Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

мещений аминокислот идентифицировано в настоящее время только в ?-цепи. Некоторые из аномальных гемоглобинов, для которых были определены такие замещения, приведены в табл. 31.1. В каждом случае образование вариантного гемоглобина обусловлено точечной мутацией, которая наследуется по закону Менделя; гены а- и ?-цепей расположены в различных хромосомах.

Часть нуклеотидной последовательности мРНК а- и ?-цепей приведена в табл. 26.5. Сопоставление аминокислотной последовательности нормального НЬА с последовательностью нуклеотидов в мРНК и возможными кодонами (табл. 26.1) для замещенных аминокислот показывает, что отнесение кодонов является однозначным и что нормальные мутанты различаются изменениями единичных оснований. Отсюда очевидно, что человек и микроорганизмы используют один и тот же словарь кодонов и что код на самом деле универсален.

26.5.6.2. Мутанты по терминации цепей

Аномальные гемоглобины, имеющие удлг^енные по карбоксильному концу ? и ?-субъединицы, образуются Oe3ynbTaTe нарушения терминации полипептидной цепи. Примером этого является вариант Hbconstant spring (Hbcon spr), который имеет каждый двадцатый житель Таиланда. HbconSpr содержит 31 дополнительный аминокислотный остаток после С-концевого аргинина нормальной а-цепи. Первые 141 остаток идентичны таковым у нормальной а-цепи. мРНК нормальной ?-цепи содержит терминирующий кодон UAA. в положении, соответствующем 142-му кодону, а у мРНК HbconSpit в 142-м положении имеется кодон глутамина. Таким образом;. HbconSpr, вероятно, обусловлен замещением С на U в UAA-кодоне,. что приводит к глутаминовому кодону (САА) в положении 142 и,, следовательно, к трансляции последующего сегмента мРНК, который обычно не транслируется.

Hbicaria и НЬкоуа Dora аналогичны Hbcon spr, за исключением, аминокислоты в положении 142, которая у Hbicaria является лизином, а у НЬкоуа шга — серином. Кодоны этих аминокислот, такж& как и для глутамина, отличаются от UAA по одному основанию.. Рис. 26.12 иллюстрирует эти соотношения.

Удлиненная цепь Hbwayne содержит восемь дополнительных аминокислотных остатков — от 139 до 146, что уникально и не обнаружено ни у нормальной цепи, ни у а, асоп spr, aicaria или

078

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 26.5

Сопоставление нуклеотидной последовательности мРНК о и ?-цепей глобина с аминокислотной последовательностью этих цепей»

Последовательность

Цепь

115 Ala

144

Lys AA(G)-

:56

¦Gly

«3

¦Gly

X(G)C-

«6

Ala

(G)CC-

138 Ala

(G)CU-

137 Thr

-ACC-

136 Leu XX(G)-

79 80 Asp Asn 116

His

-CAU-

57 Asn -AAC-

101 102 •Glu Asn XX(G)-AAC-

123 124 Ala Ser 4G)CC-UCA-

84 Thr -ACC-

87 Thr -ACA-

139 Asn -AAU -

138 Ser

-UCC-

81 Leu -CUC-

117

His

-CAC-

58 Pro -CCU-

103 Phe -UUC-

125 Leu -CUU-

85 Phe -UUU-

88 Leu -CUG-

140

Ala -GXX

139 Lys - AAA -

82 Lvs -AAG-

118 Phe

-UUU-

145 146 Tyr His CT -UAU--CAC-UAA -

59 Lys -AAG-

104

Arg

- AG(G)

126

Asp

-G(A)X

86 Ala -GXX

89 Ser

-(A) XX

140 Tvr

-UAC-

141

Arg

-CG(U)

83 Gly

-(G)XX

119 Gly

-G(G)X

-G(C)X

? ?

60 Val

-(G)XX

?

?

? — неизвестный нуклеотид в кодоне. Цифры над последовательностями отражают яюложение аминокислотного остатка в а- или ?-цепи глобина. СТ — кодон терминации. Нуклеотиды, взятые в скобки, определены неоднозиачио. [Forget С. В.. Marotta С. ?., Weissman S. ?., Verma 1. ?.. McCaffrey R. P., Baltimore D., Ann. N. Y. Acad. Sci., 241, 590, 1974.)

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

107»

НЬ

САА

CCn.Sp

НЬА UAA

? W терминатор

НЬКоуа Оог» > UCA

(Ser)

Hblcaria

(AAA) Lys

Рис. 26.12. Отличия гемоглобинов Hbcon spr, Hbicaria, НЬкоуа Dora и НЬА.

GKoya Dora- АМИНОКИСЛОТНУЮ ПОСЛвДОВаТеЛЬНОСТЬ И ДЛИНУ Hbwaynef

можно объяснить делецией U в кодоне 138 и последующим сдвигом рамки считывания. Кодон 147 в сдвинутой рамке, UAG, является кодовом терминации (рис. 26.13).

Таким образом, удлиненные по карбоксильному концу а- и ?-глобины возникают либо в результате замены оснований в нормальном терминирующем UAA-кодоне, либо в результате делеции до терминирующего кодона, приводящей к сдвигу рамки считывания. При этом трансляция продолжается до тех пор, пока не будет достигнут следующий терминаторный кодон.

rt-uem, НЬА Thr Ser Lys Туг Arg

Я-цепь- Ни Ser Lys Туг Arg CIn Ala Gly Ala Ser Val Ala ¦¦¦¦Glu. AC UC[U] AAA UAC CGU 1AA GCU GGA GCC UCG GUA GCA -¦¦·

rWrVrVrV

AC д UCA AAU ACC, CUU AAG CUG GAG CCU CGG UAG CA G

ot-uenbHb^^Thr Ser Asn Thr Val Lys Leu Glu Fro Arg

137 138 139 140 141 " 142 143 144 145 146 147 148 172

Рис. 26.13. Мутации со сдвигом рамки в гемоглобине Hbwayne. Показаны частичные аминокислотные и нуклеотидные последовательности ?-цепей гемоглобинов НЬА, HbconSpr и Hbwayne. Нуклеотндная последовательность кодонов 138 и 139 показана условно. Делеция любого из четырех нуклеотидов перед код оном 140* приводит к нуклеотидной последовательности, которая определяет аминокислотную последовательность со стороны С-конца, характерную для ?-цепн гемоглобина Hb-wayne. Третье основание кодона Ser 138 делетировано; таким образом однозначно определена последовательность оснований в ?-цепи мРНК от кодона 140* до второго основания в кодоне \4&.(Weatherall D. J., Clegg I. В., Annu. Rev. Genet.,

10, 157, 1976.)

1080

III. МЕТАБОЛИЗМ

26.5.6.3. Талассемии

В норме скорости синтеза а- и ?-цепей гемоглобина должны быть практически одинаковы. Талассемия характеризуется уменьшением скорости синтеза одной или нескольких глобиновых цепей. Следствием такого дисбаланса образования глобиновых цепей является выпадение в осадок избыточных цепей, понижение уровня гемоглобина и выживаемости красных кровяных телец. При с талассемии не хватает ?-цепей, и поэтому в осадок выпадают ?-цбПИ: при ?-талассемии .наблюдается обратная ситуация. При а0- и ф°-талассемиях соответствующие цепи вообще не образуются, а при ¦а+- и ?+-?aлacceмияx а- и ?-цепи образуются в меньших количествах.

а°-Таласеемия возникает в результате делеции в гх-глобиновом тене. У гомозигот по а°-талассемии наблюдается синдром, извест-•ный как водянка плода. Эти особи не синтезируют сс-глобиновые цепи и обычно погибают до или вскоре после рождения. В клетках этих особей не обнаруживается мРНК я-глобина — РНК из этих клеток не вызывает синтеза ?-глобиновых цепей in vitro в присутствии рибосом и других компонентов системы трансляции, хотя эта РНК вызывает синтез ?-глобшовых цепей.

ДНК, комплементарная к ?-глобиновой мРНК (кДНК), может •быть синтезирована с помощью вирусной обратной транскриптазы (гл. 25) на глобиновой мРНК из нормальных клеток человека как матрице. ?-Глобиновая кДНК может затем быть использована в гибридизационных экспериментах (гл. 25) для обнаружения чх-глобиновой последовательности в клеточной ДНК. Гибридизацию ct-глобиновой кДНК с ДНК из клеток гомозигот обнаружить не удается, хотя с ?-глобиновой кДНК эта ДНК гибридизуется в нормальном количестве. Таким образом, ?-глобиновый ген в значительной мере или полностью делетирован у особей с а°-талассеми-ей. Для глобина имеются два смежных гена, но оба делетированы у гомозигот по а°-талассемии. Мягкая форма талассемии возникает в том случае, когда делетирован только один из двух генов а-гло-•бива.

У особей, которые являются гомозиготами по ?0-?aлacceмии, нет ?-глобина, хотя ?-ген имеется в геноме, как свидетельствует тпбридизационный тест. Однако, когда клеточную ДНК особей с р°-талассемией добавляют к рибосомам и остальным компонентам системы трансляции, синтезируется только ?-, но не ?-глобин. Та-•ким образом, в этом случае ,мРНК для ?-глобина либо не синтезируется, либо синтезируется, но не транслируется.

26.6. Контроль синтеза белков

Некоторые ферменты присутствуют в клетке в большом количестве, а другие — в малом, хотя они одинаково представлены в

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1041

транскрипция

амплификация

увеличение количества генов

моВификация

j созревание

нуклеотибы

аминокислоты

Рис. 26.14. Стадии экспрессии гена, на которых может быть регуляция.

геноме. Более того, эритроциты содержат огромное количество гемоглобина, а фибробласты — коллагена, хотя все клетки одного организма содержат ту же самую генетическую информацию. В связи с этим весьма интересно установить, какие генетические или иные факторы регулируют внутриклеточную концентрацию различных белков. Большая часть информации по этому поводу была получена при исследованиях на микроорганизмах, но менее подробные исследования на системах млекопитающих свидетельствуют о том, что и в этом случае работают аналогичные факторы.

Регуляция экспрессии гена может осуществляться на любой или на нескольких стадиях на пути от гена до полипептидного продукта (рис. 26.14). Среди этих возможностей, наиболее изучена модуляция частоты транскрипции, контролирующая скорость синтеза полипептидов. Частота транскрипции определенной последовательности кодонов в большинстве случаев зависит от частоты инициации на промоторном участке. Ярким примером является регуляция ге-

35—1358

1082

III. МЕТАБОЛИЗМ

нов, контролирующих ферменты метаболизма лактозы Е. coli. Эти гены расположены на хромосоме один за другим и образуют ко-ординированно регулируемую единицу, так называемый оперон. Один из контролирующих элементов — оператор — расположен на 5'-конце оперона и является местам, с которым связывается репрессор (разд. 26.6). Второй регуляторный элемент — промотор — непосредственно примыкает к оператору и, как было отмечено ранее (разд. 26.5.2.1), является местом связывания РНК-полимеразы.

26.6.1. Лактозный оперон

Анализ лактозного оперона Е. coli показал, что он является единым транскрибируемым участком, состоящим из примерно 5420 нуклеотидов, содержащий промотор-операторный участок из 122 нуклеотидов, за которыми следуют последовательности (структурные гены), кодирующие ?-гал

страница 109
< 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)