Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

орного штамма Е. coli. Она отличается от структуры аналогичной тРНК из бессу-прессорного штамма тем, что в положении 24 остаток G заменен на А. (Основания, помеченные звездочкой, подвергаются посттранскрипционной модификации.) (По Hirsh D. 1971. J. Mol. Biol., 58, 439.)

G (У

iGAAC

24

A-OH

С

С

G '•U •С

GО GUGA

G—C G—С

С U С U С

: : : : : Ч

G G G A GT4,C

U ..

G*G

• G

• С •С

• А

А А*

С С А

4 Антикодон

триптофана, возникает в результате мутации в дигидроурациловой петле тРНКТф, которая по-прежнему сохраняет нормальный антикодон ССА, в норме узнающий триптофановый кодон UGG (рис. 12.9). Таким образом, правильное узнавание при трансляции кода зависит не только от комплементарности антикодонового участка, но и от структуры других участков молекулы тРНК.

Известны и внегенные супрессоры missense-мутаций, которые также возникают в результате мутаций, влияющих на способность молекул определенных тРНК узнавать соответствующие кодоны. Например, одна из мутаций (trpA36) в гене триптофансинтазы Е. coli приводит к замене глицина в положении 211 на остаток аргинина (рис. 11.6). При этом глициновый кодон GGA превращается в аргининовый кодон AGA. Супрессорная мутация suA36 затрагивает ген, кодирующий тРНК°1у, которая в норме имеет антикодон UCC. Мутантная su АЗб-тРНК°1у содержит антикодон UCU, в результате чего мутантный ггр ЛЗб-кодон AGA может считываться уже не как аргининовый, а как глициновый.

Возникает вопрос: как же может выжить клетка, несущая ген супрес-сорной тРНК, если при этом так изменяются свойства необходимой для нормального функционирования исходной тРНК, что правильное узнавание некоторых кодонов или правильная терминация белкового синтеза оказываются невозможными? Ответ на этот вопрос, вероятно, должен иметь двойственную природу. Во-первых, в случае мутации типа su3+ соответствующий штамм не лишается нормальной тРНКТуг. Эта мутация происходит в клетках, содержащих дуплицированный ген тРНКТуг, и, таким образом, образующийся супрессорный штамм содержит как нормальную, так и мутантную тРНКТуг. Во-вторых, скорость роста у супрессорных, и в особенности nonsense-супрессорных, штаммов существенно меньше, чем у соответствующих бессупрессорных прототипов. По-видимому, самим фактом своего выживания эти штаммы обязаны тому, что мутантные тРНК в действительности являются не очень

эффективными супрессорами. Оценки эффективности супрессии nonsense-мутаций различными amber-супрессорами приведены в табл. 12.8. Эти супрессоры не слишком эффективно подавляют терми-нацию и все же позволяют клетке наработать достаточное количество активного белка (вероятно, всего лишь около 5% от нормы) для поддержания роста. Характерно, что и в отсутствие супрессии nonsense-мутации оказываются в той или иной степени подверженными «пробою», т.е. преждевременная терминация происходит не со 100%-ной эффективностью. Известно, что различные nonsense-мутации характеризуются различиями в вероятности «пробоя», которая, по-видимому, определяется особенностями окружения в данной последовательности мРНК.

Процесс терминации на истинных терминаторных кодонах происходит также не со 100%-ной эффективностью. Некоторые мРНК в действительности содержат два тандемных терминаторных кодона (часто это кодоны различного типа) на конце кодирующей последовательности. Возникновение таких тандемных терминаторных сигналов в эволюционном отношении, вероятно, обусловлено необходимостью более надежно обеспечивать терминацию трансляции. В тех случаях, когда терминации трансляции на соответствующих кодонах не происходит, в результате «сквозной» трансляции кодонов, следующих за термина-торным сигналом, образуются белки с избыточной С-концевой последовательностью (readthrough proteins). Возможно, «сквозная» трансляция происходит при участии некоторой супрессорной активности, характерной для нормальных клеток, хотя генетическая природа этой активности окончательно еще не установлена. Образование белков с избыточной последовательностью играет определенную роль при обычной инфекции фагами X и QP. В ретикулоцитах кролика была зарегистрирована сквозная трансляция Р-глобиновой мРНК, функциональное значение которой пока неизвестно. Обнаружено, что проявляющаяся в ретикулоцитах UGA-супрессорная активность обусловлена наличием особого вида тРНКТгр, способной подставлять триптофан в положение, соответствующее этому терминаторному кодону, и тем самым приводить к сквозной трансляции. Удавалось наблюдать сквозную трансляцию, проходящую через терминаторные кодоны UAG и UGA, но не через кодон UAA. Судя по всему, кодон UAA служит наиболее эффективным сигналом, используемым для терминации трансляции. Не исключено, что наблюдаемая в норме сквозная трансляция является проявлением еще одного, пока еще слабо изученного механизма, позволяющего дополнительно расширить возможности использования содержащейся в геноме информации.

В процессе обеспечения точности полипептидного синтеза принимают участие и рибосомы. Так, антибиотическое действие стрептомицина реализуется за счет связывания с одним из рибосомных белков и остановки синтеза белковой цепи. При низкой концентрации стрептомицина в среде клетки Е. coli Str5, несущие nonsense-мутации, приобретают способность к супрессии всех трех видов nonsense-кодонов. Мутации, в той или иной степени изменяющие структуру рибосом, оказывают влияние на точность трансляции. Так, Str11-мутанты Е. coli обладают измененным ЗОБ-рибосомным белком, благодаря которому заметно повышается эффективность преждевременной терминации трансляции на возникших в результате мутаций nonsense-кодонах. Другая мутация, ram (ribosomal ambiguity mutation), действует на тот же 30S

рибосомный белок и повышает частоту «пробоя» nonsense-мутаций. В клетках, несущих nonsense- или missense-супрессоры, мутация ram повышает эффективность супрессии.

Таким образом, можно отметить, что, помимо обычных актикодон-кодоновых взаимодействий, существует еще целый ряд факторов, влияющих на процесс считывания кодонов с мРНК. Точность образования пары антикодон—кодон зависит от структуры участков молекулы тРНК, расположенных за пределами антикодоновой петли, и от структуры определенных участков рибосомы. Кроме того, в соответствии с гипотезой Крика образование системы водородных связей между ан-тиходонами и кодонами не является строго однозначным, т.е. допускает определенное разнообразие структур соответствующих элементов. На все эти факторы могут влиять мутации, возникающие в генах, кодирующих структуру любых компонентов трансляционного аппарата.

В ходе эволюции у прокариотических и эукариотических организмов сформировались системы биосинтеза белка, которые по структурной организации существенно отличаются друг от друга. С учетом этого обстоятельства, а также того, что сам процесс узнавания кодонов может подвергаться определенным генетически обусловленным модификациям, можно только удивляться тому, что как прокариоты, так и эука-риоты используют совершенно идентичный генетический код, представленный в табл. 12.1. Универсальность генетического кода-наиболее серьезное подтверждение эволюционных представлений, согласно которым все организмы произошли от одного общего предка. Именно поэтому весьма неожиданным оказалось, что генетический код митохондрий, как было впервые установлено в 1979 г., характеризуется отличными от обычных значениями некоторых кодонов и некоторыми особыми правилами узнавания кодонов.

Генетический код митохондрии

Методы клонирования и секвенирования ДНК позволили провести тщательный сравнительный анализ генетической организации митохон-дриальных геномов у целого ряда организмов, от грибов до человека. Определение полной нуклеотидной последовательности человеческой митохондриальной ДНК, содержащей 16569 нуклеотидных пар, было завершено в 1981 г. Известны также частичные последовательности ми-тохондриальных геномов быка, дрожжей и Neurospora. Полученные результаты свидетельствуют о том, что митохондриальные геномы высших и низших эукариот, кодирующие примерно один и тот же набор функций, в то же время характеризуются различиями в смысловом значении некоторых кодонов, в правилах антикодон-кодонового узнавания и существенными различиями в общей структурной организации. Можно полагать, что существенным фактором эволюции митохондриальных геномов была селекция на максимальную структурную компактность при максимальной информационной нагруженности (см. Дополнение 12.1). Это, вероятно, достигалось за счет таких изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. При этом митохондрии млекопитающих, характеризующиеся наиболее компактной организацией генома, подверглись соответ

ственно более существенным эволюционным изменениям, чем митохондрии грибов.

Генетический код, используемый в митохондриях, удалось расшифровать с помощью сопоставления аминокислотных последовательностей митохондриальных белков с соответствующими фрагментами нуклеотидной последовательности митохондриальной ДНК. Так, оказалось, что и у дрожжей, и у млекопитающих триптофан кодируется как триплетом UGG, так и триплетом UGA, который, согласно табл. 12.1, служит терминаторным кодоном. Например, в аминокислотной последовательности субъединицы II митохондриальной цитохром-с-оксидазы человека из пяти остатков триптофана три соответствуют кодону UGA, а два других-кодону UGG. Поэтому ясно, что кодон UGA в митохондриях человека не может выступать в роли терминатора трансляции. Расшифрованный таким образом генетический код, используемый в митохондриях человека, представлен в табл. 12.9. Среди других отличий от обычного универсального кода можно отметить то, что кодон AUA вместо изолейцина кодирует метионин, а триплеты AGA и AGG являются не аргининовыми кодонами, а сигналами терминации трансляции.

Анализ нуклеотидной последовательности митохондриального генома свидетельствует о том, что он содержит только 22 гена тРНК, что соответствует существенно меньшему разнообразию, чем в случае универсального кода, для считывания которого нео

страница 20
< 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
(24.08.2019)