Эйген, Шустер - Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул - 1983 (947301), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Расстояние между ними варьирует с длиной цепи, так как в р-слое антипараллельные пепи закручены [79]. Коипевая аминогруппа имеет рК около 8, следовательно, каталитический центр 239 ХУА Десять вопросов 238 Часть В. Реалистический гиягрчиял Рис. 58. Простой пред|нественник фермента изображен в виде ((-структуры, состоящей из 15 — 25 аминокислот (для образовании которой необходима мРНК длиной 45 — 75 нуклеотидов).
В активный центр входит концевая аминогруппа, которая является очень аффективным донором протонов (рК 8), конце. вая карбоксильная группа, которая служит акцептором протонов, и каталитически активная боковая цепь (напримео, Азр или Бег). Можно построить много альтернативных структур, но лишь в некоторых из ннх цепи будут закручены в спираль именно с тем шагом, который необходим для образования аффективного активного центра. содержит по меньшей мере эффективную протонную донорно-акцепторную систему.
Образованию р-структур благоприятствует чередование остатков 01у — А!а. Однако полипептиды, состоящие исключительно из остатков О!у и А)а, плохо растворимы, поэтому они могут присутствовать в ощутимых количествах лишь на поверхностях раздела. Строение 8-слоев изучали Чоу и Фасман [80], которые проанализировали рентгеноструктурные данные для 29 белков и выявили 489 р-изгибов.
В числе трех остатков, чаше всего встречающихся в области [)-изгиба во всех его четырех положениях, находятся 61у и Азр, тогда как в участках, расположенных за б-изгибом, преобладают гндрофобные остатки Важной предпосылкой каталнтической активности является определенное пространственное расположение концевых групп. Для стабилизации воспроизводимого складывания может оказаться необходимым использование двух нли более видов аминокислот. Давно известно, что р-слон нвляютсн важными элементами белковой структуры.
Согласно ))евитту [81], сушествует весьма обший принцип стабилизации с их помощью активной конформации белков. Большая распространенность глицина и аланина могла в основном определить характер первых белков, но для обеспечения растворимости более длинных последовательностей были необходимыми полярные боковЫе цепи. Наличие четырех видов аминокислот привело бы, конечно, к гораздо большей структурной гибкости. Если следуюшими двумя кандидатами были аспарагиновая кислота и валин, то могли образоваться глобулярные структуры, стабилизируемые гидрофобными взаимодействиями боковых цепей валина и аланина и солюбилизируемые карбоксильными боковыми цепями аспарагнновой кислоты. Этот остаток создает условия для образования специфических каталитических центров с участием двухвалентных ионов металлов.
Нашему воображению слишком трудно охватить колоссальное многообразие всех возможностей. В настоящее время проводятся эксперименты, цель которых состоит в исследовании различных структур в отношении их эффективности в дискриминации различных последовательностей РНК и их структурных особенностей. Результаты, полученные с рибонуклеазами [82], стимулируют поиски <минимальной структуры», способной специфически узнавать определенные последовательности РНК. Хт(!.8. Необходимы лн прн старте синтетазы? В трехмерной структуре современных тРНК [см. часть А, рис. 14) антикодоновая петля фиксирована на значительном расстоянии от аминоацильного сайта.
Такая структура адаптирована к функциональным потребностям современных молекул тРНК, которые определяются рибосомами и структурой синтетаз. С другой стороны, известно, что тРНК может совершать конформационные переходы, которые сушественно изменяют ее форму и размеры. Риглер н др. [83] флуоресцентными методами исследовали времена жизни конформационных состояний,, а также Х4тй Десать еопросое 241 240 Часть В.
Реалистический гиперцикл времена вращательной релаксации и сделали вывод о существовании по меньшей мере трех конформацнонных состояний, быстро переходящих друг в друга. Аналогичные результаты получены Олсоном н др. [84[, которые использовали методы, основанные на рассеянии лазерного излучения. Заселенность различных конформационных состояний сильно зависит от концентрации ионов магния. Важно отметить, что в условиях, которые соответствуют морской воде ( 50 мМ Матч.), присутствует конформер, отличающийся от Е-формы, обнаруженной при кристаллографических исследованиях, — по своей форме он гораздо ближе к цилиндру.
Все сказанное самым прямым образом связано с поставленным вопросом. Первичные ферменты состояли из весьма ограниченного числа аминокислотных остатков и поэтому не могли быть. очень большими глобулярными структурами. Для того чтобы гарантировать однозначное соответствие аминокислоты антикодону, либо должны были существовать такие совершенные ферменты, как современные аминоацилсинтетазы, либо тРНК должна была иметь такую структуру, чтобы осуществлялся гораздо более тесный контакт между аминоацильным и аникодоновым сайтами, чем в случае 1-формы, с тем чтобы можно было одновременно контролировать оба сайта.
В противном случае высокий темп мутаций на ранних этапах эволюции очень скоро нарушил бы любое однозначное случайное соответствие между двумя этими сайтами. С другой стороны, конформационный переход все-таки необходим, потому что механизм образования пептидной связи (см. рис. 48) требует достаточного пространственного разделения мРНК и растущей пептидной цепи. Данные, о которых шла речь, вызывают желание поразмыслить о таких возможностях. С другой стороны, при наличии структур типа изображенной на рис.
49, В кодирование первых аминокислот могло бы осуществляться даже без помощи ферментов. Структура самой тРНК заведомо достаточно сложна, чтобы стало возможным специфическое узнавание. Было отмечено [85[, что четвер- тое основание от 3'-концв (т. е. основание, следующее за 3'АСС) имеет какое-то отношение к антикодону. Первоначальные предположения об однозначной корреляции для всех тРНК в конечном счете не оправдались. Однако такая корреляция могла играть ключевую роль в первичных механизмах специфического распознавания аминокислот транспортными РНК. По имеющимся данным для Е. соЮ и фага Т4, в положении, которое следует за 3'АСС, находятся такие нуклеотиды: !) для О(у, А для А!а, О для Азр и А для Ча!.
Для первичных адапторов было, несомненно, важным обеспечение однозначного соответствия с помощью дискриминирующих сайтов— свойство, которое могло быть частично утеряно в ходе эволюции. Это, конечно, чисто спекулятивные рассуждения, которые требуют экспериментальной проверки. Вывод. Возможно, синтетазы не были необходимы на самых ранних этапах, а транспортные РНК в конечном счете оказались неудачной попыткой Природы создать ферменты нз нуклеиновых кислот. Более эффективное распознавание могло эволюционно развиться из факторов связи, которые были предназначены для специфического узнавания тРНК-подобных структур. ХЧ!.9.
Какими были первые ферменты? Если синтетазы в действительности не являются необходимыми для зарождения трансляции (а это большое «если>!), то в качестве единственного абсолютного первичного условия согласованной эволюции трансляции у нас остаются только факторы связи — вероятно, репликазы. С помощью такой функции селективное преимущество, заключенное в продукте трансляции, может быть наиболее эффективно использовано для обратной связи с мРНК, Следовательно, специфические репликазы (которые все принадлежат к одному классу сходных белковых молекул) не только создают предпосылку для возникновения гиперцнклической связи, но и оказываются В зьк.
птз 243 Хт1. Десять воаросов 242 Часть В Реалистический гиаерцикл крайне важными для дальнейшей эволюции белков, так как только они могут сообщить информационной РНК, что именно является фенотипически выгодным, и осуществить отбор на генотипическом уровне, т. е. посредством интенсивного синтеза определенной мРНК.
Как мы увидим в следующем разделе, такая селективная связь между генотипическим и фенотипическим уровнями лучше всего работает в сочетании с пространственным разделением, или компартментацней. Далее следует ожидать появления каталитической поддержки для различных функций трансляции. Если репликазы установили определенную связь с тРНК- подобными информационными РНК (включая сюда н плюс-, и минус-цепи), то их способности к распознаванию вполне могут использоваться для осуществления синтетазной и «транслатазной» (т. е. прерибосомной) функций. Другими словами, генный дупликат репликазы вполне может быть предшественником мРНК для синтетазы, а также для такого фактора трансляции, как ЕР Тп, тем более что химические механизмы функционировании репликазы и фактора переноса очень сходны и в современных системах, по-виднмому, осуществляются одними и теми же остатками.
Постепенно дивергирующие двойные функции, вероятно, представляли собой очень раннюю особенность механизмов репликации и трансляции, точно так же как дупликация генов была одной из движущих сил эволюции на ее более поздних этапах. Такие двойные функции оставили свой след в современных клеточных органеллах; вирусы также использовали их при своей постбиологической эволюции в клетке- хозяине. Геном фага Яа кодирует только одну субьединицу своей репликазы, однако использует еще три фактора из клетки-хозяина, которые были идентифицированы как рибосомный белок Я~ и факторы элонгации ЕР Тп и ЕР Тэ [87„88]. Бибрихер [89] исследовал свойства этих факторов и установил, что они выполняют одновременно несколько функций при рибосомном контроле, используя свою приобретенную способность узнавать молекулы тРНК.
Он утверждает, что в клетке Е со11 имеется предшественник фагоспецифичиого р-фактора Яэ-репликазы, и это, по-видимому, действительно так, Используя иммунологические методы, Бибрихер смог идентифицировать белок, содержащий ЕР Тп и ЕР Тз, который ведет себя как предшественник Яэ-репликазы в незараженной клетке Е. сой и который, по-видимому, участвует (неизвестным пока образам) в синтезе РНК Е. сой [87].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
