Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Нз конце кендой шпильки находится одноцепочечнзя петля. В нижней петле рзеподожен трнплет, комолементзрный кодону той аминокислоты, которую представляет данная гРНК. Этот антикодон узнает кодон путем спаривания аеновзний. Аминокислота присоединяется к последнему нуклеотиду Ззконце, который нзобрзжен в верхней чести рисунка. с=о ! н — с — Я ! Мнз Рис. 5.5.
Аминаацил-тРНК состоит из аминокислоты, соединенной (обычно) эфирной связью с концевой 2СОН-группой тГНК, на конце которой всегда находится последовательность иэ трех оснований — ССА. леотида тРНК (обычно аденилата). Структура, которая при этом образуется, показана на рис. 5.5. Обычно аминокислота присоединяется к 2СОН-группе, но в некоторых случаях она может связываться с ЗсОН-группой. Вопрос о том, какая из гидроксильных групп использована при образовании связи в каждом отдельном случае, остается открытым, так как 2С и Зчформы аминоацил-тРНК в рве~воре находятся в состоянии равновесия. Такое же равновесие, вероятно, существует и в клетке.
Образование аминоацил-тРНК катализируется особым ферментом-аминоацил-тРНК вЂ” синтетазой. Для каждой аминокислоты имеется свой фермент, узнающий только одну аминокислоту и все гнилы РНК, к которым ее можно присоединить, Таких (иэоакцепторных) тРНК может быть много: кроме тех тРНК, которые узнают различные кодоны-синонимы, может быть несколько видов тРНК, реагирующих с одним и тем же кодовом. Часть 1. Природа генетической информации + а+ Атя о ддеиозии о — н Рис.
5.6. Аминоацнл-тРНК вЂ” снитетаза присоединяет аминокис- лоту к тРНК. В ферменте имеются специальные участки для соединения с тРНК, ами- нокислотой и АТР В первой реакции учасгвуют аминокислота и Атр и образуется аминоацил-АМР. Затем происходит связывание с тРНК Процесс аминоацилироваиия включает реакцию между аминокислотой и АТР с образованием аминоациладенилата; за~ем активнрованная аминокислота переносится иа тРНК. Как показано на рис.
5.6, при этом образуются АМР и пирофосфат. Необходимая для реакции энергия высвобождается при расщеплении АТР. Двухступенчатый механизм этой реакции подтверждается следуюшнми данными: прн добавлении в реакционную смесь только фермента, АТР и аминокислоты образуется первый комплекс, а собственно амнноацнлирование происходит при добавлении тРНК. Специфическое узнавание кодона возможно благодаря наличию в тРНК антикодоня — трннуклеотидной последовательности, комплементарной кодону. Достаточно ли этого для узнавания кодонаф В ранних работах было по- и перенос на нее аминокислоты. После отделения амииоацид-тРНК фермент приступае~ к следующему циклу.
Существую~ амниоацил- тРНК -сиитетазы дл» всех аминокисаот. Каждый фермент имеет специфические участки для К-группы аминокислоты и соответствующей тРН К. казано, что в сформировавшейся аминоацил-ЗРНК антикодон узнает только правильный кодон. Рассмотрим пример, показанный на рис. 5.7. Как видно из рисунка, если подвергнуть восстановительному десульфированию цистеинил-тРНК, то остаток цистеина в этой аминоацнл- тРНК превратится в алании и в результате из цнстеинил- гРНК образуется аланил-гРНК,'"'. Для условного наименования тРНК используют трехбуквенное сокращение соответствуюшей ей аминокислоты (в верхнем индексе) и соответствуюшую цифру (в нижнем индексе), если есть несколько тРНК для одной аминокислоты.
Этот образовавшийся из цистеина остаток аланина, будучи присоединенным к цистеииовой тРНК, включается в белок вместо цнстенна. Таким образом, функция аминоацил-тРНК в белковом синтезе точно определяется ее антикодоном. 69 5. От гена к белку Рис. 5.7. Специфичность тРНК определяется ее аитикодоном, а не аминокислотой. Антикодон у аистеипил-тРНК спаривается с «оде»ом НОС.
Посдс хими. Рибосомы передвигаются как конвоиры Взаимодействие между тРНК и мРНК происходит с участием рибосом, обеспечивающих условия, необходимые для кодон-антикодонового узнавания. В процессе синтеза белка рибосомы движутся вдоль мРНК, последовательно считывая триплеты путем присоединения к ним аминоацил-тРНК, несущих нужные антикодоны. Каждый этап наращивания полипептидной цепи удлиняет ее на одну аминокислоту.
Активная фракция рибосом, связанная с мечеными аминокислотами, осаждается с более высокой константой седиментации, чем обычно,— больше 705 (или о05). Быстро седиментирующая единица состоит из одной мРНК, связанной с несколькими рибосомами. Эти комплексы называют полирибосомами или полисомами. Рис. 5.8. Синтез белка происходит в полирнбосомах. На электронных микрофотографиях видны пснтасомы, синтезируюгдие глобнн. Рибосомы имеют почти сферическую форму — около 7 нм (70 А) в диаметре-и связаны с нитью мРНК Расстояние между отдельными рибосомами в полисомах зависит от условий. Фотография любезно предоставлена А. Ричем 7А\ех Гпсь).
ческой модификадии остаток писгеина нреврагдается в алании. Однако тРНК по-прежнему узнает колон НО17, но теперь вместо нистенна в бе- лок включается алании. Классическая картина показана на электронной микрофотографии (рис. 5.8). Видна пентасома, образованная в процессе синтеза глобина в эритроцитах. Каждая пента- сома состоит из пяти рибосом, связанных с цепью мРг)К.
Рнбосомы находятся в различных положениях на мРНК. Те рибосомы, которые расположены ближе к одному концу, еще только начали синтезировать белок, а те, которые ближе к другому концу, почти закончили синтез полипептида. Рибосома, движущаяся вдоль мРНК, прикреплена к полипептидной цепи, которая постепенно удлиняется с прибавлением каждой следующей аминокислоты. За время своего путешествия по мРНК каждая рибосома синтезирует только одну полипептидную цепь.
Таким образом, до мРНК от 5'-конца к 3'-концу движется серия рибосом, несущих белковые продукты увеличивающегося Часть 1. Природа генетической информации 70 Даля ат сухого веса клетки, ':, Количество в расче- ~ "1 ге на одну «летку ~ Компонент Клеточная стенка Мембрана ДНК ~ мРНК ' тРНК ~ рРНК 1 Рибосомный белок ~ Растворимый белок ; Низкомолекулярные мезаболиты 10 10 2 2 3 160000 2Ц30 20 000 10а 65 Рзв 42 1 Рпс. 5.9. Полнрибосомы состоят из нескольких рнбосом, транс- лирующих мРНК, н передвигаются в направлении от 5сконца к Зсконцу.
В каждой рибасоме нахадягея две молекулы тРНК, Нерва» из них со- размера (рис. 5.9), Примерно 30 — 35 аминокислот, присоединенных последними к растущей полипептидной цепи, покрыты рибосомной частицей. По-видимому, часть белка, синтезированная ранее, находится вне рибосомы и начинает свертываться, приобретая характерную конформацию. (Об этом свидетельствует узнавание специфическими антителами белков, еще находящихся в полисомах.) Размер полисом зависит от многих факторов. У бактерий они иногда очень большие и состоят из десятков рибосом, одновременно запятых трансляцией.
Частично тго зависит от большого размера мРНК (которые могут кодировать более олного белка). Частично это связано с эффективностью з.рансляции мРНК рнбосомами. Поскольку рибосомы мокнут прикрепляться к бактериальной мРНК раньше, чем завершится ее транскрипция, полисомы, вероятно, связаны с ДНК. В эукариотической клетке мРНК должна обязательно переместиться из ядра в цитоплазму к рибосомам, Поли- сомы эукариот обычно бывают меньшего размера, чем у бактерий, но и в этом случае их размер зависит от длины мРНК и от того, с какой частотой к ней прикрепляются рибосомы.
Считается, что к эукариотическим мРНК одновременно присоединяется менее 10 рибосом. Ни у бактерий, ни у эукариот число рибосом на каждой молекуле мРНК, синтезирующей белок, точно не предопределено. Оно выражается статистической функцией, зависящей от размеров мРНК и эффективности синтеза Общая характеристика содержания различных компонентов бактериальной клетки, имеющих отношение к белковому синтезу, дана в табл. 5.1. Около 20000 рибосом составляют ощутимую долю общей клеточной массы. Молекулы тРНК численно превьгшают количе- еднпепв а синтезированной к зтаму времени палиоепгядиой попью, а вторая несет следующую аминокислоту, которую нужно присоединить к паяипептиду.
Таблица 5.1 Основные компоненты бактериальной 1Е. сей) клетки Г— ство рибосом почти в десять раз. Большинство тРНК находится в аминоацилированном состоянии в полной готовности к белковому синтезу. Из-за нестабильности молекул мРНК трудно подсчитать их число. Предположительно в клетке содержится 2000 — 3000 молекул мРНК на разных стадиях синтеза и деградации. Рекомендуемая литература Существует довольно мало обзоров, рассматривающих общие процессы белкового синтеза с современных позиций.
(Больши!!ство обзоров посвящено отдельным аспектам, и ссылки на них приводятся в гл. 6 — 9 этой книги.) Общее описание этого процесса можно найти в гл. 2 книги Льюина, т. 1 (Бени, Оспе Ехргеааюп, 1, Вас!сгиб Оепошез, 'тт'йеу, Хегк Уог)т, 1974). Часть 11 СИНТЕЗ БЕЛКОВ Результаты [наших) экспериментов с радиоактивной меткой оказались даже более удивительными в свете представлений того времени [19551 о биосинтезе белков и их локализации в клетке. Работа Шоенхеймера (5сЬоеппенпег) [19421 фактически убедила большинство биохимиков в том, что белкам организма присуще «динамическое» состояние, при котором каждая молекула непрерывно разрушается и реконструируется путем обмена аминокислотных остатков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
