Биологический каталог




Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул

Автор М.Эйген

е кинетические исследования с использованием проточных и релаксационных (температурный скачок) методов.

Распространение этих исследований на ГЦ-олиго-меры встретилось с большими трудностями, обусловленными агрегацией этих молекул до более сложных структур. С. Поддеру (во время его пребывания в Гёттин-гене) удалось исследовать спаривание тетрамеров

ГфГфГфЦ ГфЦфЦфГ

ГфГфГфУ ЦфЦфЦфГ

а также спаривание ГфГ и ГфГфГ с поли-рибоЦ.

1 Например, Р. Болдуин (Стэнфорд), Д. Крозерс (Йель), Н. Дэвидсон (Пасадена), П. Доти (Гарвард), Дж. Фреско (Принстон^ Б. Зимм (Ла Хойя).

Г. Маас и объединенная группа из лабораторий Гёт-тингена и Брауншвейг-Штокгейма (Д. Ризнер, Р. Рёмер, С. Коутс) в сотрудничестве с группой из лаборатории X. Цахау в Мюнхене изучали термодинамику плавления и конформационную кинетику тРНК [84] (рис. 2) и еефрагментов с известной последовательностью [85], которые они получали, расщепляя нативную молекулу в определенном положении по методу, описанному X. Ца-хау [86].

Очень ценные данные о специфичном спаривании различных последовательностей получены в лаборатории П. Доти (Гарвардский университет) при исследовании олигомерных сополимеров [87, 88], таких, как

АфАфАфАфУфУфУфУ АфАфАфГфУфУфУ УфУфУфУфАфАфАфА УфУфУфЦфАфАфА

АфАфАфГфЦфУфУфУ

УфУфУфЦфГфАфАфА,

а также различных олигомеров, спаренных с открытыми комплементарными последовательностями тРНК (табл. 13).

Таблица 13

2) Личное сообщение О. Уленбека.

Константы стабильности для спаривания триплетов и квадруплетов оснований (три- и тетрануклеотидов) с открытыми областями тРНК (преимущественно, антикодонами) [87, 88]

Формнлмет-тРНК \\ АА|УАЦ|УЦ ^ass Тнр-тРНК -Kass

АУГ 1200 (правильный код он) ±200 АУГА 13 500 АУГУ 1400 АУГЦ 900 АУГ Г 1 000 ГУГ («виляние» в 5') 1 200

ГУГА 9 800 ГУГУ 1000 УАЦ 700 (правильный кодон) УАЦ А 90 000 УАУ («виляние» в 3') 700 УАУА 37 000

Фен-тРНК 2) АУ|ААГ *|УЦ *

УУЦ (правильный кодон) 900 УУЦА 10 000 УУУ («виляние» в 3') 300 УУУА 1000

Во время визитов в Гёттинген два сотрудника П. До-ти — Ф. Мартин и О. Уленбек —проводили совместно с Д. Пёршке дальнейшие термодинамические и кинетические исследования упомянутых олигомеров [89]. Ниже приводятся результаты и (предварительные) выводы из всех этих работ.

Равновесие спираль — клубок. Кривые «плавления» двойных спиралей зависят от длины цепи: наклон кривых увеличивается с длиной цепи. График зависимости обратной «температуры плавления» (температуры полуперехода спираль-*статистический клубок) от l/(v—1) (v — число единиц, отвечающее максимальному числу пар оснований в двухцепочечной спиральной структуре) представляет собой прямую линию. Наклон этой прямой пропорционален 1/АЯ; отрезок, отсекаемый ею на.координатной оси, дает — -д^- — величину, обратную

температуре плавления «бесконечно длинной» спирали. «Бесконечно» означает: длинную по сравнению с «кооперативной длиной», в которую входит около 30 пар оснований. Следовательно, Г» можно определить из опытов с длинными полинуклеотидами. Для того чтобы получить этот результат, необходимо ввести поправку на одноцепочечное стопочное взаимодействие, степень развития которого различна при разных температурах плавления (как можно определить из опытов с одноцепочеч-ными полимерами). Когда длина цепи мала, можно считать, что переход от спирали к клубку происходит по закону «все или ничего». Пусть a^s — константа стабильности для каждой пары оснований, примыкающей к непрерывной последовательности (i—1) пар. Тогда, помня, что «параметр нуклеации» ог близок к единице, если i больше некоторого числа п — «длины нуклеации», можно написать выражение для константы равновесия перехода типа «все или ничего», в котором участвует v 5> п пар оснований:

Kv=dsv, д — ога2 .». оп. (IV. 24)

Кинетические данные (см. ниже) показывают, что длина нуклеации п при комнатной температуре равна трем для АУ-спиралей и двум для ГЦ-спиралей при температурах выше 50°С. Это эквивалентно утверждению, что On приближается к единице для п ^ 3. Тогда кривые плавления показывают, что для п ^ 3 имеется постоянный (и отрицательный) инкремент ДЯ8 и ASS, связанный с каждой парой оснований, причем

1п5=--^- + ^.. (IV. 25)

Тот факт, что исправленная l/Tm пропорциональна l/(v—1), а не 1/v, показывает, что постоянный инкремент не имеет места для п 3, что, в частности, параметр нуклеации обнаруживает температурную зависимость, противоположную таковой для s, так что ds почти не зависит от . температуры (&H0s ~ 0). Хотя as не является константой стабильности для первой пары оснований (она равна cris), физическая интерпретация состоит в том, что существенная часть ДЯ8 происходит за счет стопочного взаимодействия (отметим относительно большой инкремент ЛЯ, обусловленный стопочным взаимодействием, для каждой отдельной цепи), а не от образования водородных связей между комплементарными основаниями. Значение АЯ для первой пары оснований должно быть, таким образом, довольно мало. Эта пара очень нестабильна (aisКинетика и механизм спаривания оснований. Пользуясь кинетическими данными, можно пролить свет на механизм кооперативного спаривания оснований. Для коротких спиралей однозначно подтверждается переход по типу «все или ничего». Релаксационный спектр состоит только из одной временной постоянной, которая относится к процессу второго порядка типа «все или ничего», т. е. к рекомбинации обеих (комплементарных) цепей с образованием двойной спирали, имеющей максимальное число пар оснований. Только в случае более длинных цепей наблюдается дополнительный спектр постоянных времени первого порядка {т 50°С).

1 Наблюдаются только те процессы, которые ведут к полным опиралям с максимальным числом пар оснований.

Абсолютные значения этих параметров «активации» позволяют совершенно непосредственно определить длину нуклеации. Если бы образование первой пары оснований лимитировало скорость.1, то энергия активации (для процесса столкновения) была бы положительной. Поскольку мы знаем, что первая пара нестабильна (ois <С 1 означает, что пара диссоциирует быстрее, чем образуется), следует ожидать наличия барьера нуклеации. Если этот барьер представляет собой только первую пару, т. е. если реакция «застегивания молнии» начинает распространяться, как только образуется стабильное ядро, состоящее из двух пар, то константа скорости должна иметь следующий вид: kR = Oisku, где k\2 — константа скорости (первого порядка) образования второй пары (следующей за первой). Так как инкремент энергии активации для kn должен быть положительным и os имеет почти нулевой инкремент АН, а 6[S включает в лучшем случае малое отрицательное значение АЯ, то полная кажущаяся энергия активации должна быть близка к нулю, но не к экспериментально наблюдаемому значению 10 ккал/моль (например, для олигомеров АУ). Это относительно большое отрицательное значение совместимо только с выражением KR = OS2K2Z, описывающим процесс, в котором стадией, лимитирующей скорость, является образование третьей пары (&2з)- Таким образом, для последовательностей АУ стабильное ядро представляют собой спаренные триплеты оснований. Тогда константа скорости распространения (&23) будет равна примерно 107— 108 с-1 в согласии с наблюдаемыми временами релаксации ^1 мкс для конфигураций с разомкнутыми концами. Олигомеры ГЦ при комнатной температуре могут образовывать стабильные «двухпарные ядра», так как их константы стабильности значительно выше. Их константы- рекомбинации дают положительные энергии активации, чего и следует ожидать, учитывая большие значения энергетических параметров (по сравнению с АУ). В кривых плавления они «маскируются» параметрами стопочного взаимодействия одиночных цепей (которые тоже выше).

Эти результаты подтверждаются независимыми определениями констант скорости диссоциации. Вследствие микроскопической обратимости

kD = ~Т (так как = ^V)- (IV. 26)

Поскольку в знаменателе стоит sv~2, энергии активации положительны и включают в себя большой инкремент (v — 2) Mis.

Ожидаемые значения и соответствующее уменьшение абсолютных значений KD с увеличением длины цепи (по порядку величины) наблюдаются в действительности.

IV, 3.3. Выводы об узнавании. В табл. 13 собраны данные, полученные из равновесных и кинетических исследований, выполненных на олиго- и полирибонукле-отидах. Самое интересное явление — это предпочтение, отдаваемое триплету, причем не только по логически очевидным причинам (т. е. из-за того, что это дает возможность кодировать более чем 20 символов), а скорее вследствие механистических совпадений. Кодоны, состоящие из менее чем трех букв, были бы очень нестабильны

(во всяком случае для А и У). Кддоны, состоящие из более чем трех букв

страница 18
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Скачать книгу "Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул" (2.36Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.09.2019)