Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Сначала только первые два из трех оснований в кодоне могли быть использованы для узнавания, а роль третьего положения определилась позднее. С этим согласуется тип кодон-антикодонного взаимодействия, который мы наблюдаем в митохондриях. Для кода, используемого в митохондриях, характерна полная вырожденность третьего основания [цо сравнению с обычной, частичной вырожденностью), так что третье основание в митохоидриях пе влияет на смысл кодона.
В некоторый момент времени код был кзаморожен» в его современном виде, поскольку сложившаяся система кодирования оказалась достаточно изощренной для того, чтобы любые изменения значений кодонов не приводили к критическим изменениям в белке, обусловленным аминокислотной заменой. Универсальность кода означает, что он возник еще в первоначальном наборе примитивных клеток, из которых произошли все ныне живущие ору анизмы. Почему возникли изменения в коде митохондрий' ? Поскольку значения митохондриальных кодонов проще (по сравнению с общим кодом), это, возможно, говорит об их более примитивной организации. Примером тому служит использование (5ОА наряду с (ЗОО для кодирования триптофана. Однако возможно и обратное толкование, т,е, что это упрощение было развито в результате особенностей белкового синтеза в митохондриях (см, гл.
7). Существование видоспецифических изменений говорит о большей гибкости механизмов белкового синтеза в митохондриях по сравнению с целъгм организмом. Система митохондриального белкового синтеза производит не много белков (всего около 10); поэтому проблемы значительных нарушений из-за перекодировки не так остры. Вероятно, измененные кодоиы не часто использовались в тех местах, где аминокислотные замены приводили к серьезным повреждениям.
Трансляция при перекрывающихся рамках считывания Представление о том, что ген соответствует отдельной полипептидной цепи, оказалось особенно плодотворным после того, как был расшифрован генетический код, так как на его основе была создана концепция, что последовательность белка закодирована в последовательности ДНК в виде серии триплетных кодоиов. В этой 4.
Расшифровка генетического кода открь тм рамка им е и Аь стт ттт зтт Ач гаа мт рани манин П, - АПИААИ пои ПИС ПАП АПП Аапоиаяяи та т РНК ТЕРМ ТЕРМ Бнркираааннма рамки атитмаанин пения кодонов-терминаторов смогли образоваться белки длиннее нескольких аминокислотных остатков. Поскольку теперь появилась возможность определять последовательность длинных отрезков ДНК, периодически находят открытые рамки считывания, белковый продукт которых неизвестен. Таким образом, их фактическое использование может быть установлено путем идентификации белка.
Совершенно необычная ситуация была впервые обнаружена у фага фХ174, где были найдены две перекрываюШиеся открытые рамки считывания с достаточно протяженным участком перекрывания. Гипотетический пример такого перекрывания приведен на рис. 4.9. Внутри первой открьной рамки считывания находится кодон А(ЛО в т)ругой рамке счиитьтваттия, за которым следует серия кодонов, детерминирующих различные аминокислоты. Таким образом, в одной последовательности ДНК сосуществуют две открьпые рамки считывания. В случае фага фХ174 (и в других с тех пор найденных случаях у вирусов и у митохондрий) были идентифицированы белки, соответствующие альтернативным рамкам считывания. Поскольку белки кодируются альтернативными рамками, они могут пачкаться и кончаться в разных местах, так что участок перекрывания может варьировать в широких пределах.
До сих пор мы говорили о тенетическом коде, рассматривая только одну цепь ДНК, Если же обратиться к обеим цепям, то окажутся возможными сразу шесть различных рамок считывания, по три в каждой цепи, читающиеся, конечно, в разных направлениях, поскольку испи антипараллельны. Однако, несмотря на такую возможностьн иочпш во всех случаях в любой данной точке только одна пень служит кодирующей, тотда как другая блокирована во всех потенциальных рамках считывания.
В рассмотренном выше случае фага ф! 74 (а также в большинстве таких случаев) перекрывание двух рамок считывания происходит в одной цепи ДНК. Но поскольку такие ситуации в принципе дот устимы, можно ожидать и перекрывания открытых рамок считывания в разных цепях. Случаи такого перекрывания уже обнаружены. Использование перекрывающихся рамок считывания означает, что одна последовательность ДНК может кодировать два белка.
Это немедленно ограничивает обычную гибкость, присушую кодируюшей области, так как изменение основания в третьем положении не повреждает одного белка, но, вероятно, повредит другой белок. Мутации в перскрываюшихся участках должны приводнть концепции предполагалось также, что только одна из трех возможных рамок считывания используется в каждом гене. Рамка считывания, содержащая последовательную серию кодонов, соответствующих аминокнслотной последовательности, называется открытой. До сих пор мы говорили о кодовых значениях, имея в виду открытую рамку считывания, начинающуюся с какой-то фиксированной точки. Но в чем состоит стартовый ситнал? Точно так же, как нонсенс-кодоны используются для терминации белкового синтеза, друтой набор колонов служит для его запуска.
Общим ситналом инициации является соответствующий метионину кодов АПО в комбинации с предшествуюшей ему последовательностыот нужной для прикрепления рибосом к мРНК. В некоторых случаях для инициации используется также кодон Ст()О, который вопреки коду транслируется как метионин, а не как валин, Таким образом, кодируюшая область состоит из кодона АПО (или О13О), следующей за ним серии триплетов, составляющих открытую рамку считывания, и оканчивается терминируюшими колонами (7АА, ПАП и 13ОА. Две другие рамки считывания, которые находятся в иной фазе по отношению к открытой рамке считывания, обычно не могут быть использованы для синтеза белка, поскольку в их последовательности слишком часто встречаются кодоны-терминаторы.
Такие рамки считывания называют блокированными. Типичный пример перекрывания открытой рамки считывания с двумя блокированными рамками счит.ывания показан на рис. 4.8. Поскольку давление отбора происходило в пользу открытой рамки считывания, как о том свидетельствует последовательность аминокислот, в двух других фазах считывания шло беспрепятственное накопление кодонов-терминаторов. Возможно даже, что их накопление оказалось благоприятным, для того чтобы избежать образования нежелательных белков. В случайной последовательности ДНК кодоны-терминаторы составляют 3/64, что соответствует 1 кодону-терминатору на 20 триплетов (в зависимости от точного состава оснований). (Поэтому у мутантов со сдвигом рамки синтез полипептидной цепи обычно рано прекращается из-за нонсенс-кодона, оказавшегося во внефазовой рамке считывания.) Существование открьыой рамки считывания обычно рассматривается как свидетельство ее возможной трансляции. Только благодаря давлению отбора против накоп- БЕЛок 1 Ии БЬ АН АМ Ттт Б~т Тат Г Тт Мт Паанарааа.
Ийп |З А И И С И А АО Пф~ф ф$ ффффф,',т Им РВ Ач Гаа Ащ аа Барак 2 Блокированная рамка тннтмаанин 1 Рттс 4 Х ОДНОЙ ОтКРЫтОй РаМКЕ СЧИтЫВаНИЯ обычно соответствуют две рамки считывания, которые находятся в других фазах и блокированы благодаря высокому содержанию кодовое-терминаторов. Рис ад. В одной последовательности ДВК одновременно могут существовать две открытые рамки считывания (третья рамка считывания блокирована). Часть 1. Природа генетической информации 64 Глава 5 ОТ ГЕНА К БЕЛКУ Рврл»квц Ф Оврвзквв ! трк ВКРЦВЦЦВ ЗРВКОКР«вцик Рвркцквцкв ! анк Белок к амннокислотным заменам в одном или двух белкаж Мутации, затрагивающие один белок, будут относиться к одной группе комплеменгации; мутации, затрагивающие другой белок, будут принадлежать к другой, но перекрывающейся группе, а некоторые мутации могут входить в обе группы.
Это редкая ситуация, и возникает она, вероятно, в результате того, что вирусам приходится кодировать необходимое количество белков, не увеличивая размера генома. Труднее объяснить подобные случаи у млекопитающих и в митохондриях. Каким образом развиваются перекрывающиеся рамки считывания и что нх ограничивает, не совсем ясно.
«Центральная догма (молекулярной биологии3 гласит, что, раз проделав свой путь от гена к белку, «информация» не может вернуться в обратном направлении. Информация может быль перенесена от одной нуклеиновой кислоты к другой илн от нуклеиновой кислоты к белку, но перенос информации от белка к белку или от белка к нуклеиновой кислоте невозможен. Информацией мы здесь называем точную последовательность оснований в нуклеиновой кислоте нли аминокислотных остатков в белке».
Этими словами в 1958 г. Крик (Сг(ск) провозгласил правило, называемое с тех пор центральной догмой молекулярной биологии. Генетическая информация хранится в последовательности ДНК (нли у некоторых вирусов в РНК). В результ,зтс транскрипции с последующей трансляцией она может превратиться в аминокнслотные последов пельносгзи белков. Схематическое изображение центральной доз мы молекулярной биологии приведено на рис. 5.1. До некоторого Рис. 5.!. Согласно центральной догме молекулярной биологии, генетическая информация, заключенная в нукленцовой кислоте, можеэ перелвватьея в ряду поколений, но црн этом перенос информации проиеходяз лишь в направлении яуклеиновая кислота белок.
Передача информации в обратном направлении -от белка к цуклеяцавой кислоте-невозможна. Процессы, лровсходвшке обычно в клетке, указаны оплошкымк лквквмц. в ~в, козарые хврвкзорыы колько длв вирусных гввомов, воквзввы пунктиром. Рскомендуемая литература Открытию генетического кода посвящено бесчисленное количество обзоров. Подробное изложение можно найти в книге Ичас М. (усат М., Т(зе Ь!о!ой!са! соде, )ч)ог!)з Но!1апг1, Ашзгегдаш, 1969). (Имеется перевод: Ичас М., Биологический код.— Мл Мнр, 1971.3 Краткое, но достаточно полное обсуждение вопроса дано в первой главе книги Льюина (Бец (л, Оепе Ехргезз(оп, 1, Васгеги1 йепошех, %!1еу, )чеху-Уог(г, 1974).
Природа мутаций со сдвигом рамки рассматривается в специальном обзоре Рота (Ко!(з, Апп. Веху. Сепе!., 8, 319 — 346, !974). времени считалось, что весь этот процесс необратим: если информация уже транскрибирована в РНК, ее невозможно вернуть в исходное состояние для использования в качестве генетического материала; ее можно лишь использовать для трансляции в белок. С тех пор, однако, был открыт процесс обратной транскрипции, действующий у РНК-содержащнх опухолеродных вирусов.
Геном вируса, состоящий из одноцепочечной РНК, может превратиться в двухцепочечную ДНК. встроил ься в геном клетки-хозяина и, слившись с ним, наследоваться подобно остальным генам. Были обнаружены также РНК-содержащие вирусы, способные реплнцироваться в форме РНК, используя комплементарное спаривание оснований. При этом иногда образуется стабильная двухцепочечная РНК, а ингузда — нет. Хотя нн обратная транскрипция, ни репликация РНК обычно, по всей видимости, не используются самой клеткой, сам факу их существования озчетливо указывает, что при наличии подходящих фермензов вполне возможна передача и воспроизведение информации между различными и идентичными формами нуклеиновых кислот. Синтез белка происходит в рибосомах Тот факт, что синтез белка происходит в рибосомах, впервые был установлен в опытах с введением крысам меченых аминокислот, Через различные промежутки времени после нньекцни у животных удаляли часть печени и исследовали распределение метки в различных фракциях клетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
