Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Процесс терминацин иа истинных термннаторных кодонах происходит также не со 100;~гной эффективностью. Некоторые мРНК в действительности содержат два тандемных терминаториых кодона гчасто это кодоны различного типа) на конце кодирующей последовательности. Возникновение таких тандемных термннаторных сигналов в эволюционном отношении, вероятно, обусловлено необходимостью более надежно обеспечивать терминацию трансляции. В тех случаях, когда терминацни трансляции на соответствующих кодонах не происходит, в результате «сквозной» трансляции кодонов, следующих за термина- торным сигналом, образуются белки с избыточной С-концевой последовательностью (геаййгоидЬ ргоге)вк). Возможно, «сквозная» трансляция происходит прн участии некоторой супрессорной активности, характерной для нормальных клеток, хотя генетическая природа этой активности окончательно еще не установлена.
Образование белков с избыточной последовательностью играет определенную роль при обычной инфекции фатами Х н О)). В ретнкулоцнтах кролика была зарегистрирована сквозная трансляция ))-глобиновой мРНК, функциональное значение которой пока неизвестно. Обнаружено, что проявляющаяся в ретикулоцитах 1)ОА-супрессорная активность обусловлена наличием особого вида тРНКтч', способной подставлять триптофан в положение, соответствующее этому термииаторному кодону, и тем самым приводить к сквозной трансляции.
Удавалось наблюдать сквозную трансляцию, проходящую через термннаторные кодоны )ЗАО и 1)СтА, но не через кодон 13АА. Судя по всему, кодон 13АА служит наиболее эффективным сигналом, используемым для терминации трансляции. Не исключено, что наблюдаемая в норме сквозная трансляция является проявлением еще одного, пока еще слабо изученного механизма, позволяющего дополнительно расширить возможности использования содержащейся в геноме информации. В процессе обеспечения точности полипептидного синтеза принимают участие и рибосомы. Так, антибиотическое действие стрептомицнна реализуется за счет связывания с одним нз рибосомных белков и остановки синтеза белковой цепи.
При низкой концентрации стрептомицина в среде клетки Е. сой Ягэ, несущие нопзенэе-мутации, приобретают способность к супрессии всех трех видов нопзензе-кодонов, Мутации, в той или иной степени изменяющие структуру рибосом, оказывают влияние на точность трансляции. Так, 81га-мутанты Е. со)1 обладают измененным ЗОБ-рибосомным белком, благодаря которому заметно повышается эффективность преждевременной терминации трансляции на возникших в результате мутаций понзепзе-колонах.
Другая мутация, тат (пЬозота1 атЬГди)гу тиюбоп), действует на тот же 308- 95 12. Генеглический код рибосомный белок и повышает частоту «пробоя» ползепзе-мутаций. В клетках, несущих лолзелзе- или язпхелзе-супрессоры, мутация гаги повышает эффективность супрессии. Таким образом, можно отметить, что, помимо обычных актикодоикодоновых взаимодействий, существует еще целый ряд факторов, влияющих на процесс считывания колонов с мРНК.
Точность образования пары антикодон — кодои зависит от структуры участков молекулы тРНК, расположенных за пределами антикодоновой петли, и от структуры определенных участков рибосомы. Кроме того, в соответствии с гипотезой Крика образование системы водородных связей между антикодонами и кодонами не является строго однозначным, т.е.
допускает определенное разнообразие структур соответствующих элементов. На все эти факторы могут влиять мутации, возникаю|цие в генах, копирующих структуру любых компонентов трансляционного аппарата. В ходе эволюции у прокариотических и эукариотнческих организмов сформировались системы бносинтеза белка, которые по структурной организации существенно отличаются друг от друга. С учетом этого обстоятельства, а также того, что сам процесс узнавания кодонов может подвергаться определенным генетически обусловленным модификациям, можно только удивляться тому, что как прокариоты, так и эукариоты используют совершенно идентичный генетический код, представленный в табл. 12.1.
Универсальность генетического кода — наиболее серьезное подтверждение эволюционных представлений, согласно которым все организмы произошли от одного общего предка, Именно поэтому весьма неожиданным оказалось, что генетический код митохондрий, как было впервые установлено в 1979 г., характеризуется отличными от обычных значениями некоторых кодонов и некоторыми особыми правилами узнавания кодонов. Генетический код митохондрии Методы клонирования и секвенирования ДНК позволили провести тщательный сравнительный анализ генетической организации митохондриальных геномов у целого ряда организмов, от грибов до человека. Определение полной нуклеотидной последовательности человеческой митохондриальной ДНК, содержащей 16569 нуклеотидных пар, было завершено в 198! г.
Известны также частичные последовательности митохондриальных геномов быка, дрожжей и 1чеигохрога. Полученные результаты свидетельствуют о том, что митохондриальные геномы высших и низших эукариот, кодирующие примерно олин и тот же набор функций, в то же время характеризуются различиями в смысловом значении некоторых кодонов, в правилах антнкодон-кодонового узнавания и существенными различиями в общей структурной организации. Можно полагать, что существенным фактором эволюции митохондриальных геномов была селекция на максимальную структурную компактность при максимальной информационной нагруженности (см. Дополнение 12.1). Это, вероятно, достигалось за счет таких изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК.
При этом митохондрии млекопитающих, характеризующиеся наиболее компактной организацией генома, подверглись соответ- 96 Экспрессия генетического материала отвеина более существенным эволюционным изменениям, чем митохондрии грибов. Генетический код, используемый в митохондриях, удалось расшифровать с помощью сопоставления аминокислотных последовательностей митохондриальных белков с соответствующими фрагментами нуклеотидиой последовательности митохондриальной ДНК. Так, оказалось, что и у дрожжей, и у млекопитающих триптофан кодируется как триплетом 1)ОО, так и триплетом 15ОА, который, согласно табл.
12.1, служит терминаторным кодоном. Например, в аминокислотной последовательности субьединицы П митохондриальной цитохром-с-оксидазы человека из пяти остатков триптофана три соответствуют кодону ЮОА, а два других — кодону 1)ОО. Поэтому ясно, что кодаи 1)ОА в митохондриях человека не может выступать в роли терминатора трансляции. Расшифрованный таким образом генетический код, используемый в митохондриях человека, представлен в табл.
12.9. Среди других отличий от обычного универсального кода можно отметить то, что колон А1)А вместо изолейцина кодирует метионин, а триплеты АОА и АОО являются не аргининовыми кодонами, а сигналами терминации трансляции. Анализ нуклеотидной последовательности митохондрнального генома свидетельствует о том, что он содержит только 22 гена тРНК, что соответствует существенно меньшему разнообразию, чем в случае универсального кода, для считывания которого необходимо иметь 32 вида тРНК. Структура антикодонов митохондриальных тРНК указывает на то, что нескольким группам кодонов 1«четверкам», отмеченным в табл.
12.9) соответствует по одному виду тРНК. Первое положение антикодона в этих тРНК занимает остаток урацила, способный, таким образом, к образованию пары 1):Х с любым из четырех нуклеотидов в третьем положении кодона. Остальные кодоны группируются в «пары». Каждой из них соответствует один вид тРНК, в антикодоне которых первое положение занимает либо О 1связывается с 11 или С, см.
табл. 12.7), либо модифицированный остаток урацнла, который может связываться только с А или О. В митохондриальной ДНК был идентифицирован только один ген, кодирующий тРНК ~, в то время как в самих мнтохондриях удается обнаружить оба вида метионин-специфичной тРНК вЂ” тРНК',"' и тРНК ". Происхождение митохондриальной тРНКм" пока остается неизвестным. Судя по всему, инициация трансляции в митохондрнях происходит как на обычном А1Ж-колоне, так и на кодонах А1)А и А1ЛЗ. Для этого, по-видимому, необходимо, чтобы в антикодоне СА1) произошла модификациа С, позволяющая ему образовывать пары с О, А и 1).
Аналогичные исследования генетического кода митохондриальных геномов дрожжей и Хеиголрога выявили определенные отличия как от универсального генетического кода, так и от кода, используемого в митохондриях человека. В митохондриях дрожжей и Хеиголрога, так же как и в человеческих митохондриях, триплет 1)ОА считывается не как терминаторный, а как триптофановый кодаи. В дрожжевом митохондриальном коде в отличие от всех остальных, включая универсальный, семейство триплетов типа С1)М кодирует не лейцин, а треоиин.
Трансляция всего этого семейства, так же как и в митохоидриях других организмов, осуществляется с помощью одного типа молекул тРНК, несущих антикодон 1)АО. Как в дрожжевых, так и в человеческих 12. Генетический код 97 Таблнна 12.9. Генетический код митохондрий человека" В» рее ееяе:еевич СС)1 ЦСС ~ ЦАП САС ~ псс ссп ~ СЦС САА Тег САС То ПСА САП САС ~ Спс СОС Аги СОА ССС Сей ОСА ССС Рю ССА АСС ~ АСС АСП ААС ~ АСС тьг АСА То тег САП САС ~ СОС ООС ОСА ССС АЬ ССА СПС ЧЫ ОСА САС СО О1)с митохондриях триплеты Абф кодируют аргинин, а триплеты и АСС вЂ” изолейцин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
