Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ициаторный метионин, хотя, находясь в середине цепи, он кодирует валнн. Это заключение было подтверждено при изучении последовательности природной мРНК (см. ниже).

Таблица 26.1 Словарь кодонов для аминокислот8

Первое положение Второе положение Третье положение

и с A G и Phe Ser Туг Cys и

Phe Ser Туг Cys с

Leu Ser (CT) (CT) А

Leu Ser (CT) Trp G

G Leu Pro His Arg и

Leu Pro His Arg с

Leu Pro Gin Arg А

Leu Pro Gin Arg G

А He Thr Asn Ser и

lie Thr Asn Ser С

He Thr Lys Arg А

Met(Cl) Thr Lys Arg G

G Val Ala Asp Gly и

Val Ala Asp Gly С

Val Ala Glu Gly А

Val(CI) Ala Glu Gly G

а Первое положение в кодоне в мРНК с 5'-конца, третье положение — нуклеотид, связанный со следующим триплетом в мРНК; CI — инициаторный кодон, соответствующий ?-концсвой аминокислоте в пептидной цепи; СТ — кодон термннацин, расположенный вслед за кодоном COOH-концевой аминокислоты.

105S

III. МЕТАБОЛИЗМ

Полный словарь кодонов приведен в табл. 26.1. Заметьте, что из 64 возможных триплетов все, кроме трех, транслируются либо как ;иннциаторные, либо как внутренние кодоны. UAA, UAG и UGA не транслируются — они являются сигналами терминации трансляции. Многие аминокислоты кодируются несколькими триплетами. Такая ситуация в тайнописи называется вырожденностью, т. е. когда возможно записать одно и то же сообщение несколькими способами. Но хотя код и вырожден, он не является неоднозначным — ни один кодон, кроме GUG, не кодирует более чем одну аминокислоту. Как было отмечено выше, GUG является инициаторным сигналом для fmet в начале трансляции, но кодирует валин внутри аминокислотных последовательностей.

В большинстве случаев вырожденность вызывает наличие нескольких различных тРНК для одной аминокислоты, отличающихся по антикодонам, но в других случаях одна тРНК может транслировать более чем один кодон. Оба случая проиллюстрированы в табл. 26.2. Так, тРНКШу,п может транслировать GGU и GGC, но

Таблица 26.2 Молекулы тРНК, переносящие глицин

Глициновые тРНК

Антикодоны в тРНК

Глициновые кодоны, узнаваемые тРНК

тРНК So1

tPHKSga/G xPHKg^c

3'-ССС-5' 3'-CCU-5' З'ССА-5'

5'-GGG-3'

5'-GGA-3' 4'-GGG-3'

5'-GGU-3' 5'-GGC-3'

не может транслировать два других кодона глицина, в то время как тРНКС1уП обладает противоположной специфичностью. С другой стороны, tPHKggg транслирует только GGG-кодон. Последняя тРНК может оказаться не необходимой для (пептидного синтеза в том случае, если присутствуют две другие глициновые тРНК.

В том случае, когда один антикодон может узнавать более чем один кодон, различие этих кодонов всегда касается только З'-конце-вого положения кодона. Эту характерную особенность можно объяснить при помощи так называемой гипотезы «качаний» (wobble). Суть гипотезы заключается в том, что третье основание кодона может давать необычные пары, которые примерно соответствуют стандартным A-U и G-С-парам. В табл. 26.3 приведены типы спаривания, разрешенные с точки зрения гипотезы «качаний». В целом предсказания гипотезы оказались правильными, о чем свидетель-

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1059

Таблица 26.3

Спаривание оснований, допустимое с точки зрения гипотезы «качаний»

Основания третьего положения антнкодона Основания третьего положения кодона

G U ИЛИ С

С G

А и

и А или G

I A, U или С

ствуют данные о последовательности антикодонов многих тРНК. Следует отметить, однако, одно исключение из этих правил образования пар. Из табл. 26.2 видно, что антикодон тРНКС1уШ 3'-ССА-5' узнается глициновым кодоном 5'-GGC-3'.

26.4.1. Универсальность кода

Код, вероятно, универсален. Такое заключение косвенно вытекает из анализа изменений аминокислотной последовательности при мутациях у столь разнородных белков, как ?-цепь триптофан-синтетазы Е. coli (разд. 26.6.1) и гемоглобина человека (разд. 26.5.6). Это подтверждается непосредственно определением первичной структуры природных мРНК- В табл. 26.4 суммированы результаты, полученные из анализа первичной структуры РНК фага MS2 (гл. 28) и трех вирусспецифичных полипептидов, для которых эта РНК является матрицей. В РНК фата MS2 обнаружены все кодоны, кроме кодона терминации UGA.

В пользу универсальности генетического кода свидетельствуют также данные, полученные при изучении гомологичных белков. Согласно этим данным, большие участки первичной структуры белков остаются неизменными даже при сравнении белков весьма отдаленных видов. Например, одна треть аминокислотной последовательности цитохрома с одинакова у различных видов эукариот—· животных, растений и грибов (гл. 27). Это свидетельствует о консервативности, в результате которой важнейшие особенности первичной структуры сохраняются даже при длительной эволюции (гл. 27). Трудно представить себе такую устойчивость структуры, если код непрерывно изменяется в ходе эволюции*.

* Хотя код синтеза белков в цитоплазме эукариот и у прокариот одинаков, но недавно были получены данные, свидетельствующие об отличии кода для синтеза белков в митохондриях. — Прим. перев.

1060

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 26.4

¦Кодоны, обнаруженные при установлении первичной структуры РНК фага MS2a

и С ? G

и Phe 10 Ser 13 Tyr 8 Cys 7 U

Phe 13 Ser 10 Tyr 13 Cys 4 С

Leu и Ser 10 (CT) 1 (CT) ?

Leu 4 Ser 13 (CT) 1 Trp 14 G

с Leu 10 Pro 7 His 4 Arg 13 и

Leu 14 Pro 3 His 4 Arg 11 с

Leu 13 Pro 6 Gin 10 Arg 6 А

Leu 6 Pro 5 Gin 16 Arg 4 G

А lieu 8 Thr 14 Asn 11 Ser 4 и

lieu 16 Thr 10 Asn 23 Ser 8 С

He 7 Thr 8 Lys 12 Arg 8 А

Met 15 Thr 5 Lys 17 Arg 6 G

G Val 13 Ala 19 Asp 18 Gly 17 и

Val 12 Ala 12 Asp 11 Gly 11 С

Val 11 Ala 14 Glu 9 Gly 4 А

Val 10 Ala 8 Glu 14 Gly 4 G

а Цифры обозначают, сколько раз этот кодон встречается в нуклеотидной последовательности РНК фага MS2. GT — кодон терминации. {Уотсон Д. Молекулярная биология гена — .4.: Мир, 1S78.)

Если бы код не был практически неинвариантен, то изменение цистеиновой тРНК, например, в триптофановую привело бы к тому, что во всех пептидных цепях вместо цистеина будет включен триптофан. В результате этого станут неактивными все ферменты, которые нуждаются в сульфгидрильной группе для проявления активности, не будут образовываться дисульфидные мостики, а введение объемистого триптофанового остатка будет затруднять укладку полипептидной цепи и реализацию нормальной конформации белковой молекулы. Такая мутация с образованием неправильного антикодона будет, очевидно, детальна для гаплоидной клетки и вредной, если не летальной, для диплоидной клетки. Неправильное прочтение кода продуктом супресеорного гена (см. ниже) является,

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1061

sio-видимому, редким явлением, которое приводит к выживанию только в том случае, если дает клетке новые преимущества.

О происхождении и причинах универсальности генетического кода нет ясной информации. Химическая логика не связывает антикодон тРНК или кодон мРНК с кодируемой аминокислотой. Нет также никаких очевидных сведений, объясняющих, почему одни аминокислоты кодируются одним или двумя кодонами, а другие имеют шесть кодонов. Тем не менее появившийся однажды код должен стать неизменным. Его универсальность является одним из сильнейших аргументов в пользу того, что все живые организмы произошли от единого предшественника.

Механизмы репликации ДНК, образования РНК и трансляция белка практически одинаковы для всех организмов. Эволюционные изменения, приведшие к бесконечному разнообразию организмов, происходили не в результате существенных изменений биосинтетических процессов, а путем образования новых генов для синтеза новых ферментов или других белков, обладающих новыми структурами и функциями. Эти проблемы будут рассмотрены ниже.

26.4.2. Мутации

Изменение последовательности оснований в любой цепи ДНК приведет к устойчивым наследственным изменениям, так как последующая репликация увековечит эти изменения. Каждое изменение геномной ДНК отразится на мРНК и, следовательно, на кодируемом белке или на рибосомальных или транспортных РНК *.

Точечные мутации отражают изменения единичных оснований 4 или пар оснований в двухнитевой ДНК), как показано при изучении с помощью кроссинговера тонкой структуры одиночных генов. Это может привести к единичной замене основания в мРНК и к замене аминокислоты в пептидной цепи, что является наиболее обычным генетическим изменением.

Точечные мутации возникают в результате включения неправильного основания или за счет ошибок копирования. Действие азотистой кислоты на нуклеиновую кислоту, например на рНК вируса табачной мозаики, приводит к дезаминированию оснований, превращая С в U и А в I, который читается как G. Последующие изменения аминокислотной последовательности вирусного белка согласуются с теми, которые предсказываются изменениями кодонов •(табл. 25.1). Гидроксиламин превращает цитозин в 1\]4-оксицито-зин, что и вызывает мутации. Как было отмечено выше (гл. 7),

* Это утверждение недостаточно строгое, поскольку значительную часть ДНК занимают регуляторные последовательности, модификация которых не отражается «а структуре транскриптов. — Прим. перев.

1062

III. МЕТАБОЛИЗМ

некоторые аналоги пуринов или пиримидинов либо соответствующие нуклеозиды или нуклеотиды, которые включаются в ДНК, являются мутагенами, так как они могут вызывать ошибки при репликации. Среди таких аналогов следует отметить 5-бром- и 5-иод-урацилы, 2-аминопурин, 2,6-диаминопурин и т. д.

Некоторые акридиновые красители, например профлавин, которые могут интеркалировать между основаниями в цепи ДНК, вызывают делеции (или вставки) о

страница 105
< 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)