Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Вероятно, похожая ситуация наблюдается в цитоплазме эукарноть хотя возможны исключения, и в некоторых случаях имеется более одного фермента, способного присоединять к молекулам тРНК соответствующую аминокислоту. В свою очередь органеллы обладают собственным набором этих ферментов. Назначение аминоацил-тРНК вЂ” синтетазы хорошо известно. Ее функция состоит в том, чтобы обеспечить взаимодействие трех субстратов: тРНК, аминокислоты и АТР. Энергия гидролиза высокоэнергетической связи АТР используется для присоединения аминокислоты т еегеь и® ыуя ®АС Ао АдйиопСАССА ° (й (, ) О А 6 '6 С '6, разной структуры (апреее). Трегпчпые водородные связи показаны гад- кими .чпнплмп.
Толстые лпнлп обозначают «аееленгпые связи, ааелп- пеющпе дее чеазп Ыабрезнай структуры. Закрашенные кружки ааагеег- сгеуюг канаереегпеным плп палуланеереегпепым аапаелпплм. 92 Часть 11. Синтез белков к молекуле тРНК. Промежуточным продуктом этой реакции является комплекс АМР— аминокислота. Обобщая сведения, приведенные на рис. 5.6, можно заключить, что, по-видимому, тот же самый двухстадийный процесс характерен для всех сиптетаз, Однако строение этих ферментов очень разнообразно.
В настоящее время среди них выделяют четыре класса, обозначаемых соответственно: и, з>, з„и пз)3>, где з и )) представляю~ два типа полипептндных цепей, Таким образом, синтетазы могут существовать в форме мономеров (и) с мол, массой от 50000 до 120000 дальтон или мультимеров, состоящих из одного или двух типов полипептидных цепей с мол. массой до 300000 дальтон. Следовательно, одни н те же функции, выполняемые аминоацил-тРНК вЂ” синтетазой, могут быть осуществлены несколькими различными путями. Как синтетаза узнает определенную группу тРНК и соответствующую ей аминокислоту, является одним из основных вопросов при исследовании белок-нуклеинового взаимодействия.
Многочисленные тРНК, соответствующие определенной аминокислоте, могут быть сходны в двух отношениях. Во-первых, могут существовать тРНК, обладающие одиникоеымн аньчикодонами, но различающиеся по другим участкам молекулы. Такие тРНК будут однозначно отвечать на один и тот же кодон. Во-вторых, возможно существование тРНК с разными алтнкодонами, узнающими различные синонимические триплеты, кодируюшие одну и ту же аминокислоту. Как правило, такие тРНК имеют и другие различия в своей структуре. Молекулы тРНК, одинаково хорошо узнаюшнеся одной и той жс синтетазой, называются изоакцепторнымн, «своими», специфическими.
При сравнении многих последовательностей изоакцепторных тРНК, а также из опытов по индукции химических модификаций, влияюших на специфичность акцептирования аминокислот, возникло представление о том, что местоположение оснований, участвующих в узнавании сиптетаз, не ограничивается каким-либо единственным участком первичной или вторичной структуры молекулы. А»кенар»ий «>еее» Рнс. 7.6.
Амнноапнл-тРНК вЂ” сннтетазы взаимодействуют с тРНК, контактируя со внутренней стороной 1.-образной структуры, преимущественно с акпепторным стеблем, О-стеблем и антнколоновым стеблем. Не менее трех участков молекулы тРНК взаимодействуют с синтетазой. Несомненно, что в этот процесс вовлечен акцепторный стебель, так как аминокислота присоединена к Ззконцу тРНК. Участие О-стебля в этом взаимодействии продемонстрировано путем образования фотохимической сшивки между ферментом и тРНК. Это также доказывает, что данная область служит ~очкой контакта между синтетазой и тРНК. С ферменз.ом часто ошивается также антикодоновый стебель. Эти данные свидетельствуют в пользу существования модели, изображенной на рис.
7.6. Согласно этой модели, фермент взаимодействует с тРНК, контактируя при этом со внутренней стороной 1.-образной структуры. Это взаимодействие является чрезвычайно точным. Точковые мутации в тРНК могут изменять специфичность ее узнавания, нарушая взаимодействие с собственной синтетазой и позволяя реагировать с другими сиптетазами.
Мутации с такими свойствами локализуются в акцепторном стебле и в антикодоновой ветви. Таким образом, различия в свойствах тРНК, обусловливающие возможность их узнавания, могут быть очень тонкими; одна тРНК может отличаться от другой всего лишь одним основанием. !Конечно, не все мутации обладают таким действием; например. супрессорные мутации, рассматриваемые далее в этой главе, изменяют основание в антикодоне и тем самым кодоны, на которые тРНК реагирует, но не влияют на тип аминокислоты, соединяющейся с тРНК.) Так же были получены мутации в гене, коднруюшем аминоацил-тРНК вЂ” синтетазу, влняюшие на способность фермента распознавать тРНК.
Эти результаты позволяют сделать общий вывод о том, что узнавание определяется взаимодействием между несколькими аминокислотами, формирующими активный центр фермента, и несколькими контактными точками в тРНК, сосредоточенными на оконечностях молекулы и в О-стебле. Стадия активации Основные закономерности белок-пуклеинового взаимодействия можно понять, изучая отдельные этапы, лежащие в основе экспрессии генов. Как синтетаза узнает нужные ей тРНК и аминокислоты? Как рибосомы узнают только ту тРНК, кодон которой находится в участке А? Как ДНК- и РНК-полимеразы выбирают основание, комплементарное матрице? В каждом из этих случаев возникает одна и та же проблема: как из целого набора элементов выбрать один нужный, при условии что все они обладают одинаковыми основными характеристиками.
Можно предположить, что существует равновероятностный процесс, при котором лн>бой компонент первоначально может проконтактировать с активным центром фермента, затем несоответствуюшие компоненты удаляются, н в реакции участвует только один нужный. Такой компонент всегда находится в меньшинстве !1 из 20 аминокислот, 1 из приблизительно 40 тРНК и ! из 4 оснований), поэтому критерии его отбора должны быть строгими. Возможно существование двух основных способов, с помощью которых принимается решение о пригодности данного компонента для включения.
Во-первых, поступление, проверка правильности выбора, включение или удаление данного компонента могут представлять собой единый акт, объединяющий все перечисленные реакции. Это предположение равносильно тому, что в связывающий участок может попасть только 7. Транспортная РНК: трансляционный посредник ННг ХСН + ДМР ооон Кинетическое коррекгкреяекке НН, ХСН + ДМР СООН Ннг хсн ОООН ДМР Хкнкчеекее ) ясн Рис. 7.7.
Выбор нужной аминокислоты может происходить на различных этапах действия синтетаз. Правильная аминокислота (обозначенная Кй возможно, взаимодействует предпочтительнее по сравненнго с большинством (вероятно, со всеми) других аминокислот (обозначены ХЗ Если связалась неправильная аминокислотн то возможно кинетическое корректирование в результате конформалионных изменений, индупированных тРНК, или же химическое корректнрование, обусловленное неполнопенным переносом на тРНК. нужный компонент, В случае синтетаз это означает, что только изоакцепторные молекулы тРНК обладают способностью стабильно прикрепляться к активному центру.
Другая возможность состоит в том, что реакция может пройти ряд стадий, прежде чем будет принято решение о правильное~и присутствующего компонента. Если компонент удовлетворяет предъявляемым критериям, то реакция продолжается до завершения. В противном случае реакция протекает в обратном или в обходном направлении, и в результате неподходящий компонент удаляется. Такой способ проверки, осуществляемый уже после того, как произошло связывание, принято называть коррекцией. В случае синтетаз это означает, что реакция может продолжаться далее, проходя через ряд стадий, даже если в системе присутствуют несоответствующие друг другу тРНК и аминокислота.
Способность синтетаз выбирать нужную тРНК и аминокислоту характеризуется некоторой вариабельностью. Об этом свидетельствует тот факт, что у различных ферментов существуют свои особые стадии, в большей или меньшей степени определяющие специфичность процесса. Например, синтетазы по-разному осуществляют первоначальное взаимодействие с похожими аминокислотами. Некоторые синтетазы обладают способностью активировать только определенную аминокислоту, тогда как другие могут это делать с целым рядом похожих по строению аминокислот. Эти аминокислоты могут быть превращены в аденилатную форму, но ни в одном из известных случаев неверно активированная аминокислота не образует стабильной аминоацил-тРНК.
На какой же стадии выбраковывается неправильный аминоациладенилат? На рис. 7.7 показаны различные Часть Н. Синтез белков Неправильнав + грик правильньи 1 инк ! ! ! ! !Меаленна ! ! Быстро Рис. 7.8 Процесс узнавания правильной тРНК сиитетазой коитролируетси в два этапа. Во-первых, йюрмеит облалает повышенным сродспгом к своим изоакцептарным гРНК, стабилизирующим связывание в резульгазе конформапионггых изменений в ферменте. Во-вгорых, аминоацилироеание неправ гльной тРНК происходи~ очень медленно (У падает в !О раз по сравнению с взоакцепторными тРНК), что такие увеличивает вероятность огделениа закай тРНК способы, благодаря которым !.нпотетическнй фермент может удалять неправильную аминокислоту.
Одна из возможностей состоит в том, что тщательной проверке подвергается аминоациладенилат, а не аминокислота как таковая. Прн этом неправильный аминоациладенилат будет гидролнзован. Такая дополнительная проверка может непосредственно осуществляться в процессе активации аминокислоты !Кинетическая коррекция), илн же связывание тРНК с ферментом может индуцировать конформационные изменения гконформационная коррекция). Однако существуют доводы в пользу той точки зрения, что селекция осуществляется на последующем этапе, путем химической коррекции. При этом неправильная аминокислота переносится на тРНК, которая затем, находясь в тРНК- связывающем центре фермента, узнается как неправильная по своей структуре, гндролизуется и освобождается.
Такой механизм коррекции подразумевает наличие постоянно действующего цикла, состоящего нз связывания и последующего гидролиза, продолжающегося до тех пор, пока правильная аминокислота не присоединится к тРНК. Классическим примером, показывающим, что для различения аминокислот необходимо присутствие тРНК, является работа Не-тРНК вЂ” синтетазы Е. со)Е Этот фермент способен активировать валин, образуя валнладенилат, но после присоединения тРНК ' гидролизует ранее образовавшийся аденилат.
Конечная ошибка при образовании аминоацил-тРНК определяется специфичностью индивидуальных стадий. В рассмотренном выше примере неправильная активация валина происходит с частотой, оцениваемой как 17225. В свою очередь химическая коррекция позволяет образовываться только 1/270 от общего числа молекул т'а1-тРНК '. Таким образом, полная ошибка составляет !/60000=1,5 х 10 '.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
