Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

тдельных нуклеотидов, а не точечные замены (разд. 26.4). Делеции отдельных аминокислот обнаружены в гомологичных белках из различных видов организмов, даже в гемоглобине человека (гл. 31). Хотя механизм таких «природных» делеции неизвестен, они, вероятно, возникают в результате разрывов цепи ДНК и утраты отдельных нуклеотидов. На самом деле, такие делеции в геноме можно обнаружить непосредственно при наблюдении гетеродуплексов (гл. 25). Алкилирующие агенты также могут вызывать разрывы хромосом—-за счет реакции с фосфатной группой и последующего расщепления лабильных триэфи-ров по связи между сахарным остатком и фосфатной группой.

Гомологичные хромосомы спариваются во время конъюгации в диплоидных организмах. Если хромосомы совмещены неправильно, может произойти неравный кроссинговер; в результате этого происходят удлинение одной хромосомы и укорочение другой. Одна из многих возможных интерпретаций такого события приведена ниже.

кроссииговера

На основе результатов, полученных при изучении структуры белков, можно предположить, что таким путем происходит удлинение цепи гемоглобина (гл. 31), гаптоглобина (гл. 29), иммуноглобииов (гл. 30) и т. д.

Изменение терминирующего кодона (табл. 26.1) приводит к удлинению полипептидной цепи на С-конце, если новый кодон допускает включение аминокислоты (разд. 26.5.6.1). Теоретически возможно также удлинение полипептидной цепи с ?-конца. Гомологичные цитохромы с из различных видов различаются числом аминокислотных остатков на ?-конце. Неизвестно, представляют ли собой более длинные цепи примитивные типы, хотя то, что они обнаружены только у растений, грибов и беспозвоночных, свидетельствует о том, что эти остатки были утрачены в ходе эволюции .(гл. 27).

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1063

26.4.3. Супрессорные гены

Многие генетические исследования показали, что мутация в определенном положении генома может быть ревертирована в результате второй мутации. Такая .реверсия к нормальному или дикому фенотипу может произойти просто в результате восстановления исходной последовательности у измененного кодона. Однако в некоторых случаях вторая мутация происходит в другом гене; такая реверсия за счет мутации в другом гене известна под названием супрессорной мутации. Один из классов таких мутаций обусловлен мутациями в гене, кодирующем тРНК. Представим себе следующие три типа мутаций в кодирующей последовательности: 1) кодон дикого типа превращается в кодон терминации, или нонсенс-'кодон, что приводит к преждевременному обрыву трансляции; это так называемые нонсенс-мутации; 2) кодон дикого типа превращается в другой кодон, кодирующий другую аминокислоту, что приводит к аминокислотной замене в .полипептидной цепи; это так называемые миссенс-мутации; 3) в кодирующей последовательности появляется дополнительное основание, что приводит к сдвигу рамки считывания; это мутации сдвига рамки. Каждый из этих типов мутаций может быть супрессирован продуктом супрессорного гена, который возникает в результате изменения последовательности оснований в тРНК. Примеры каждого типа супрессии приведены ниже.

26.4.3.1. Супрессия нонсенс-мутаций

Изменения последовательности, которые приводят к изменениям тирозиновых кодонов 5'-UAC-3' и 5'-UAU-3' в б'-иАв-З', являются нонсенс-мутациями, приводящими к преждевременному обрыву полипептидной цепи. Мутация в гене триптофановой тРНК, приводящая к превращению антикодона 3'-AUG-5' в 3'-AUC-5\ позволяет транслировать кодон терминации 5'-UAC-3' тирозином и, таким образом, супрессировать нонсенс-мутацию.

2Б.4.3.2. Супрессия миссенс-мутаций

Введение А в 5'-положение глицинового кодона 5'-GGG-3' приводит к аргининовому кодону. Такая миссенс-мутация может быть супресспрована в результате мутации в гене тРНКШу1, приводящей ?? превращению антикодона 3'-ССС-5' в 3'-UCC-5'; такая мутантная тРНК может узнавать аргининовый кодон. Как видно из табл. 26.3, глициновый кодон 5'-GGG-3' может быть прочитан другой глициновой тРНК (тРНКС1у11), поэтому мутация в гене тРНКС1у1 не препятствует трансляции кодонов 5'-GGG-3' в других местах генома.

1064

III. МЕТАБОЛИЗМ

26.4.3.3. Мутации сдвига рамки

Мутации сдвига рамки, которые возникают в результате включения дополнительного основания, также могут быть супрессиро-ваны за счет мутаций в генах тРНК. Так, мутация в генетРНКС1у приводит к появлению дополнительного основания в антикодоно-вой петле тРНК и антикодон 3'-ССС-5' превращается в 3'-СССС-5'. Введение дополнительного основания позволяет тРНК прочитывать четыре вместо трех оснований в мРНК- Предполагается, что это сопровождается смещением мРНК вдоль поверхности рибосомы на четыре, а не на три нуклеотида. Это исправляет сдвиг рамки, вызванный добавлением лишнего основания в мРНК

Супрессия делеционных мутаций до сих пор не обнаружена.

26.5. Транскрипция

Посредником при транскрипции генома является ДНК-зависимая ? ? К-полимераза. Добавление к клеткам специфического ингибитора транскрипции — актиномицина D, который блокирует

о

II

о

II

с

о

акгпиномицин D

стадию элонгации при синтезе РНК, интеркалируя между парами G-C в двуспиральной ДНК, блокирует синтез всех типов РНК — матричной, рибосомальной и транспортной. Следовательно, РНК-

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1065

полимераза ответственна за синтез всех клеточных РНК. РН1<-по-лимераза катализирует инициацию, элонгацию и терминацию полинуклеотидной цепи и нуждается в присутствии всех четырех ри-бонуклеозидтрифосфатов в качестве субстратов. Реакция абсолютно зависит от присутствия ионов двухвалентных металлов (Mg2+ или Мп2+) и нуждается в ДНК или полидезоксирибонуклеотиде в качестве матрицы. В простейшем виде РНК-полимеразную реакцию можно записать следующим образом:

В отличие от ДНК-полимеразы (гл. 25) при работе РНК-полимеразы матрица полностью сохраняется в исходном состоянии » может быть использована повторно, т. е. играет чисто каталитическую роль; она не является затравкой, которая должна быть удлинена и включена в продукт.

В отличие от бактерий, которые содержат один вид РНК-'Поли-меразы, эукариотические клетки содержат несколько различных по-лимераз, которые локализованы в различных субклеточных фракциях и ответственны за синтез различных типов РНК. Более детально это будет обсуждено ниже.

26.5.1. Структура бактериальных РНК-полимераз

Наиболее хорошо изученным ферментом такого рода является РНК-полимераза Е. coli. Это белок большой молекулярной массы (?? 480 000), состоящий из четырех субъединиц, обозначаемых ?', ?, а и ? (?? 160 000, 150 000, 40 000 и 86 000 соответственно). Эти субъединицы входят в фермент в количественном соотношении 1:1:2:1. Комплекс, содержащий только ?-, ?- и ?'-субъединицы называется кор-ферментом.

Мутанты Е. coli, устойчивые к рифампицину и стрептолидигину, которые являются специфическими ингибиторами РНК-полимеразы, содержат измененную ?-субъединицу. Некоторые температуро-чувствительные мутанты Е. coli содержат специфически измененную ?'-субъединицу. Все четыре субъединицы необходимы для образования активного фермента из субъединиц. Воссоздание фермента происходит в определенном порядке:

днк

? ???

*- (???)„ + «??,

2?

?

?„??'

?

-> ?2??'?

???-фермент

34—1358

1066

III. МЕТАБОЛИЗМ

модифицированная РНК-полимераза

холосрермент РНК-полимеразы

(4) обрыв цепи РНК и высвобож 8ение фермента

(Э) элонгация дет РНК

(2) инициация цепи РНК

pppApN

+ АТР + NTP

факторы терминации

рррА

NTP NTP

Рис. 26.6. Цикл транскрипции. Диаграмма показывает стадии синтеза транскрипта РНК прокариотиой РНК-полимеразой. ? и ? обозначают промоторную и термина-торную последовательности, ??? — рибонуклеозидтрифосфаты. (Chamberlin ??. /., p. 17 in R. Losick and M. Chamberlin, eds., RNA Polymerase. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N. Y., 1976.)

26.5.2. Стадии в синтезе РНК, направляемом ДНК

ДНК-зависимый синтез РНК с помощью РНК-полимеразы можно разбить на несколько стадий, которые в целом составляют цикл транскрипции (рис. 26.6). Этими стадиями являются: 1) связывание матрицы, 2) инициация цепи, 3) элонгация и 4) терминация и освобождение фермента.

26.5.2.1. Связывание с матрицей

Первая стадия транскрипционного цикла включает взаимодействие РНК-полимеразы с матричной ДНК и образование двойного комплекса, который может связывать рибонуклеозидтрифосфаты и

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1067

инициировать синтез цепи РНК- Хотя РНК-полимераза проявляет заметное сродство ко всем участкам молекулы ДНК, с исключительно высокой константой связывания (Аасс=2-10п М-1) она связывается только с отдельными последовательностями на одной из двух нитей матричной ДНК — на так называемых промоторных участках. Несколько дальше расположены инициаторные участки, с которых и начинается транскрипция соответствующего гена. ?-Субъединица уменьшает неопецифическое связывание РНК-полимеразы с ДНК на три порядка и может таким образом способствовать ускорению и повышению эффективности нахождения ферментом промоторного участка. Связывание РНК-полимеразы с промо-торным участком приводит к частичному плавлению (расхождению нитей) спирали ДНК в этом участке с образованием так называемого открытого промоторного комплекса. Таким образом, фермент должен открыть ограниченное количество пар оснований, чтобы получить доступ к информации, которая должна транскрибироваться.-Прочное связывание РНК-полимеразы с ДНК приводит к тому, что примерно 40 нуклеотидных остатков не подвергаются действию панкреатической ДНазы (гл. 7). Это позволило выделить промоторы ряда матриц и установить последовательность некоторых из них.

Белки-репрессоры, которые препятствуют транскрипции с определенных промоторных участков (см. ниже), блокируют образование открытых промоторных комплексов. В тех случаях, которые были исследованы наиболее подробно, репрессор прочно связывается с определенной последовательностью вблизи от или непосредственно в составе промотора на так называемом операторном участке (см. ниже) и препятствует транскрипц

страница 106
< 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
(21.10.2019)