Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 49
Текст из файла (страница 49)
По мере возрастания скорости синтеза пептидной связи увеличивается вероятность захвата неправильных молекул амнноацил-тРНК и включения ошибочной аминокислоты в пептидную цепь по сравнению с вероятностью удаления такой аминоацил-тРНК. При уменьшении скорости белкового синтеза предоставляется больше времени для исправления ошибок. Имеется ряд доказательств гого, что скорость синтеза цолипептидной пепи связана с уровнем ошибочного чтения.
Существует предположение, что установление правильного контакта между кодоном и антикодоном может служить сигналом для возникновения конформационных изменений на другом конце тРНК. Это, вероятно, требуется для соответствующего ориентирования аминокислоты, необходимого для акцептирования полипептида, донором которо~о служит пецтидил-тРНК. В основе высказанного в свое время предположения о существовании мРНК лежал тот очевидный факт, что в эукариотических клетках должен существовать некий посредник, способный переносить генетическую информацию от ядра, где находится ДНК, к цитоплазме, где происходит синтез белков. Данные о том, что этот посредник служит матрицей, на которой аминокислоты собираются в полипептидную цепь, впервые были получены при исследовании бактерий.
В отношении рибосом было установлено, что они являются тем местом, в ко- Вопрос, имеющий важное значение при подсчете энергетических затрат на синтез белка, заключается в следующем: на какой стадии процесса принимается решение о возможности акцентирования тРНК. Если это происходит сразу же после присоединения комплекса аминоацил- тРНК.ЕР-Тц ОТР, который затем, не претерпев никаких изменений, освобождается в случае несоответствия тРНК, то дополнительные затраты энергии минимальны. Но если такое решение происходит после гидролиза ОТР, то всегда, когда присоединяется не соответствующая кодону тРНК, расходуется энергия высокоэнергетической связи.
Это приведет к увеличению энергетических затрат сверх тех трех высокоэнергетических связей, которые, как известно, расходуются при включении каждой аминокислоты в полипептидную цепь. Существует ряд фактов, свидетельствующих о том, что !и ч(гго на каждую аминокислоту расходуется на 3 — 4 молекулы ОТР больше, чем это предполагалось. Основной монографией по рибосомам является книга под редакцией Номуры, Тиссьера и Ленджила (19отига, Т)згитез, У.епдче1, В!Ьозошез, Со!д Брнпй НагЬог 1.аЬога!огу, Ыегч г'ог)с, 1974). Хотя кое-что в этой книге устарело, она дает хорошее представление о структуре и функции рибосом, Структуре рибосом посвящен ряд обзоров; бактериальным рибосомам — обзор Курланда (Киг1апд, Апп, Веч.
ВюсЬегп., 4б, !73 — 200, 1977) и Бримакомбж Стофлера и Витманн (ВитасотЬе, 5гоЯ1ег, П'!ггтапп, Апп. Веч. Вюсйеш., 47, 217 — 250, 1978), а эукариотическим рибосомам-обзор Вула (И'оо1, Апп. иеч. ВюсЬеш., 48, 719-754, 1979). Рибосомной РНК посвящена работа Ноллера и Войса (А!о))ег, И'оше, Бс!енсе, 212, 403-411, !981). Структура и функция рибосомных участков рассматривается Понгсом (Ропйж 1п: А1гшап (Ед.), Тгапз(ег КЫА, М1Т Ргезз, СашЬг!дйе, 1978, р. 78 — 104). Самосборка 508-субчастиц рассматривается, включая ранние работы в сообщении Рола и Нейрхауза (йой(, 7ч'итйаиг, Ргос.
Ыаг. Асад. Бей (38А, 79, 729 — 737, 1982). П оследнее сообщение об отсутствии взаимодействия между 58-РНК и тРНК поступило от Пэйса и др. (Расе с~ а!., Ргос. Ь)а!. Асад. Бей ОБА, 79, 3б-40. 1982). Факторы, влияющие на точность трансляции„вкратце рассмотрены в обзоре Курланда (Кит)апд, Се!1, 28, 20! -202, 1982). тором происходит синтез белка; возможность использования их в качестве матрицы была исключена. Затем удалось показать, что именно информшгионная РНК (мРНК) является той разновидностью макромодекул, которая, прикрепляясь к рибосоме, транслируется с образованием белков (см. гл. 5).
Недолговечность существования бактериальной мРНК препятствовала вьщелению этих молекул; тем не менее их свойства были предсказаны довольно детально на основе особенностей процесса трансляции. Прошло 116 Часть 11. Синтез белков некоторое время, пока мРНК была выделена из зукариот; оказалось, что она является более стабильным цитоплазматическим компонентом, чем бактериальная мРНК и, подобно последней, выделяется как составная часть полирибосом.
Поскольку эукариотическая мРНК относительно стабильна, ее можно выделить без особых затруднений, и сейчас уке в принципе можно получить мРНК для любого белка. Таким образом, опять же в силу сложившихся обстоятельств наиболее детально была охарактеризована мРНК именно эукариотических клеток — именно в этих клетках, согласно первоначальному предположению, она и должна была бы быть обнаружена, Во всех живых клетках перед мРНК стоит одна и та же задача: с помощью генетического кода перевести последовательность нуклеотидов в определенную последовательность аминокислот. Однако между прокариотическими и зукарнотическими мРНК существуют различия, связанные с особенностями основных моментов синтеза и структуры. Наиболее очевидное из них состоит в том, что эукариотическая мРНК синтезируется в виде большого предшественника.
Далее происходит процесс созревания, как правило включающий значительное уменьшение размеров, а также другие модификации, после чего мРНК поступает в цитоплазму для трансляции. Таким образом, синтез и экспрессия эукариотических мРНК происходят совершенно независимо в разных частях клетки. У бактерий же процесс транскрипции и процесс трансляции мРНК сопряжены. Они настолько тесно связаны между собой, что могут происходить одновременно на единой матрице. Принципиальное различие в процессе трансляции у прокариот и эукариот состоит в том, что у бактерий мРНК может кодировать несколько белков, тогда как с эукариотической мРНК считывается только одна полипептидная цепь. Недолговечность бактериальн! 1х мРНК Бактериальные мРНК крайне недолговечны.
В этом можно убедиться двумя путями. В обоих случаях вызывают остановку транскрипции и прослеживают судьбу мРНК, уже существовавшей в клетке. Функциональное время полужизни мРНК определяется ее способностью служить матрицей для синтеза белкового продукта. Обычно оно составляет около 2 мин. Другими словами, каждые 2 мин количество белка, новосинтезирующегося на индивидуальной мРНК, уменьшается наполовину. Химическое время полужизни мРНК измеряется по уменьшению количества мРНК, способной гибридизоваться с соотвезствующей ДНК.
Эта величина сравнима с функциональным временем полужизни, но, как правило, химический распад несколько запаздывает по сравнению с функциональным распадом. Из этого следует, что на первом этапе деградации мРНК ее использование в качестве матрицы, очевидно, предотвращается, но этих структурных изменений оказывается недостаточно, чтобы они препятствовали гибридизации.
Например, единственный разрыв в молекуле мРНК не скажется на способности 1ибридизоваться с ДНК, но может нарушить ее трансляцию. На втором этапе происходит собственно деградация мРНК вЂ” до составляющих ее нуклеотидов. Детали молекулярных событий, ответственных за деградацию, с трудом поддаются изучению, но есть основания думать, что распад молекулы, очевидно, происходит более или менее последовательно от 5'-конца к 3'-концу мРНК вЂ” в том же самом направлении, в котором мРНК транскрибируется н транслируется.
У бактерий транскрипция и трансляция взаимосвязаны. Конкретные значения скорости процессов зависят от температуры, но обычно они согласуются друг с другом. Например, при 37"С транскрипция мРНК происходит со скоростью 2500 нуклеотидов в 1 мин, что соответствует образованию 14 кодонов в 1 с. Полученное значение очень хорошо совпадает со скоростьн> белкового синтеза, составляющего приблизительно 15 аминокислот в 1 с. Прн индукции экспрессии нового гена соотвезствующая мРНК появляется обычно в клетке через 2,5 мин, а соответствующий белок можно обнаружить через 0,5 мин.
Совпадение рассмотренных значений и соответствие между временем первоначального появления мРНК и соответствующего белка, очевидно, свидетельствуют о том, что транскрипция и трансляция происходят одновременно. Экспрессия гена начинается, когда фермент РНК-полимераза связывается с ДНК и инициирует синтез мРНК. Рибосомы прикрепляются к 5'-концу мРНК и начинают трансляцию еще раньше, чем заканчивается синтез информационной молекулы.
В результате за РНК-полимеразой непосредственно следует «связка» рибосом, Деградация мРНК происходит по мере се трансляции. Возможно, деградация начинается через 1 мин после того, как начинается транскрипция. Более того, деградация 5зконца мРНК может начаться раньше, чем закончится синтез или трансляция 3зконца молекулы. Деградация, по-видимому, следует за последней рибосомой, передвигающейся в «конвое» вдоль молекулы.
Но деградация мРНК происходит более медленно, составляя, вероятно, половину от скорости транскрипции нли трансляции. В результате дистальная Ззчасть мРНК существуег более длительное время, чем расположенная вначале 5'-область. Очевидно, что такая последовательность событий возможна лишь благодаря тому, что транскрипция, трансляция и деградация осуц1есзвляются в одном и том же направлении. Рис. 9.! дает некоторое представление о временнбй очередности событий, лежащих в основе экспрессии типичного бактериального гена.
Мы не должны забывать, что время полужизни — понятие статистическое и что для каждой мРНК в любой момент времени существует вероятность подвергнуться деградации. Так, вновь синтезированная мРНК можез быть деградирована с такой же вероятностью, как и долгоживущая мРНК. Поэтому некоторые копии будут транслироваться много раз, то~да как другие едва ли вообще будут функционироваз ь. Такой статистический процесс характерен для молекул мРНК как прокариотического, так и эукариотического происхождения, но при этом общее количество белка, транслируемого с некой информационной последовательности, является вполне определенной предсказуемой величиной.
Строение бактериальной МРНК Поскольку бактериальные мРНК нестабильны, их не часто удается выделить неповрежденными. Тем не менее некоторые сведения об их строении могут быть получены на основе данных о структуре генов, с которых они транскрибируются. Область ДНК, соответствующую мРНК, можно обнаружить црн помощи гибридизационного анализа, определяя способность радиоактивно меченной 117 9. Информационная РНК как матрица для синтеза белка Врн н „„ЭГтатжХ(~тзэк Стчнки"тЛКГзлктттгтОКиХСЗжЛСГХ СССОЛад е рьлоозххзсесгсчсбрхссотЯ (9оэлгт ~000050лссххчболтчхж 0,5 мнн 'Чоз~~ ж~кнзч,хрхи 1,5 мнн 5,0 инн Рнс. 0 ! Транскрипция, трансляция и деградация мРНК у бак- терий происходит одновременно. На рисунке изображена гипогстичсскзк тркнскрипционнан сдинина раз- мРНК гибридизовапся с фрагментами ДНК, представляющими определенные части гена. Поскольку последовательность ДНК определить относительно легко, строение мРНК можно установить, исходя из нуклеотидной последовательности соответствующего гена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
