|
|
Основы биохимии. Том 2ках; 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 |
< 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] |