Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Транспортная РНК: трансляционный посредник необычным основанием, иногда возникающим при возЛействии мутагеном, как это уже рассматривалось в гл. 2). В молекуле дигидроуридина ((У) имеется насыщенная двойная связь, изменяющая структуру кольца. В псевдоурнднне (ф) кольцо повернуто таким образом, что атомы Х и С меняются местами.
В 4-тиоуридине на месте кислорода находится атом серы. Другие превращения, которые могут происходить с урилином, состоят из сочетания описанных выше изменений или же заключаются в введении более сложных групп. Например, оксиуксусная кислота может быть включена в пятое положение кольца. Модификации цнтидина чаще всего сводятся к метилнрованию, а также ацетнлированию 4-го положения н образованию 2-тиоцитидина. Инозин предо~валяет собой основание, которое обычно обнаруживается в клетке в качестве промежуточного продукта при бносинтезе пурннов.
Тем не менее он непосредственно не включается в РНК; его появление связано с дезаминированием А. Другие модификации А включают присоединение различных сложных групп. При модификации О образуются две сложные серии нуклеотидов. Наиболее просто устроенным основанием, относящимся к типу О, является квеуознн, содержащий дополнительное центозное кольцо, присоединенное с помощью ХН,-связи к метнльцой группе 7'-метилгуанозина. Пентозное кольцо может содержать различные дополнительные группы.
Среди оснований типа У простейшим является виозин. Это основание содержит дополнительное кольцо, слитое воедино с пуриновым кольцом и соединенное с длинной углеродной цепью, к которой в свою очередь присоединены различные дополнительные группы. Кроме описанных модификаций, затрагивающих структуру оснований, можно также обнаружить изменения, связанные с метнлированием рибозного кольца в 2'-О-положении, Во всех случаях, за исключением одного, суть реакции модификации состоит в изменении или в добавлении определенной группы к основаниям, уже включенным в состав тРНК.
Исключение представляет синтез основания типа (4. В этом случае был обнаружен фермент, способный обменивать свободный квеуозин на гуаннновый остаток, включенный в тРНК. Реакция состоит нз разрыва и послелующего восстановления связей по обе стороны от нуклеозида. Такое превращение является беспрецедентным в биосинтезе нуклеиновых кислот. Перечень модифицированных нуклеозидов, обнаруженных в настоящее время в тРНК, включает более 40 названий. Они синтезируются особыми ферментами, модифицирующими тРНК.
Нуклеозид, присутствовавший исходно в каком-то положении тРНК, может быть идентифицирован путем сравнения последовательностей т"НК и кодирующего ее гена. Эту задачу возможно также решить, если выделить молекулы — предшественники тРНК, не подвергшиеся модификациям. С помощью последнего подхода было показано, что различные модификации в тРНК вносятся на разных стадиях ее образования из предшественника. Каким образом тРНК-модифицирующие ферменты узнают свои субстраты, неизвестно.
В некоторых случаях данная модификация в тРНК обнаруживается более чем в одной позиции. Например, псевдоуридин может находиться в нескольких местах. Не исключено, что для синтеза псевдоуридина, присутствующего в различных поло- жениях, необходимы и различные модифицирующие ферменты. Нам не известно, чем определяется специфичность этих ферментов, но очевидно, что существует большое количество ферментов с различной специфичностью. Некоторые ферменты могут осуществлять строго определенные реакции с индивидуальными тРНК; другие, напротив.
обладают широкой субстратной специфичностью. В некоторых реакциях для проведения нужных модификаций может участвовать более одного фермента. Ряд модифицированных оснований присутствует во всех молекулах тРНК-например, дигидроурндин, давший название (у-петле, и псевдоуридин, находящийся в Тф(3-последовательности. За антикодоном (со стороны 3'-конца) всегда находится модифицированный пурин, хотя в каждом конкретном случае характер этой модификации может широко варьировать. Таким образом, модификации затрагивают все участки молекулы тРНК.
В характере модификаций наблюдается как некоторая вндоспецифичность, так и некоторая специфичность, определяемая самой разновидностью тРНК. Например, основание виознн характерно для тРНК, выделяемой из бактерии, дрожжей и млекопнРье тающих. В настоящее время мы недостаточно хорошо понимаем функциональное значение модификаций. Наиболее непосредственное значение этого явления наблюдается в антнкодоне, когда модификация может влиять на специфичность взаимодействия с колоном, определяя тем самым конкретное значение данной тРНК. Другие модификации, находящиеся вблизи от антикодона, также могут сказыва~ься на специфичное~и этого взаимодействия. 1.-образная пространственная структура ТРНК Форма клеверного листа, изображал>щая вторичную структуру тРНК, не позволяет составить правильное представление о третичной структуре этой модекулы, которая в действительности является компактной. Для исследования третичной структуры тРНК необходимо получить ее кристаллы, пригодные для рентгеноструктурного анализа.
Сделать это технически трудно, и в настоящее время только несколько тРНК, полученные в основном из дрожжей, исследованы подробно. Тем не менее сходство структур и природы взаимодействий, поддерживающих каждую исследованную пространственную структуру, свидетельствуют о том, что, возможно, имеется общая основа третнчной структуры, свойственная всем тРНК, хотя каждой н присущи свои особенности. Двухцепочечные участки вторичной структуры сохраняются и в третичной структуре, но при этом их расположение в пространстве, по существу, создает две двойные спирали, ориентированные под прямым углом по отношению друг к другу, так, как зто изображено на рис. 7.3. Акцепторный и ТфС-стебли образуют одну двойную спираль с одноцепочечным интервалом.
Антикодоновый и О-стебли формируют другую двойнунз спираль, в которой также имеется брешь. Область между двойными спиралями, в которой происходит изгиб, содержит ТфС- и Р-петли. Таким образом, аминокислотный остаток находится на одном конце буквы Ь, в то время как антикодоновая петля располагается на противоположном конце молекулы.
Данная модель в деталях была разработана для дрож- Часть 11. Синтез белков т а с. тйс пегие О.пе Рис. 7З Транспортная РНК слажена в компактную 1 образную третичную структуру. Нл левом рисунке показан код, используемый для обозне»ения резличных участков клеверного листа.
В центре нзобрежене днумерияя про- жевой тРНКР '-первой молекулы тРНК, которую удалось получить в кристаллическом виде. Ее молекхуляриая модель изображена на рис. 7.4. В случае тРНК еР угол между двумя спиралями немного больше, поэтому молекула обладает сходной, но несколько более открытой конформацией. В других тРНК также обнаруживаются небольшие различия, затрагивающие ту или иную область. Эти данные проливают свет на ранее непонятное обстоятельство; с одной стороны, все тРНК должны обладать сходной формой, а с другой-должна существовать возможность различать их. Рис.
74. Пространствсниав модель, показывающая, чзо трстнчгщя сгруктура тРНК компиктва. пл. Модечь дрожжевой гРНК, изображенная в двух проекциях, отличаю- екцвя, покезывеющпя, «ек накладываются две лвойные спирельные облегчи, образуя прямые углы. Справа приведена схема уклелки молекулы, построенная е учетом компмментерных и неоперенных областей. В денном случае изобрижене структура дрожжевой гРНКпие. Другие гРНК имеют аналогичную структуру. Кроме тех пар оснований, которые уже существуют во вторичной с~рук~уре, при образовании третичной структуры формируются дополнительные водородные связи. Водородные связи, поддерживающие структуру клеверного листа, обозначаются как вторичные водородные связи; дополнительные связи, обусловливающие формирование третичной с~рук~уры, называются третичными водородными связями.
Многце консервативные и полуконсервативные основания принимают участие в образовании третичных водородных связей. Это, по-видимому, лежит в основе их консервативности и свидетельствует в пользу щихся на 90'. Проекци» в правой чесги соогвегсгеуез двумерной проекции, принеденной нл прелыдуцгем рисунке (Фогагрефия любезно предоставлена а Н. Кнпб 7. Транспортная РНК: трансляционный посредник 91 А Ои с у,с А б.лапал ао,:йпй С Сйп:-: 6 6:.::жво уо 6 О А,:папц П аппп д Ппшпьд Вб т «ьзеь О.еегеь Апь:ппц 30 ажйй юео 40 А ° (ст) (сюО Я т сад А того, что для всех тРНК может существовать единый план строения третичной структуры.
На рис. 7.5 изображены дополнительные водородные связи, образующиеся в случае тРНК~~'. Можно видеть, что в формировании некоторых из этих связей принимают участие необычные основания или же эти связи образуются за счет взаимодействия между тремя основаниями. Большая часть третичных взаимодействий возникает между Р- и ТфС-петлями. Не в каждой тРНК формируются все возможные третичные связи. Например, некоторые из них отсутствуют в тРНК 'Р. Но очевидно, что такие взаимодействия являются универсальным способом создания пространственной структуры тРНК.
Рентгеноструктурный анализ показал, что молекула тРНК обладает стабильной структурой. Некоторая гибкость у молекулы появляется при формировании комплекса с белками или в растворе. При этом, возможно, изменяется ее конформация, но не известно, как это отражается на структуре кристалла. Исходя из структуры молекулы тРНК, можно высказать следующие соображения о ее функционировании. Во-первых, участки, ответственные за выполнение различных функций, максимально разобщены.
Аминокислота удалена от антикодона на максимально возможное расстояние. Это согласуется с тем, что аминоацильная группа находится на большой субчастице рибосомы рядом с пептидилтрансферазным участком, тогда как взаимодействие антикодона с МРНК происходит на малой субчастице (см. гл. 8). Последовательность ТфС лежит в углу Ь-подобной структуры; верояпю, такое ее положение имеет критическое значение для осуществления контроля за изменениями в третичной структуре. (В гл. 8 бу- Рпс.
у 5. Большинство третпчпых взаимодействий в структуре тРНК обрлзуетсл с учлстясм консерватпвпьж и полукопсерва- тпвных оснований. Молекула изображена е епле клеверного листа ~алеел) плп е виде Г.-аб- дет рассмотрено предположение, согласно которому такие изменения могут происходить в процессе синтеза белка.) Таким образом, с помощью нескольких различных доменов, аналогично тому, как это происходит у белков, структура тРНК может приспосабливаться для выполнения разнообразных функций, присущих тРНК. Синтетазы ответственны за подбор соответствующих друг другу аминокислот и тРНК Аминокислоты вовлекаются в белковый синтез с помощью аминоацил-тРНК вЂ” синтетаз. Эти ферменты обеспечивают взаимодействие аминокислот с тРНК.
Синтетазы являются очень интересными ферментами, способными сортировать тРНК и аминокислоты в соответствии с их специфичностью. У бактерий имеется по одной аминоацил-тРНК вЂ” синтетазе для каждой аминокислоты, причем этот единственный фермент распознает все изоакцепторные тРНК, обслуживающие данную аминокислоту.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
