Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

рибосом и имитирует этап антикодон-кодонового узнавания, который действительно реализуется в ходе трансляции (см. гл. 11). Этот метод позволяет большинству кодонов, хотя и не всем, сопоставить определенную аминокислоту, как показано в табл. 12.6.

В результате использования описанных выше методов удалось полностью расшифровать генетический код (см. табл. 12.1); показано, что 61 из 64 возможных триплетов кодируют какую-либо аминокислоту. Правильность соотнесения кодонов и аминокислот была подтверждена при анализе аминокислотных замен в мутантных белках оболочки ВТМ и гемоглобинов человека, основанном на представлении о том, что каждая точечная мутация связана с изменением одного нуклеотида в триплете. Пример такого сравнительного анализа для мутантных человеческих р-глобиновых цепей приведен на рис. 12.4.

Один из важнейших выводов, который может быть сделан на основе

1)

Таблица 12.6. Специфичность связывания аминоацил-тРНК рибосомами Е. coli в присутствии различных тринуклеотидов

Кодон

Связывание аминоацил-тРНК с рибосомами (пикомоли)

(-) Кодон

(+) Кодон

(-) Кодон

(+) Кодон

[14С] Аргинил-тРНК I (39,4 пикомоль)

[3Н] Аргинил-тРНК II (19,3 пикомоль)

CGU CGC CGA CGG AGA AGG

0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,1914,

0,54 0,29 0,21 1,24 0,22 0,19

[14С] Глицил-тРНК I (32,1 пикомоль)

0,16 2,61

0,16 1,29

0,16 2,21

0,16 0,14

0,16 0,14

0,16 0,30

[14С] Глицил-тРНК II

(47,1 пикомоль)

GGU GGC GGA GGG

0,83 0,83 0,83 0,83

1,11 1,39 4,38 4,46

1,18 1,18 1,18 1,18

4,16 4,94

1,49 2,79

AUU AUC AUA

0,96 1,20

0,16

[14С] Изолейцин-тРНК II (7,0 пикомоль)

0,18 0,18 0,18

[14С] Фенилаланил-тРНК I (13,4 пикомоль)

[3Н] Изолейцин-тРНК I (5,3 пикомоль)

0,05 0,32

0,05 0,43

0,05 0,05

[14С] Фенилаланил-тРНК II (11,9 пикомоль)

UUU UUC

0,26 0,26

0,50 0,58

0,33 0,33

0,75 0,92

[14С] Пролил-тРНК I (3,2 пикомоль)

[14С] Пролил-тРНК II (5,4 пикомоль)

CCU ССС ССА CCG

0,39 0,39 0,39 0,39

0,48 0,42 0,71 0,81

0,07 0,07 0,07 0,07

0,09 0,09 0,15 0,30

полученных результатов, заключается в том, что генетический код практически полностью вырожден. Только две аминокислоты - метионин и триптофан - представлены единичными кодонами. Метиониновый кодон AUG служит также сигналом для инициации синтеза полипептид" Цифры, соответствующие положительному ответу, выделены жирным шрифтом. Сравните наблюдаемую специфичность связывания с таблицей генетического кода (табл. 12.1). Аминоацил-тРНК I и II представляют собой химически отличные молекулярные формы (изоакцепторные тРНК). (По Soli D., Cherayil J., Bock R. 1967. J. Mol. Biol., 29, 97.)

Рис. 12.4. Аминокислотные замены, обнаруженные в шести различных мутантных Р-цепях человеческого гемоглобина А, затрагивающие

аминокислотные остатки в положениях 6, 63 и 121. Показаны все кодоны, которые могли бы отвечать нормальным и мутантным аминокислотам. Заметьте, что в каждом случае замену аминокислоты можно объяснить заменой единичного нуклеотида (выделен цветом) в соответствующем кодоне.

ной цепи. Три некодирующих триплета-UAA, UAG, UGA, как будет ясно из дальнейшего, выполняют функции сигналов терминации трансляции.

Особенности построения генетического кода

Если внимательно рассмотреть таблицу генетического кода (табл. 12.1), то легко заметить некоторые особенности в построении кодонов, связанные, по всей видимости, с таким свойством кода, как вырожденность. Видно, что для большинства кодонов первые два нуклеотида с точки зрения смысловой нагрузки имеют как бы большее значение, чем нуклеотид в третьем положении. Можно отметить существование восьми групп или «семейств» кодонов, в которых третье положение может быть занято любым нуклеотидом. Так, серину соответствует шесть кодонов, из них четыре относятся к семейству UCN (N-любой из четырех нуклеотидов), валин кодируют кодоны GUN, а глицин - семейство GGN. Другим аминокислотам соответствуют кодоны, для которых выТаблица 12.7. Правила неоднозначного соответствия при антикодон-кодоновом взаим одействии

Первое положение Третье положение

антикодона кодоиа

и А

G

с G

А и

G и

с

и

I1» с

А

1} I-инозин, производное аденозина, образующееся при посттранскрипционном де-заминировании.

рожденность по третьему положению ограничивается пуринами (А или G) или пиримидинами (U или С). Например, лейцин кодируют триплеты UUG (а также семейство CUN), а тирозин-триплеты UAc-Крик предложил ряд правил, описывающих особенности кодон-анти-кодоновых взаимодействий, которые связаны с третьим положением в кодоне (табл. 12.7), и получивших название правил неоднозначного соответствия (гипотеза качаний, wobble rules). Согласно гипотезе Крика, различные виды молекул тРНК могут узнавать два или более двух различных кодонов в зависимости от того, какой нуклеотид находится в первом положении антикодона. Таким образом, для считывания генетического кода необходимо существование не менее 32 видов молекул тРНК. Данные, приведенные в табл. 12.6, показывают, что молекулы тРНК определенного вида могут узнавать более одного кодона. Более того, эти данные свидетельствуют о том, что в клетках присутствуют химически различные виды тРНК, специфичные к одной и той же аминокислоте (изоакцепторные тРНК), которые в ряде случаев узнают различные кодоны. Так, изоакцепторные аргининовые тРНК I и тРНК II проявляют различную кодоновую специфичность (табл. 12.6). Из этих данных следует, что для узнавания CGN-семейства аргининовых кодонов достаточно двух генетических видов тРНКАг?. Согласно правилам неоднозначного соответствия, тРНКАг8 I должна нести антикодон CCG, узнающий кодон CGG (кодон-антикодоновое взаимодействие осуществляется при антипараллельной ориентации триплетов, и, поскольку нумерация в нуклеотидной цепи традиционно начинается с 5'-конца, третье положение кодона соответствует первому положению антикодона). Из тех же правил следует, что тРНКАг8 II должна обладать антикодоном ICG, который может узнавать кодоны CGC. Таким образом, неА

смотря на вырожденность кода, нет необходимости в использовании особого вида тРНК для каждого кодона. Определенная неоднозначность, допустимая при антикодон-кодоновом взаимодействии, позволяет клетке несколько сэкономить на числе видов тРНК, необходимых для узнавания вырожденных кодонов.

Терминаторные кодоны

Amber-мутащт вызывают преждевременную терминацию белкового синтеза (рис. 12.3). Природа терминирующего сигнала, возникающего при amber-мутации, была установлена с помощью анализа аминокислотных последовательностей щелочной фосфатазы Е. coli и белка головки фага Т4. Проводили мутагенез штамма Е. coli, несущего amber-мутацию, инактивирующую щелочную фосфатазу, и отбирали ревертанты с полностью или частично восстановленной активностью фермента. Сравнивали аминокислотные последовательности ферментов, выделенных из штаммов с восстановленной активностью фосфатазы и из штамма дикого типа. Аминокислотные замены, наблюдаемые в одном из положений последовательности фермента, показаны на рис. 12.5. Исходная amber-мутация произошла в триптофановом кодоне. Оказалось, что ферменты, выделенные из ревертантных штаммов, в том же положении содержат как триптофан (истинные ревертанты), так и другие аминокислоты-лизин, глутамин, глутаминовую кислоту, серии, тирозин и лейцин (псевдоревертанты). Исходя из предположения о том, что мутация, вызывающая реверсию, в каждом случае сводится к замене одной нуклеотидной пары, и из сравнительного анализа структуры всевозможных кодонов, соответствующих вышеназванным аминокислотам, можно заключить, что существует только один триплет UAG, который может быть получен из всех кодонов с помощью замены одного нуклеотида (рис. 12.5). UAG является одним из трех кодонов, не соотнесенных с той или иной аминокислотой. Схемы взаимодействия кодонов, аналогичные той, которая приведена на рис. 12.5, были получены для пяти различных аминокислотных позиций в белке головки фага Т4. Таким образом, единственный терминаторный кодон, возникающий при amber-мутации, имеет структуру UAG.

ЛтЬег-мутации представляют собой класс условно-летальных мутаций, впервые обнаруженных и охарактеризованных на примере бактериофагов. Такие мутации оказываются летальными для фага лишь при

UGG Trp

AAA, A AG Lys САА, CAGGln <4- 1 Amber -кодон

Ser UCG, UCC, UCA, UCU, AGU, AGC

?» Туг UAU, UAC

GAA, GAG Glu ОТ

Рис. 12.5. Аминокислотные замены, обнаруженные в последовательности щелочной фосфатазы у ревертантов, полученных из штаммов Е, coli, несущих amber-мутацию в гене этого фермента. Исходная amber-мутация произошла в кодоне, соответствующем остатку триптофана в ферменте дикого типа (пунктирная стрелка). Показаны все кодоны, которые могLeu UUG, UUA, CUU, CUQ CUA, CUG

ли бы соответствовать наблюдаемым аминокислотным заменам (сплошные стрелки). ЛтЬег-кодон UAG является единственным структурным вариантом, в рамках которого все наблюдаемые аминокислотные замены можно интерпретировать как обусловленные замещением единичного нуклеотида в кодоне. (По Garen А. 1968. Science, 160, 149.)

инфицировании определенных клеток. Однако в некоторых штаммах, несущих супрессорный ген {Su + \ развитие подобных мутантных фагов происходит (гл. 7, табл. 7.1). Два других типа супрессируемых условно-летальных мутаций получили название «ochre» и «opal». Эксперименты, аналогичные тем, которые были проведены для установления природы amber-мутации, показали, что ocfcre-мутации приводят к возникновению терминаторного триплета UAA, а opaJ-мутации-к возникновению еще одного терминаторного сигнала UGA. Таким образом, благодаря этим исследованиям удалось окончательно установить смысловое значение всех 64 возможных кодонов: с помощью 61 триплета кодируются аминокислоты и еще 3 триплета выполняют роль терминаторных кодонов. Поскольку терминаторные кодоны, в том числе возникающие и при некоторых видах мутаций, например при amber-мутациях, сами по себе не кодируют какую-либо аминокислоту, их часто называют nonsense-кодо-нами (т.е. бессмысленными кодонами), а соответствующие мутации - nonsense-мутациями.

страница 15
< 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

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.05.2019)