Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 27
Текст из файла (страница 27)
По исзсчении нескольких минут после ин.ьекцин мелку обнаружили во фракции, содержащей рибосомы. Затем опа переместилась в клеточный сок (т.е. в общую цитоплазматнческую фракцию). Иэ этого был сделан вывод о том, что аминокислоты собираются в полипептидную цепь на рибосомах и после завершения синтеза отделяются от них. Рибосомы -это компактные рибонуклеиновые частицы, построенные из двух субчастип. Каждая субчастица в свою очередь построена нз нескольких белков, связанных с одной молекулой РНК. Молекулы РНК, входя- 5. От гена к белку 65 щие в состав рибосом, называют рибосомными РНК или сокращенно рРНК.
При понижении концентрации ионов магния рибосомы диссоциируют на субчастицы. Типичная концентрация М8 для разделения бактериальных рибосом — 1,5 мМ. Рибосомы (и их субчастицы) бактерий отличаются по размеру от цитоплазматических рибосом эукариот. Впервые это было обнаружено по различию в скорости седиментации рибосом этих двух типов. (Скорость седиментации измеряю~ в единицах Сведберга, сокращенно 8.
Чем больше масса, тем выше скорость седиментации и выше значение Я. Форма частиц также влияет на скорость седиментации, так как более компактные частицы седиментируют быстрее.) Бактериальные рибосомы обычно седиментируют при 708, а отдельные субчастицы — при 505 и 308. Большая субчастица имеет почти сферическую форму и по размеру примерно вдвое больше маленькой асимметричной субчастицы. Цитоплазматические рибосомы высших эукариот больше бактериальных и обычно седиментнруют при 808.
Скорость седиментации отдельных субчастиц составляет 60 и 408. Другие формы рибосом обнаружены в митохондриях и хлоропластах. Они широко варьируют по размеру и могут быть значительно меньше бактериальных рибосом (например, размер рибосом митохонлрий человека или лягушки-608) или занимать промежуточное положение между бактериачьными рибосомами и цитоплазматическими рибосомами эукариот. (Размер митохондриальных рибосом у грибов равен примерно 748.) Приведенные выше размеры рибосом можно считать «номинальными». Условно размер бактериальных рибосом обозначают «708», а размер цитоплазматических рибосом эукарнот †«808», однако реальная скорость седиментации рибосом обоих типов варьирует в зависимости от конкретных условий.
Поиски посредника Расшифровка генетического кода показала, что генетическая информация хранится в виде нуклеотидных триплетов. Однако оставалось неясным, каким образом каждый кодон транслируется в соответствуюшую аминокислоту. Представление о том, что для реализации информации нужно дешифровать код, развивалось одновременно с идеей об обязательном участии матрицы в процессе трансляции.
В эукариотической клетке ядро, содержащее генетический материал, и цитоплазма, в которой синтезируется белок, пространственно разобщены. Из этого следует, что ДНК сама ло себе не может служить матрицей. Поскольку уже была очевидна связь между количеством РНК и уровнем белкового синтеза в клетке, возникла мысль, что роль посредника между ДНК и белком может выполнять РНК. Сначала считали, что посредник должен, по-видимому, быть составной частью рибосомы, и были недалеки от истины, хотя некоторые тонкости при этом не учитывались. Но поскольку рибосомы содержат и белок, и РНК, думали, что, возможно, рибосомы специализированы благодаря наличию в них различных РНК, используемых в синтезе соответствующих белков.
Но, как теперь уже известно, все рибосомы в клетке имеют одинаковый состав — как в отношении белка, так и в отношении РНК. Инструкции о синтезе определенных белков поступают в РНК с молекулами другого типа (ин- формационной, или матричной, мРНК), которая временно связывается с рибосомой. Поначалу пытались обнаружить посредника у бактерий, но оказалось, что выделить его довольно трудно. Бактериальная мРНК нестабильна и существует только в течение короткого промежутка времени. Первые данные о сушествовании посредника бьши получены при изучении бактерий, зараженных фагом Т2. Затем эти данные подтвердились на незараженных бактериях.
При фаговой инфекции не удается заметить каких-либо изменений ни в рибосомах, содержащих около 80'; всей клеточной РНК, ни в общем содержании РНК в клетке. Однако сразу после проникновения в клетку фаговой ДНК синтезируется небольшое количество РНК, которая быстро распадается, Состав этой новой РНК больше напоминает ДНК фага, чем ДНК бактерии. Были проведены эксперименты другого рода — с использованием кратковременного введения радиоактивной метки.
Это позволило определить включение предшественнихов в РНК незараженных бактерий. Необходимость в кратковременной (импульсной) метке была обусловлена быстрым распадом мРНК. При более продолжительном периоде мечения мРНК успевает деградировать прежде, чем удается измерить включенную в нее метку. При использовании импульсной метки можно успеть произвести измерения раныце, чем РНК деградирует. И в зараженных, и в незараженных бактериях ново- синтезированная мРНК связывается с рибосомами, но вскоре от них отделяется и деградирует (рис. 5.2). В этих опытах продемонстрирован важный факт, что в ходе фаговой инфекции белковый синтез происходит на предсушествовавших рибосомах бактериальной клетки, которые связывают нестабильную РНК как в неннфицированных бактериях, так и в бактериях, инфицированных фагом, Фаговая мРНК по своей последовательности соответствует последовательности ДНК фага.
Были проведены опыты, в которых исследовали способность меченой мРНК гибридизоваться с ДНК фага. Поскольку ДНК фага Т2 оказалось возможным денатурировать и разделить на отдельные цепи, удалось показать, что в мРНК воспроизводится последовательность только одной из цепей. С ДНК клетки-хозяина фаговая мРНК не гибридизуется совсем. Таким методом, не прибегая к выделению мРНК в чистом виде, удалось показать, что существует очень нестабильная РНК, которая по своей последовательности соответствует одной из цепей ДНК и которая связывается с рибосомами.
Мы можем предположить, что транскрипция происходит так, как это изображено иа рис. 5.3. Чтобы спаривание оснований было возможным, ДНК должна быть расплетена в соответствующем участке. Одна из расплетенных цепей при этом используется в качестве матрицы. По ходу транскрипции расплетенный участок передвигается вдоль ДНК. Затем РНК отделяется от ДНК, и прежняя двухцепочечная структура восстанавливается. Все нуклеиновые кислоты синтезируются в направлении от 5'-конца к 3'-концу. Следовательно, транскрипция и трансляция у бактерий происходит в одном направлении. А это означает, что у бактерий трансляция мРНК может начаться раньше, чем завершится транскрипция.
Попытки обнаружить посредника у эукариот также встретились с определенными трудностями. Здесь, как и у бактерий, мРНК составляет только небольшую часть общей клеточной РНК (примерно 3"„'). Первой изолиро- Часть 1. Природа генетической информации 66 Фпговпп ДНК ЖбтЗСХМЖтпбтюОбЗЬЫСЮЫОЯОХЧХЗГГЮОбсбтэсхотюош проникает в клетку Синтез МРНК Бпкгпснппьные рнбссомн Бпнтевммьнып Рнбосемм трпнспнруюг МРНК Рис.
5Д. Матричная РНК бактерий быстро деградирует. Когда фаговая ДНК проникает в клетку, на ней начинается транскрип- ция новых МРНК, которые транслируются бактериальными рибосамами, ванной индивидуальной мРНК была глобиновая мРНК эритроцитов. С тех пор было выделено много индивидуальных мРНК. и теперь получение какой-либо определенной мРНК стало обычной процедурой. Эти мРНК, по крайней мере в течение нескольких часов, сохраняют стабильность. Поэтому их можно выделять в иитактном состоянии и транслировать уп утйго, если добавить в систе- Рис. 5лю Синтез мРНК происходит путем спаривания основа- ний на одной нз испей ДНК и сопровождается локальным рас- плетением двойной спирали. МРНК быс|во РЕСМЕППЯЕГС» существовавшими в «летке еше до инфицирования фатом.
Однако вскоре МРНК деградирует, а рибосомы могут быть использованы повторно для трансляции других МРНК. му рибосомы и другие необходимые компоненты. При необходимости доказать, что данная мРНК соответствует определенному белку, этот белок следует синтезировать гп уйго с использованием данной мРНК в качестве матрицы. Затем для полной уверенности можно сравнить нуклеотидную последовательность этой РНК с аминокислотной последовательностью данного белка, Расплетенный участок перемещается цо ДНК слева направо, н по мере его передвижения происходит восстановление двуслнральной структуры и отделение адноценочечной МРНК.
5. От гена к белку 67 Мил Цн азин М Цитозин Аленин о Амннокневоте Инфоемзцнонне» РНК Транспортная РНК вЂ” адантор Каким образом происходит трансляция тринуклеотидной последовательности мРНК в соответствующую аминокислоту белка? Это ключевой момент в процессе передачи информации. Мы уже упоминали о том, что существовавщая ранее идея о возможном стереохимическом взаимодействии участка нуклеиновой кислоты и его белкового продукта была отвергнута и все внимание сосредоточилось на поиске посредников в этом процессе. Оказалось, что транспортная РНК играет роль «адапторав и выполняет сразу две функции: узнает и кодон, и соответствующую аминокислоту. Первоначально тРНК идентифицировали клк фракцию РНК, седиментирующую прн 45, и назвали ее «растворимой», исходя из ее маленького размера.
Типичные тРНК состоят из 75 — 85 нуклеогидов. Нуклеотидную последовательность каждой тРНК можно изобразить в виде клеверного листа, как показано на рис. 5.4. Участки молекулы, комплементарные друг другу, спариваются и образуют «стеблин, а одноцепочсчныс участки остаются в виде петель. Часть молекулы, состоящую из стебля н петли, называют «щпилькойи. Каждая тРНК может присоединять только ту аминокислоту, которой соответствует ее антикодон.
Связывание аминокислоты происходит с образованием эфирной связи, в которой участвуют ее карбокснльная группа и одна из гидроксильных групп рибозы последнего нук- Рис. 5.4. Транспортная РНК обладает двумя основными свойствами адаптора. Оеэзтки сахара изображены в виде прямоуэольников, з саединяюшие ик линии обозначают фоефодпэфирные связи. Стебли шпилек образованы ецврнвзнием комплементзрныз основзиий (пакзззно маленькими светлыми кружками).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
