Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 8
Текст из файла (страница 8)
На рисунке 3чССА-коиец находится справа вверху, а антикодоновая петля- внизу. (По Анн 5.Н. ет и!. 1974. Яс!енсе, 185, 435 Спрут!8Ы 1974 Ьу Гйе Аптепсап Аааос!ат!оп Гог Ас(уапсептеп! оГ Бс!енсе.) лкивированный пурин 11. Передача информации е клетках Аивяеаает.трни . (0 н н н-и'+ге +Адеиоэака-®-® — — ь н н с - о-о н к о- п-(КРАда ноле к н н н-н+-1 — се н к 1 , Адекеаае Е + Айеееацел- трнк. Алании аенаааааа н — с-н Ф (г) но он у" н-н"-~-с~ 'о-фЫаа~~ енин н — с-н торые подробно обсуждаются в следующем разделе. Оба этапа необходимы для точной трансляции мРНК с образованием белкового продукта, аминокислотная последовательность которого в точности отражает нуклеотидную последовательность соответствующего участка ДНК.
Аминоацил-тРНК. Ковалентное связывание аминокислоты с молекулой соответствующей тРНК происходит при участии специфического фермента -аминоацил-тРНК синтетазы. Существует 20 видов ферментов этого типа-цо одному для каждой из 20 аминокислот. Это сложным образом организованные ферменты, каждый из которых способен специфически узнавать вполне определенную аминокислоту н соответствующую тРНК н катализировать процесс ковалентного связывания акарбоксильной группы аминокислоты с 3'-ОН-группой остатка аденозина на — СрСрА,„-конце тРНК.
Этот процесс, который мы пронллюстрируем на примере одной из аминокислот — серина, протекает в две стадии. Первая стадия-это активация аминокислоты (рис. 1!.7): Серил-тРНК-синтетаза + серии + АТР [серилацил-АМР)серпл-тРНК-синтетаза + РР, (напомним, что символом РР, обозначают молекулу пирофосфата). На этом этапе образуется серилацил-АМР— промежуточное соединение, со- держащее энергетически богатую ковалентную связь и существующее в виде молекулярного комплекса с ферментом.
Рнс. 11.7. Активация аминокислоты осуществляется аминоацнл-тРНК-сннтетазой (окрашенный овал) в лва этапа. Образование богатой энергией амнноаднльной связи (волнисзая линия) обеспечивается эа счет гндролнэа АТР. 42 Зкспрессия геиетическоео машериала На втором этапе (см.
рис. 1!.7) происходит перенос активированной аминокислоты на 3'-ОН-конец соответствующей тРНК. При этом высокая энергия связи серилацил-АМР переходит к возникающей связи серил-тРНКз" и далее используется для образования пептидной связи. (Серилацил-АМР2еерил-тРНК.сннтетаза + тРНКа« серил-тРНК ' + серил-тРНК-сннтетаза + АМР. Аминоацил-тРНК-синтетазы играют ключевую роль в обеспечении тех процессов, благодаря которым генетическая информация, столь аккуратно передающаяся в неизменном виде от поколения к поколению, столь же точно выражается и на этапе трансляции. Очевидно, что точность процесса трансляции должна зависеть от того, с какой точностью каждая аминоацил-тРНК синтетаза сможет из всего набора аминокислот выбирать одну определенную аминокислоту и присоединять ее к соответствующей тРНК.
Важное значение для обеспечения точности трансляции имеют дополнительные ферментативные функции, присущие аминоацил-тРНК-синтетазам. Одну из этих функций, которую можно назвать контролирующей (»ег())сщ(ол 1«лс1(ов), мы проиллюстрируем на следующем примере. Представим себе, что изолейцил-тРНК- синтетаза случайно узнает «чужую» тРНК и за счет этого вместо изолейцил-тРНК"' образуется, например, изолейцил-тРНК»ь'. Такая ошибка могла бы привести к ошибочному включению в синтезируемую белковую цепь остатка фенилаланина вместо изолейцина. Однако оказывается, что фенилаланил-тРНК-синтетаза может «опознать» неправильный ассоциат между «своей» тРНК и «чужой» аминокислотой и гидролизовать его до свободных изолейцина и тРНКгь'.
Другая корректирующая функция (ргоо/геайад7иис!(ол) отличается от рассмотренной выше, и ее можно проиллюстрировать следующим примером. Допустим, что на стадии активации аминокислоты изолейцил- тРНК-синтетаза ошибочно принимает валин за изолейцин: Изолейанл-тРНК-снитетаза + валин + АТР— (валилацил-АМР2 нзолейцил-тРНК-снитетаза + РР, Тогда на следующем этапе при взаимодействии возникшего «неправильного» комплекса с тРНК'в (см. рис. 1!.7) вместо образования валил-тРНКш индуцируется гидролиз валилацил-АМР до валина и АМР: '(Валилацил-АМР]нзолейнил-тРНК-сннтетаза + тРНК'»в валин + тРНКв' + нзолейцил-тРНК-сшггетаза + АМР.
Таким образом, аминоацил-тРНК-синтетазы действительно играют важнейшую роль в процессе трансляции генетической информации, связывая определенные аминокислоты с соответствующими антикодонами. Кроме того, благодаря дополнительным контролирующим и корректирующим функциям эти ферменты обеспечивают высокую точность трансляции, всякий раз подвергая соответствие между антикодоном и аминокислотой по крайней мере еще одной дополнительной проверке.
Так, если в приведенном выше примере частота «ошибочной» активации аминокислоты при действии изолейцил-тРНКюинтетазы составляет 1 валин на 100 молекул изолейцина, а наблюдаемая ошибка коррекции не выше 1 на !80, то общая ошибка трансляции не будет превышать 1!100 1)180 = 1/1 8000. 11. Передача информации в клетках 43 Рис.
11.8. Схематиче- ское изображение структуры рибосомы Е. со!г. (По %5(500 1. 11. 1976. Мо1ссл1лг Вю!обу о1 Г(ге бепе, Згд сд., ЗЦ. А, Вел)ат)п, Меп!о Раг14, Слйб) ( — )~ (М,«2,1 х Рзе) (М «0,5 х Рве] (М, 1,5 х Ю') 505 заз 55 Рибосомлаи РНК (м ак ни) 5 Рибосомлаи РНК М„«0,5" 1Оа) 235 Рибосомлаи РНК (М, 1,2 " 1Ое) ° ° е ° ° е ° ° ° ° ° ° и е ° ° ° е; ° е е ° е Ф е ° * ° ° 32 специфических рибосомлых белка 21 специфический рибосомлый белок Образование пеитиднай связи. Следующий этап биосинтеза белка после образования аминоацил-тРНК заключается в их «расстановке по порядку» и замыкании пептидных связей между соответствующими аминокислотами.
Процесс расстановки осуществляется с помощью рибосом в соответствии с последовательностью кодонов в мРНК. Рибосомы представляют собой крупные нуклеопротеидные структуры, в которых три основные цепи рРНК находятся в комплексе с набором специфических рибосомных белков (рис.
11.8). Рибосомы состоят из двух субьединиц. У бактерий это так называемые 308- и 50$-субьединицы (8-константа Сведберга, используемая в качестве единицы размера, который оценивают по скорости седиментации частиц в растворе при центрифугировании). Рибосомные субъединицы эукариот обычно несколько крупнее (408 и 608). Целые рибосомы, образующиеся при взаимодействии большой и малой субъединиц, характеризуются значениями констант седиментации 70$ (бактерии) и 808 (эукариоты). Хлоропласты и митохондрии эукариотических клеток располагают своими собственными рибосомами, которые по размеру ближе к прокариотическим, чем к цитоплазматическим рибосомам эукариот.
Большая часть ДНК, обнаруживаемой в хлоропластах и митохондриях, содержит информацию о структуре компонентов их собственной системы биосинтеза белка. Экспрессия генетического материала Рис. 11.9. Струкгура метионнна и 1ч'-фор- милметнонина. Н О ~ и)! ~~ге Х г С сн, Снг 1 — сн, Н О ! !! ннс Н С ~ОН ! Сне сн, з — сн Мегионин (Меб ги Формииметиони н (Пиег1 Синтез всех полипептидных цепей протекает в направлении от г(- конца к С-концу и всегда начинается с метионина.
У некоторых поли- пептидов инициирующий Х-концевой остаток метионнна отщепляется еще до завершения синтеза всей цепи. Инициация синтеза полипептидной цепи всегда происходит при участии тРНКмм особого типа, обозначаемой тРНК; ". В бактериях ХН -группа инициирующего метнонина блокируется формильной группой (рис. 11.9) с образованием )е)-формилметионил-тРНКМ".
Сразу же после начала синтеза цепи происходит отщепление формильной группы. В то же время у эукариот инициирующий остаток метионина в метионил-тРНКМ" не формилнрован. Как в прокариотах, так и в эукариотах остатки метионина, находящиеся внутри полипептидной цепи, переносятся тРНКмм второго типа.
Инициация синтеза полипептидной цепи начинаегся с присоединения малой рибосомной субьединицы к соответствующему центру связывания на мРНК, включающему инициаторный метионнновый кодаи А()Сг. Вслед за этим происходит связывание )е(-формилметионил-тРНКМ" за счет взаимодействия между ее антнкодоном и кодоном АСС (рис. ! 1.10). В этом процессе участвуют три белковых фактора инициации: 1Г!, 11г2, 1ГЗ.
Фактор 1ГЗ сначала связывается с малой рибосомной субъединицей, что предотвращает ее взаимодействие с большой субьединицей и открывает возможность связывания с мРНК. В инициаторном комплексе фактор 1Г2 содержит в качестве кофактора связанный бТР. Последующее взаимодействие комплекса с большой рибосомной субьединицей сопровождается вытеснением факторов инициации н расщеплением СТР— С(ЭР + Р,. В большой субъедииице находятся два участка связывания тРНК -участок связывания пептиднл-тРНК (нли Р- участок) н участок связывания аминоацил-тРНК (А-участок). Инициирующая г (-формилметионил-тРНКм'г прикрепляется к Р-участку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
