Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Генетический код изображен на рис. 4.5. Отчетливо видно, что код- вырожденный: 20 аминокислот представлены 6! кодоном. Почти каждой аминокислоте соответствует несколько кодонов-синонимов. Число кодонов для одной аминокислоты достаточно хорошо отражает частоту всэречаемости данной аминокислоты в белках. Как видно на рис. 4.6, такая корреляция наблюдается для всех аминокислот, за исключением аргинина.

Другой особенностью кода является тенденция к группировке кодонов, соответствующих одной аминокислоте. Часто основание в треп ем положении кодона оказывается несущественным для его специфичности. Одна аминокислота может бьшь представлена четырьмя кодонами, различающимися только по гретьему основанию. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину в э.юм положении. Меньшую специфичность этого положения в кодоне называют вырожденностью третьего основания. Эта особенность, а также тенденция к сходству кодонов для аминокислот одного типа (т.е. полярных, гидрофобных и т, д.) сводят до минимума эффект мутаций, При такой организации кода случайно возникшая замена основания с большей вероятностью (чем при случайном подборе кодонов) приведет к замене на сходную аминокислоту нли же замены не произойдет вовсе.

4. Расшифровка генетического кода а 6 $ 3 й о о 4 6 6 зо зг ожллаемья «ваюзл Ряа. 4.6. Число додонов длл каждой аминокислоты коррелирует с члсгатай встрачдемасти данной аминокислоты в белках. Исклю ~енла составляет аргиллл, нас«альку л эулариатлчаалай ДИК дчю лат ь й латрачлетал раль« Паэт«му ~азыра ««дала. ааазвезатлующле лр1илллу, латарые начинаются с этага дудлачл, встречаются реже, чем слсдавлла бы ажлллть, лаладл только лз аастллл лл оснований ся. Если такой кодои находится в синтетическом полинуклеотиде, синтез белка происходит только до места расположения такого кодона.(Это, однако, не очень строго доказано из-за некоторых недостатков системы зп уйго ) Как показал анализ мутапий, роль этих кодонов ш у|уо отличается от роли всех остальных кодонов. Точковую мутацию, которая приводит к изменению триплета на колон для другой аминокислоты, называют миссенсмутацией.

Влияние такой мутации на белок зависит от природы аминокнслотной замены. Если же в результате мутации образуется один из грех кодонов-терминаторов, это приводит к преждевременной терминации синтеза белка в том месте, где расположен мутантный кодон. При этом нарушится функция белка, так как в мутантной клетке синтезируется только часть белковой молекулы. Такие мутации называют нонсенс-мутациями. ) Иногда термин «нонсенс-кодон» используют для обозначения кодонов-терминаторов. «Нонсенс» (бессмысленный)- неправильное название для этих кодонов, так как они имеют вполне определенный смысл, хотя и неблагоприятный для мутантного гена.З Мутации типа «нонсенс» и «миссенс» впервые удалось разграничить благодаря генетическому тесту, использованному Бензером и Чеймпом (Вепгег, Озашре) в 1961 г.

Существует вариант фага Т4, у которого лелезирован промежуток между цистронами гПА и гПВ. В результате оба цистрона соединились воедино, и вместо двух отдельных белков синтезируется один слившийся белок. У этого белка сохраняется активность белка В, несмотря на соединение двух полипептидов. На рис. 4 7 показано, как можно различать нонсенс- и миссенс-мутации в г!!А- области.

Для этого нужно сконструировазь двойной мутант, который кроме исследуемой мутации несет делецию, соелиняющую цистроны А и В. Если в г!)А-обласги возникла миссенс-мутация, то активность гПВ-цнстрона не будет нарушена. Но если возникнет нонсенс- мутация, синтез белка остановится и полипептид В не синтезируется. У нонсенс-мутаций, отобранных таким методом, была обнаружена интересная особенность: их поведение зависело от штамма Е, со(1, использованного в качестве клетки-хозяина. Была создана условно-летальнаи система, аналогичная той, которую мы описывали в конце гл. э В непермиссивных штаммах мутанты фага не размножаются из-за нонсенс-мутации, прекращающей синтез белка.

Однако те же самые мутанты размножаются в пермиссивных штаммах бактерий. Это происходит благодаря тому, что пермиссивные штаммы бактерий содержат мутации-супрессоры, преодолевающие эффект нонсенс- мутаций фага. Супрессором служит мутантная форма амнноацил-тРНК, которая узнает кодон-термина.юр и вставляет в этом месте свою аминокислоту. Таким образом, прерванный ранее синтез белка продолжается, проходя мутантный сайт (см. гл. 7). По чувствительности к различным супрессорам нонсенс-мутации делятся на три класса.

Исходный класс нонсенс-мутаций, изолированных у фага Т4, был назван амбер-мутациями. Все эти мутации оказались чувствительными к одному супрессору Е. со(з. Анализируя способность мутантов фаза размножаться на разных штаммах Е со(1, несущих амбер-супрессоры, обнаружили новый класс нонсенс-мутаций, названный охра-мутациями. Мутации типа «охра» не супрессируются амбер-супрессорами, а соответствующие им супрессоры называют охра-супрессорами.

Интересно, что охра-супрессоры способны супрессировать и амбер- и охра-кодоны, что говорит о возможном сходстве этих типов нонсенс-мутаций. Позднее был обнаружен третий класс нонсенс-мутаций, которых назвали опал-мутациями. Опал-мутации не чувствительны ни к охра-, ни к амбер-супрессорам, а нх супрессоры не действуют на кодоны-терминаторы типа «охра» и «амбер». Нуклео гидную последовательность кодонов-терминаторов сначала определили, исходя из особенностей мутаций, вызвавших их образование.

Зная, какие аминокислоты находились на месте мутантных кодонов-терминаторов, установиди, что амбер-кодону соответствует триплет ПАО, охра-кодону — ()АА, а опал-кодону — 13ОА. Позднее эти же значения были получены при определении нуклеотидной последовательности генов, несущих соответствующие нонсенс-мутации. Во всех проведенных экспериментах наблюдали, что любой из кодонов 13АО, ~3АА или ГОЛОА, появившихся в результате нонсенс-мутации, вызывает остановку белкового синтеза. Однако используются ли эти же сигналы для обычной остановки синтеза белка в конце генов'? Оказалось, что в конце всех генов с зизвестной нуклеотидпой последовазельностью всегда находится один (а иногда не менее двух) кодонов-терминаторов, расположенных непосредственно ззосле кодона для С-концевой аминокислоты белка дикого типа.

Следовательно, это обычные сигналы которые действуют и внутри гена, если они там возникают в результате мутации. Ни для одного из кодонов-терминаторов не найдено соответсз.вующей тРНК. Это исключает возможность механизма терминации с участием специальной тРНК, которая узнает нонсенс-сигнал для прекращения белкового синтеза.

Вместо эгого существуют сигнальные белковые факторы, которые вступают в действие как раз в тот момент, когда рибосома доходит до кодона-терминатора. Таким образом, терминирующие кодоны являются знаками пунктуации, механизм действия которых отличается от механизма дсйствия кодонов, детерминирующих аминокислоты. Часть Е Природа генетической информации Белок обпадаег В активиютью, несмотрл на мутацию в А.обпмтн Один белок, оююдаювмй В.активностью бмпвик ббииббб Белка, соотеетствуююего В области, ет Белок А Белок В беянббб »)ж трпртюьтртоаибт)ас 1, Иормальнмй Фм : фЖРБЖРСПЯббс тд)ОХ Миссенс- мутацил у мугама губер делегирован промемуток мемду абластлми А п В Универсален ли код? Рис.

4.7. Использование дслсции г15о9 у фага Т4 позволяет раэ личить нонсенс- и миссепс-мутации. Генетический код первоначально был установлен у бактерии Е. сой. Естественно возник вопрос: таков ли он и у всех других живых организмов? Известно, что мРНК одного вида может быть правильно прочитана ш 9Ьо и ш у)1го белок-синтезирующим аппаратом другого вида. Теперь уже разработано много таких гетерологичесиих систем трансляции. Сам факт их успешного действия указывает, что кодоны, используемые в мРНК одного вида, имеют такой же смысл для рибосом и тРНК других видов. Это говорит о постоянстве кода. Прямое доказательство универсальности кода было получено при сравнении последовательностей ДНК с соответствующими белковыми последовательностями.

Оказалось, что во всех бактериальных и эукариотических геномах используются одни и гпе эссе пиборы кодовых значений. Однако состав оснований различных геномов сильно варьирует в противоположность относительному постоянству аминокислотного состава белков. Можно думах.ь поэтому, что различные виды используют различающиеся характерные наборы кодонов-синонимов. Действительно, наблюдаемое постоянство аминокислотного состава можно объяснить только вырождеиностью генетического кода, Первые исключения из универсальности генетического кода были недавно обнаружены в митохондриях некоторых видов. Во всех случаях было замечено одно общее изменение: кодон т?ОА читался так же, как (ЗОО, и поэтому из кодона-терминатора превратился в кодон для триптофана. Другие изменения были специфическими для каждого вида.

У дрожжей кодон С13А и, возможно, все семейство С(Лц( кодирует треонин вместо лейцина. У млекопитающих А(?А имеет то же значение, что А(5О, и означает метионип вместо изолейцина. Кодоны АОА и АОО вызывают терминацию цепи, а не кодируют аргинин. Некоторые из этих изменений приводят к упрощению кода в том смысле, что два кодона, которые имели разное значение, замещаются парой кодонов с одинаковым значением.

Универсальность кода (игнорируя эти редкие исключения) свидетельствует о том, что он сложился очень рано в процессе эволюпии. Согласно некоторым моделям, первоначально должны были существовать некоторые стереохимические взаимоотношения между аминокислотами и их кодонами. Затем, по мере развития белок-синтезирующий системы, шел отбор иа увеличение эффективности и уменьшение числа ошибок, Возможно. сначала код существовал в примитивном виде, когда малое число кодонов обозначало сравнитель- но небольшое число аминокислот; один кодон мог' соответствовать любому члену одной группы аминокислоз. Более точное значение кодонов и большее число аминокислот могли быть введены позже.

Характеристики

Список файлов книги