируется образованием ковалентной связи в полинуклеотидном остове (а не спариванием оснований), то точность может зависеть от концентраций мономеров тпн и тт и от констант стабильности пар Кят, Кцц и Ктт. Тогда точность воспроизведения для любого данного нуклеотида может быть получена из среднего геометрического точностей для обоих комплементарных процессов К-~-У, 'т'- Й: ттКнт тпК и е)ят ч и д = „, (92) тнКян тнКтн где Кнт ж Ктя и суммирование идет по всем А! = =А, (), О, С. Для А и () или для О и С эти значения а равны, потому что ошибка может произойти как в плюс-, так и в минус-цепи, Если концентрации мономеров одинаковы, то константы стабильности определяют достижимую точность.
Из этого следует, что О и С воспроизводятся значительно более точно, чем А и (). Однако отношение темпов ошибок при воспроизведении ОС и А() в смешанных системах не совсем совпадает с (обратным) отношением соответствующих констант стабильности, главным образом из-за наличия «качающихся» (чтоЪЪ!е) взаимодействий между О и Ц которые являются основным источником ошибок воспроизведения — даже при репликации современных РНК-содержащих фагов [34!.
Мы оценили значение Ч на основании различных данных по взаимодействиям между нуклеотидами в отсутствие ферментов. Эти оценки представлены 9 тонн< т„, Веронтность ошибки 1-Е Константы стабильно- сти нар основания Концентрации иоиоиеров ос ли ос ли 0,59 0,07 0,41 0,93 та тс '"и Кця Клс !' Кау=!0 та=та=п и Кяя '= Атт Р. ! О'95 Ало !' Кои='О та — — т =ти Кл =Ктг~! 0,97 Ало ! Кои= 5 Клу= !О' Аоа К „ниКтг~! 0,93 Клс= ! Кои К,у=!О; Кас-100 0,67 0,05 0,38 т1= 0,78 0,03 0,22 0,81 0,07 0,19 тл — — 10та та=то та = 10ту 0,95 0,69 0,05 0,31 тл !Ото то=та та !Оту К тКтгч.! Ало ! Кои=5 Кли= !О; Кас — — !00 к„„к Клс 2; Кау 10 тл —— !Опто то та тс = 10ту 0,86 0,25 0,14 0,75 оно снято.
Можно поставить под сомнение правомоч. ность использования данных по стабильности, которые были получены из опытов с олигонуклеотидами. Однако включение одного нуклеотнда в процессе репликации сопровождается кооперативными взаимодействиями между парами оснований, и, следовательно, табл. 15. Первые три строки в этой таблице относят. ся к случаю равных концентраций мономеров А, (), О, С.
Это допущение может быть весьма далеким от реальности, и поэтому в трех следующих примерах Таблица 18 Оценки точностей и вероятностей ошибок для воспроизведения О и С но сриннению с А и 11 Уасть д, Реалыстыческыд гылерцыкл л7П. Фывыка нераненого кодирования со! относительные порядки величин, полученные для олигонуклеотидов, могут быть верны и для этого случая.
Для вычисления д требуются лишь относительньсе, а не абсолютные значения стабильности. Из различных оценок, представленных в табл. 15, следует такой вывод: О и С воспроизводятся со значительно большей точностью, чем А и 13. В зависимости от превосходства отобранных последовательностей ~о; см. уравнение (28), часть А) воспроизводимое информационное содержание ОС-богатых последовательностей в ранних реплнкативных процессах ограничивается примерно 20 — !00 нуклеотидами, т. е. тРНК-подобными молекулами, тогда как для А13-богатых последовательностей оно вряд ли может превосходить 10 — 20 нуклеотидных остатков на репликативиую единицу.
Здесь следует подчеркнуть, что, вообще говоря, могли существовать более длинные последовательности любого состава. Однако они не были воспроизводимыми и поэтому не могли эволюционировать в соответствии с каким-либо функциональным требованием. Из анализа экспериментальных данных о репликации фага в части А мы заключили, что даже хорошо адаптированные РНК-репликазы не позволяют построить воспроизводимую цепь длиной более 1000— 10 000 нуклеотидов. Эта оценка соответствует действительному числу генов у РНК-содержащих фагов.
Мы можем теперь сделать окончательные выводы относительно первичных механизмов репликации: при условии воспроизводимости такой размер, как вся тРНК, могли иметь только ОС-богатые полинуклеотиды. Таким образом, СсС-багатьсе последовательности могли выступать в роли первичных тРНК 1адапторов) и воспроизводимых информационных РНК— 'по крайней мере до тех пор, пока репликация не стала катализироваться умеренно адаптированными ферментами. Такое же заключение можно сделать относительно начала трансляции.
Как подчеркивали Крик и др, 13], стабильность комплекса пептиднл-тРНК вЂ” мРНК очень важна для любой модели примитивной транс- ляции. Исходя нз приведенных выше данных константа стабильности комплекса, состоящего из пяти ОС-пар, равна Кеес ыс 10 М в то время как для пяти А1)-пар она на пять порядков меньше; Кено -с 10 М Эти значения опять необходимо рассматривать как относительные: в действительности они могут быть несколько выше, если допустить наличие стэкинга или предположить, что мы имеем дело с тРНК современного типа; это, однако, не делает неверными рассуждения, основанные на относительных величинах. Оценки можно сделать также, используя данные по временам жизни.
Найдено, что измеренные константы скорости рекомбинации комплементарных олигонуклеотидов всегда имеют порядок величины па=10 М с -4 тахо 10 т =10с и Эти оценки снова могут стать несколько ббльшими по величине, если стабильности окажутся выше и если две соседние тРНК, связанные с информационной РНК, стабилизируют друг друга. Тогда времена жизни оказываются как раз достаточными для того, чтобы ОС-богатые последовательности могли породить примитивную трансляцию.
Эти времена жизни определенно слишком малы, если преобладают А1)-пары, Теперь мы видим, что некоторые недостатки„свойственные коду К1н"4' по сравнению с кодом Р444', обусловленные соотношением стабильностей, могут быть скомпенсированы использованием преимущественно О и С, по крайней мере в части положений Я и т. Яетырехчленная ОС-структура конечно более ста- Если воспользоваться приведенными выше констан- тами стабильности, времена жизни соответствующих комплексов будут равны 202 Часть В. Реолистическид еилерцикл тлг!7 Когт с СгС ромкой бильна, чем любая пятичленная структура, включающая более чем две пары АИ.
Вывод следующий: Возникновению трансляции сильно благоприятствуют СтС-богаточе структурьс — как в случае предшественников тРНК, так и для информационных РНК, Х!У. Код с бС-рамкой Х!Ч.1. Первые два кодона Если выводы из данных по стабильности обьединить с рассуждениями Крика и др., то мы можем предсказать, какие кодоны были скорее всего самыми первыми. Единственные достаточно длинные последовательности, которые могли точно воспроизводиться,— это, по-видимому, те, у которых преобладали остатки 6 и С.
Тогда первыми кодонами были только комбинации этих двух остатков. Требование считывания без запятых исключает симметричные комбинации ООО/ССС и СтССг/СОС. В этом легко убедиться, записав такие последовательности. Адапторы с правильными комбинациями в антикодоне могут связываться в различных перекрывающихся ' положениях. Если далее ввести кодонные комбинации, полученные из симметричных предшественников, то это приведет к еще более разрушительным последствиям. Тогда у нас останутся лишь две комплементарные пары комбинаций, а именно ООС/ОСС и ССО/СОО (все комбинации читаются в направлении 5'-ьЗ'). С точки зрения симметрии они кажутся совершенно эквивалентными.
Имеется, однако, небольшая асимметрия, связанная с «качанием» основания в третьем положении. Сравним последовательности мРНК, состоящие исключительно либо из кодонов СИО, либо из ОИС. В первом случае «качающееся» основание О всегда находится в третьем положении кодона, во втором же случае — в первом положении, как в плюс-, так и в минус-цепях (еслн считывание всегда идет в направлении 5'-»3'). Для репликации различные кодонные положения неразличимы. Следовательно, каждый раз, когда встречается «качающееся» основание, в комплементарную цепь может быть внесена неопределенность, которая при трансляции в первом случае затрагивает первое, а во втором случае†третье положение кодона: 5' — — — — СИСт СИО СИΠ— — — — 3' 5' — — — — гт И'Ой И'СтоггИ'Π— — — — 3' и 5' — — — — ОИС СтИС ОИС вЂ” — — — 3' 5 — — — — ОИ и ОИВСтИо — — — — 3 г с с с т Воспроизведенные последовательности транслируются правильно только во втором случае, т, е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
