Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

ках; короткие линии обозначают неспаренные основания; пунктирные линии обозначают пары оснований вне спирали. (Jack ?., Lad-пег J. ?., Klug ?., J. Mol. Biol., 108, 619, 1976.)

кул тРНК уже установлена; исходя из первичной структуры, все молекулы тРНК могут быть представлены в виде двумерного «клеверного листа», в котором многие основания спарены (рис. 26.1). Нуклеотидные звенья, не вовлеченные в образование водородных связей в клеверном листе, образуют пять характерных структурных элементов: 1) З'-конец, состоящий обычно из четырех остатков, среди которых три последних в большинстве случаев ССА. Карбоксильная .группа соответствующей аминокислоты с помощью аминоацил-тРНК-синтетазы (см. ниже) связывается З'-гидроксидной группой концевого аденозинового остатка*; 2) TtyC-пет-ля, состоящая из семи нуклеотидных остатков, среди которых всег-

* Согласно результатам некоторых авторов, в ряде случаев идет связывание аминокислоты по 2-гидроксидной группе. — Прим. перев.

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1043

да есть последовательность 5'-Ti])CG-3'; 3) сильно варьирующая (по размеру и составу) дополнительная петля; 4) антикодоновая петля, состоящая из семи остатков, включающая последовательность, комплементарную кодону: например, кодону в мРНК 5'-GCC-3' соответствует антикодон 3'-'CIG-5'; 5) /?-петля, состоящая из 8— 12 остатков и содержащая несколько дигидроуридиновых остатков. Предполагается, что участки тРНК, не вовлеченные в связывание аминокислоты и в выполнение декодирующей функции, используются для связывания тРНК с рибосомой (ТфС-петля) и ico специфической аминоацил-тРНК-еинтетазой (D-петля).

Так как метилированные и другие модифицированные основания локализованы на участках, не вовлеченных в образование водородных связей, то, возможно, что .модифицированные нуклеотиды играют некоторую роль в создании подходящей конформации тРНК.

Можно полагать, что третичные структуры всех тРНК весьма похожи, так как даже смесь различных тРНК образует кристаллы. Как видно из рис. 26.2, трехмерная структура дрожжевой фенил-аланиновой тРНК содержит такие же двуопиральные участки, что и двумерная структура «клеверного листа». Однако дополнительные водородные связи изгибают «клеверный лист» в Г-образную структуру. При этом антикодон расположен на одном конце, а на другом на расстоянии ~80 А расположена ССА-группа, акцептирующая аминокислоту, a D- и ТгрС-петли взаимодействуют друг с другом, образуя угол буквы Г. Во многих отношениях сложная упаковка тРНК напоминает упаковку полипептидной цепи и согласуется с 'множественными выеокосиецифичеакими взаимодействиями молекул тРНК как с белками, так и с другими нуклеиновыми кислотами, в частности с рибооомными.

26.2.2. Активация аминокислот и их присоединение к тРНК

Общая схема этого процесса представлена на рис. 26.3. Часть энергии, необходимой для белкового синтеза, дает АТР при этери-фикации каждой аминокислоты соответствующей молекулой тРНК. Первая стадия заключается в образовании связанного с ферментом аминоацил-аденилатного комплекса (реакция (1)), при которой карбоксильная группа образует ангидрид с фосфатной группой АМР. Затем происходит перенос аминоацильного остатка на специфическую тРНК (реакция (2)); карбоксильная группа аминокислоты образует сложноэфирную связь с З'-гидрокеидной группой концевого аденозинового остатка тРНК. Обе стадии катализируются одним ферментом — аминоацил-тРНК-синтетазой, который специфичен как по отношению к аминокислоте, так и по отношению к тРНК и нуждается в Mg+2. В ходе этого процесса каждая

1044

III. МЕТАБОЛИЗМ

общая реакция

??, ??, О

I ' мЕ-- I II

ATP + R'CH—COOH +глРНК". > R'CH-C—0-mPHKRi + AMP + PP.

E"i

стадии реакции NH,

ATP + R'CH-COOH + ER" . Mf,;" ¦

NH.. О О

I II II

R'C H- С—О—? —О— рийозо-А

о-

¦ Ен< + PPi (I)

NH., О О

? - II II

R'CH—С—О—? —О—рибозо —А

о-

??„ О

--Ек' + PHKRi =^ RjCH-C-O-mPHK". + AMP -f ER' (2)

Рнс. 26.3. Аминоацилирование ????. R' — специфическая аминокислота, которая должна связаться с соответствующей тРНК (tPHKri) при катализе специфиче-

о-I

ской аминоацил-тРНК-синтетазой (ERi) О—?—О—рибозо—А — аденилатный ос-

II

о

таток аминоациладеиилата.

аминокислота активируется и связывается со специфическим набором соответствующих тРНК.

Многие синтетазы уже получены в очищенном, а некоторые — в кристаллическом состоянии. Часть из них состоит из одной полипептидной цепи, например валиновая, изолейциногвая и лейцй-новая (??~100 00?). Некоторые состоят из одинаковых, каталитически активных субъединиц, например метиониновая (четыре субъединицы с ? по 45 000) и сериновая (две субъединицы с ? по 45 ООО). В третью группу входят синтетазы, содержащие неодинаковые субъединицы, например глициновая, которая состоит из двух субъединиц с ? по 33 ООО и двух с ?? по 80 000; триптофановая (из поджелудочной железы быка) имеет также состав ?2?2, но молекулярная масса всех субъединиц одинакова и равна 27 000.

Точность трансляции определяется главным образом специфичностью аминоацил-тРНК-синтетазной реакции. Специфическая уникальная аминокислотная последовательность каждого из многих белков, образующихся в одной клетке, свидетельствует о малой частоте ошибок при этой реакции. Действие этого прецизионного механизма можно проиллюстрировать на примере изолейцил-тРНК-еинтетазы. Этот фермент должен отличить изолейцин от валина, которые различаются только на одну метиленовую группу. Некоторая специфичность достигается уже на уровне связывания, субстрата (Кте =5мМ, Кутм =0,4 мМ). Однако в то время, когда

26. генетические аспекты метаболизма. II

1045.

фермент-изолейциладенилатный комплекс 'реагирует с соответствующей тРНК и образует изолейцил-тРНК, фермент-валиладени-латный комплекс быстро гидролизуется в присутствии изолейцин-специфичной тРНК с образованием свободного валина и АМР.

Хотя для каждой .из 20 аминокислот, обычно- образующих белки, имеется только по одной аминоацил-тРНК-синтетазе, для каждой из аминокислот может быть несколько тРНК- Каждая синтетаза может, однако, узнавать все тРНК, специфичные для одной аминокислоты. Для двадцати, аминокислот, обычно содержащихся в белках, существуют специфичные тРНК- Другие аминокислоты возникают и результате различных модификаций в полипептидной, цепи (табл. 25.4).

26.2.3. Рибосомы

Матрица (мРНК) и различные аминоацилированные тРНК. встречаются на рибосомах, где и происходит сборка полипептидной цепи. Рибосома состоит из большой и малой субъединиц, каждая из которых содержит РНК и белки. В животных клетках большая часть рибосом связана с мембранами эндоплазматического ретикулума.

У прокариот функциональная рибосома имеет константу седиментации 70S и ? 3-106. 70S-4acTHHbi состоят из малой (30S) и большой ?(50S) субъединиц. ЗОЗ-еубъединица содержит молекулу 16S РНК (1520 нуклеотидных остатков) и 21 молекулу различных белков с ?? от 10700 до 65000. БОБ-субъединица (?? 2-106) содержит две молекулы РНК — 23S РНК (3100 нуклеотидов) и 5S РНК (120 нуклеотидов) и 34 белка с ?? от 9 000 до 28 500.

Рибосомы эукариот (80S) имеют ? 4,5-106. Как и прокариот-ные рибосомы, они состоят из малой (40S) и большой (60S) субъединиц. 405-1Субъединица содержит 18S РНК (~2000 нуклеотидов) и примерно 30 белков. бОБ-субъединица содержит 28S РНК (4000 нуклеотидов), 5S РНК (121 нуклеотид) и 5.8S РНК (~155 нуклеотидов); в состав частицы входит также примерно-50 различных белков.

Рибосомальная РНК содержит модифицированные основания, однако не так много, как тРНК. В 23S и 16S РНК Е. coli были обнаружены метилированные основания и псевдоуридин. У эукариот в 28S РНК были обнаружены 2'-0-метилированные нуклео-зидные остатки. 5S РНК содержит только четыре обычных нуклео-тида.

ЗОБ-субъединицы рибосом Е. coli были реконструированы из-21 белка и 16S РНК- Аналогичным образом была реконструирована и БОЗ-субъединица. В обоих случаях чрезвычайно важен порядок добавления рибосомальных компонентов при реконструкции;: это указывает на то, что стадии самосборки рибосомальных субъ-

1046

III МЕТАБОЛИЗМ

•единиц должны 'выполняться в определенной последовательности. Такая спонтанная реконструкция двух функциональных органелл из большого количества компонентов является ярким примером самосборки сложных клеточных систем. Как расположены .белки и нуклеиновые кислоты в рибосомах, пока неизвестно, однако уже имеются некоторые сведения о взаимоотношениях рибоеомальных белков и РНК.

26.2.4. Информационная РНК

Геномная ДНК, агрегированная в хромосомах, расположена в ядре. Если информация, закодированная в ДНК, должна быть использована для управления белковым синтезом на рибосомах, то информация должна быть передана из ядра на рибосому с помощью промежуточного переносчика. Обилие РНК в цитоплазме и многочисленные свидетельства важности РНК для белкового •синтеза говорят о том, что эту функцию передачи информации выполняют некоторые виды РНК. Изучение кинетики синтеза ферментов у Е. coli привело к заключению, что контроль образования белков осуществляется путем синтеза короткоживущих посредников, скорее всего 'РНК- В связи с этим посредник не должен накапливаться в отличие от ДНК, тРНК и рРНК. Поэтому было . постулировано кратковременное существование мРНК Этот тип РНК может составлять лишь малую долю от общей клеточной РНК, большую часть которой составляют рРНК и тРНК (см. яиже).

Длина цепочки мРНК зависит от длины полипептидной цепи, которая должна быть синтезирована на этой РНК. Так, при три-плетном коде (см. ниже) для полипептида из 100 аминокислотных остатков (??~11 ООО) необходимо 300 нуклеотидов в кодирующей последовательности, а для полипептида с ?? 110 000 — 3000 нуклеотидов. Кроме того, мРНК может содержать некодирующую (ливерную) последовательность на б'-конце; эти последовательности могут быть различной длины. Например, мРНК, кодирующая ферменты метаболизма галактозы и биосинтеза триптофана, имеют лидерные последовательности длиной 26 и 150 нуклеотидов соответственно. Обе эти мРНК кодируют более чем одну полипептидную цепь и называются по

страница 102
< 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 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.09.2019)