Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Ввиду полярности РНК-молекул (5'-3') кодоны ААС н САА неидентичны. По установившейся традиции, прн запнсн последовательности 5'-конец помещается слева, 3'-конец — справа, поэтому приведенные выше последовательности кодонов следует понимать как сокращенные варианты записи последовательностей типа 5'-рА рАрС и-3' н т.п. Относительные величины, отражающие включенне о~дельных аминокислот в состав полнпептндов, сннтезнруемых в присутствии (А: С = = 5:1)-сополнмера, приведены в табл.
12.5,А. Наблюдается включение шести различных аминокислот. Наиболее часто включаюшуюся в полипептнды аминокислоту — лизин, как мы знаем, кодирует трнплет ААА, а наименее часто встречающуюся — пролнн-трнплет ССС. Основываясь на расчетных данных таблицы 12.4, можно установить соответствие между определенными аминокислотами н трнплетамн определенного состава. Результаты аналогичного экспернмента, основанного на нспользованнн сополнмера, содержащего А н С в соотношении 1: 5, показаны в табл. 12.5,Б.
Подобные экспернменты позволяют установить состав кодонов, соответствующих данной аминокислоте, однако не дают никакой информации о последовательности оснований в этих кодонах. Одним нз подходов к установлению последовательности в кодонах является использование синтетических мРНК с известной последовательностью. Например, панкреатнческая рнбонуклеаза (эндонуклеаза, специфичная к пнрнмнднновым нуклеотндам) может расщеплять сополнмер с составом А: С = 25: 1 только по 3'-концу остатка С с образованнем молекул мРНК, нмеющнх общую структуру, близкую к А„С.
Такая матрица направляет синтез олнголнзнна, содержащего на С-конце остаток аспарагнна. Это свидетельствует о том, что кодон ААС соответствует аспарагнну, а также доказывает, что трансляция матрицы протекает в направлении 5' -+ 3', поскольку прн счнтькваннн в противоположном направлении происходил бы синтез олнголнзнна с )ч(-концевым глутамнном (САА). 78 Экспрессия генетического материала Сумма частот встречаемостн трнплетов для каждой амппо- кислоты Оптнмнзпрованное соотнесение трнп- летов (рассчнтанные частоты встре- чаемостн) Аминокислота Относнтельное включение амннокнслотм ЗА 2А)С САЗС ЗС (100 60 12 0,8) А А;С=5:1 Аспарагнн Глутамнн Гистиднн Лизин Пролин Треоннн 24,2 23,7 6,5 100 7,2 26,5 20 20 20 20 4,0 4,0 100 40 08 4,8 4,0 24,0 20 (0,8 12 60 100) Б А:С=1;5 Аспаратин Глутамин Гнстнднн Лизин Пролнн Треонин 5,3 5,2 23,4 1,0 100 20,8 3,3 33 З,З З,З 16,7 16,7 0,7 0,7 !6,7 83,3 100 3,3 16,7 20 По Яреует АР.
ес о). (!963). Сом зрппа Насьот зуюр. Опаля В1о)., 28, 559. Более систематическое определение структуры кодонов предпринял химик-органик Хар Гобинд Корана. Он разработал методы химического синтеза матриц с известной последовательностью и осуществил синтез всех 64 триплетов, которые могут входить в состав мРНК. После того как такие молекулы были синтезированы, появилась возможность окончательно определить значение всех «слов» генетического кода, Достижение этой цели удалось ускорить благодаря тому, что в присутствии некоторых тринуклеотидов происходит, как было обнаружено, специфическое связывание определенных аминоацил-тРНК с рибосомами.
Взаимодействие между синтетическим кодоном и соответствующим антикодоном, входящим в состав аминоацил-тРНК, осуществляется при участии рибосом и имитирует этап антикодон-кодонового узнавания, который действительно реализуется в ходе трансляции (см. гл. 11). Этот метод позволяет большинству кодонов, хотя и не всем, сопоставить определенную аминокислоту, как показано в табл. 12.6. В результате использования описанных выше методов удалось полностью расшифровать генетический код (см. табл.
12.1); показано, что 61 из 64 возможных триплетов кодируют какую-либо аминокислоту. Правильность соотнесения кодонов и аминокислот была подтверждена при анализе аминокислотных замен в мутантных белках оболочки ВТМ и гемоглобинов человека, основанном на представлении о том, что каждая точечная мутация связана с изменением одного нуклеотида в триплете.Пример такого сравнительного анализа для мутантных человеческих р-глобиновых цепей приведен на рис. 12.4. Один из важнейших выводов, который может быть сделан на основе Таблица 12.5. Соотнесение кодонов определенного состава и соответствующих нм аминокислот на основе сопоставления относительных величин, отражающих включение аминокислот в состав полипептидов, синтезнруемых по случайному АС-сополимеру н качестве матрицы 12.
Генеглическпй код 79 Табанил 12.6. Специфичность связывания аминоацил-тРНК рибосомами Гь со!! в присутствии различных тринуклеотидовц Связывание вминовцил-тРНК с рибосомвми (пикомоли) Кодои (-) Кодом (+) Кодон (-) Кодон (+) Кодон ['4С] Аргинил-тРНК 1 (39,4 пикомоль) [ Н] Аргинил-тРНК П (19,3 пикомоль) ООУ ООС ООА ООО А(Л1 А(ЗС А13А 0,26 0,50 0,33 0,75 0,26 0,58 0,33 0,92 (ЛШ (3(3С ['ЯС] Пролил-тРНК 1 (3,2 пикомоль) ['4С] Пролил-тРНК 11 (5,4 пикомоль) 0,09 0,09 0,15 0,30 0,48 0,42 0,71 0,81 0,07 0,07 0,07 0,07 ССУ ССС ССА ССО 0,39 0,39 0,39 0,39 " Цифры, соответствующие положительному ответу, выделены жирным шрифтом.
Сравните наблюдаемую специфичность связывания с твбллдей генетического кода (табл. !2.!). Аминовцил-тРНК ! и П представляют собой химически отдичные молекулярные формы (юовклелторные тРНК). (По зан П., Саетауп А, Веса и. !967. 1. Мо!. В!о!., 29, 97.) полученных результатов, заключается в том, что генетический код практически полностью вырожден. Только две аминокислоты — метионин и трнптофан — представлены единичными кодонами. Метиониновый кодон А(7О служит также сигналом для инициации синтеза полипептид- СОУ СОС СОА СОО АОА АОО О,!9 0,54 0,19 0,29 0,19 0,2! 0,19 1,24 0,19 0,22 О,!9 0,19 [звС] Глицил-тРНК 1 (32,1 пикомоль) 0,83 1,1! 0,83 1,39 0,83 4,38 0,83 4,46 ['4С] Изолебцнн-тРНК 11 (7,0 пикомоль) 0,18 0,96 0,18 1,20 0,18 0,16 ['ЯС] Фенилаланнл-тРНК 1 (13,4 пикомоль) 0,16 2,61 О,!6 1,29 0,16 2,21 0,16 О,!4 0,16 0,14 0,16 0,30 [' С] Глнцнл-тРНК П (47,1 пикомоль) 1,18 4,16 1,!8 4,94 1,18 1,49 1,18 2,79 ['Н] Изопейцнн-тРНК 1 (5,3 пикомоль) 0,05 0,32 0,05 0,43 0,05 0,05 [!ЯС] Феннлаланил-тРНК П (11,9 пикомоль) 80 Ф- Ал СЬ САА гул ЗАА С Чй Сгц с А С Д- Алз НВ САС Ат Ссц с А С АСА С ту ~АС с » А1г1 гул зАА С С1» «АА С ной цепи.
Три некодирующнх триплета — ~ЛАА, УАО, ООА, как будет яс- но из дальнейшего, выполняют функции сигналов терминации трансля- ции. Особенности построения генетического кода Если внимательно рассмотреть таблицу генетического кода (табл. 12.1), то легко заметить некоторые особенности в построении кодонов, связанные, по всей видимости, с таким свойством кода, как вырожденность.
Видно, что для большинства кодонов первые два иуклеотида с точки зрения смысловой нагрузки имеют как бы большее значение, чем нуклеотид в третьем положении. Можно отметить существование восьми групп или «семейств» кодонов, в которых третье положение может быть занято любым нуклеотидом. Так, серину соответствует шесть кодонов, из них четыре относятся к семейству 13СХ (Х-любой из четырех нуклеотидов), валин кодируют кодоны О1ЛХ, а глицин-семейство ООХ.
Другим аминокислотам соответствуют кодоны, для которых вы- Рнс. 12.4. Аминокис- лотные замены, обна- руженные в шести раз- личных мутантных б- цепях человеческого ге- моглобина А, затраги- ваю шие аминокнслотные остат- ки в положениях 6, 63 и 12!. Показаны все кодоны, которые мот- ли бы отвечать нор- мальным и мутантным аминокислотам. За- метьте, что в каждом случае замену амино- кислоты можно объяс- нить заменой единич- ного нуклеотнда (выде- лен пветом) в соответ- ствующем кодоне. Экспрессия генетического материала 12.
Генетический код Таблица 12.7. Правила неоднозначного соответствия при антикодон-кодононом взаимодействии Первое положение антняодона Третье положение аодоиа А О О (3 С С А С А О рожденность по третьему положению ограничивается пуринами (А или О) или пиримидинами (1) или С). Например, лейцин кодируют триплеты Ш4 (а также семейство С(Л!ь!), а тнрозин-триплеты (ЗАС'.
Крик предложил ряд правил, описывающих особенности кодон-антикодоновых взаимодействий, которые связаны с третьим положением в кодоне (табл. !2,7), н получивших название правил неоднозначного соответствия (гипотвза качаний, юоЬт!е пт!ев). Согласно гипотезе Крика, различные виды молекул тРНК могут узнавать два или более двух различных кодонов в зависимости от того, какой нуклеотнд находится в первом положении антикодона.
Таким образом, для считывания генетического кода необходимо существование не менее 32 видов молекул тРНК. Данные„приведенные в табл. !2.6, показывают, что молекулы тРНК определенного вида могут узнавать более одного кодона. Более того, этн данные свидетельствуют о том, что в клетках присутствуют химически различные виды тРНК, специфичные к одной и той же аминокислоте (изоакцепторные тРНК), которые в ряде случаев узнают различные кодоны.
Так, изоакцепторные аргининовые тРНК 1 и тРНК 11 проявляют различную кодоновую специфичность (табл. !2.6). Из этих данных следует, что для узнавания СОХ-семейства аргининовых кодонов достаточно двух генетических видов тРНК са. Согласно правилам неоднозначного соответствия, тРНК""Я 1 должна нести антикодон ССО, узнающий кодаи СОО (кодон-антикодоновое взаимодействие осуществляется при антипараллельной ориентации триплетов, и, поскольку нумерация в нуклеотидной цепи традиционно начинается с 5'-конца, третье положение кодона соответствует первому положению антикодона). Из тех же правил следует, что тРНК"'к 11 должна обладать антикодоном 1СО, который может узнавать кодоны СОС. Таким образом, не- А смотря на вырохщенность кода, нет необходимости в использовании особого вида тРНК для каждого кодона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
