Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

бходимо иметь 32 вида тРНК. Структура антикодонов митохондриальных тРНК указывает на то, что нескольким группам кодонов («четверкам», отмеченным в табл. 12.9) соответствует по одному виду тРНК. Первое положение антикодона в этих тРНК занимает остаток урацила, способный, таким образом, к образованию пары U: N с любым из четырех нуклеотидов в третьем положении кодона. Остальные кодоны группируются в «пары». Каждой из них соответствует один вид тРНК, в антико-доне которых первое положение занимает либо G (связывается с U или С, см. табл. 12.7), либо модифицированный остаток урацила, который может связываться только с А или G. В митохондриальной ДНК был идентифицирован только один ген, кодирующий тРНКМе1, в то время как в самих митохондриях удается обнаружить оба вида метионин-специфичной тРНК-тРНК^61 и тРНКМе*. Происхождение митохондриальной тРНК,Ме1 пока остается неизвестным. Судя по всему, инициация трансляции в митохондриях происходит как на обьгчном AUG-кодоне, так и на кодонах AUA и AUU. Для этого, по-видимому, необходимо, чтобы в антикодоне CAU произошла модификация С, позволяющая ему образовывать пары с G, А и U.

Аналогичные исследования генетического кода митохондриальных геномов дрожжей и Neurospora выявили определенные отличия как от универсального генетического кода, так и от кода, используемого в митохондриях человека. В митохондриях дрожжей и Neurospora, так же как и в человеческих митохондриях, триплет UGA считывается не как терминаторный, а как триптофановый кодон. В дрожжевом митохонд-риальном коде в отличие от всех остальных, включая универсальный, семейство триплетов типа CUN кодирует не лейцин, а треонин. Трансляция всего этого семейства, так же как и в митохондриях других организмов, осуществляется с помощью одного типа молекул тРНК, несущих антикодон UAG. Как в дрожжевых, так и в человеческих

Таблица 12.9. Генетический код митохондрий человека0

Второе положение

иии иис

UUA UUG

Phe

Leu

UCU 1 UCC UCA UCG -1

Ser

UAU

Tyr

UAC J UAA Ter UAG Ter

UGU UGC

u; \

UGG

Cys

Тф

CUU 1

Leu

cue

CUA CUG AUU1

He

AUC

J Met

AUG

CCU ~\ CCC CCA CCG J

ACU 1 ACC АСА ACG "*

Pro

Thr

His

Gin

Asn

CAU CAC CAA CAG

AAU'

AAC

AAA ~|

Lys

' J

AAGArg

CGU 1 CGC CGA CGG-*

AGU

Ser

AGCJ

\\7-\ Ter :C,C- Ter

I 8.

GUU GUC GUA

Val

GCU1

GCC GCA GCG-*

Ala

GAU-GAC-GAA GAG

Asp

Glu

GGU^ GGC GGA GGGJ

Gly

X) Цветом выделены кодоны, отличающиеся по значению от универсального кода (табл. 12.1). Отмечены семейства кодонов, каждое из которых считывается молекулами тРНК одного вида, содержащими остаток в первом положении.

митохондриях триплеты AGG кодируют аргинин, а триплеты

и

AUC-изолейцин. Однако у дрожжевых митохондрий для трансляции

А

последней тройки кодонов используются однотипные молекулы тРНК, у которых в первом положении антикодона стоит не I, a G. Образование необычных пар в этом случае, вероятно, достигается за счет модификации остатка G антикодона. Для дрожжевого митохондриального генома характерно также наличие двух видов тРНК с антикодоном CAU-это тРНКМй и TPHKf1"*. Всего в митохондриях для трансляции кода используется 24 вида молекул тРНК.

Дрожжевой митохондриальный код характеризуется еще одним необычным свойством: ни один из его структурных генов не использует триплетов семейства CGN для кодирования аргинина в составе мито* хондриальных белков. В то же время в трансляционном аппарате дрож

жевых митохондрий имеется тРНК, содержащая необычный остаток А в первом положении соответствующего антикодона ACG, который, вообще говоря, мог бы узнаваться триплетами семейства CGN. Пока еще неизвестно, происходит ли в действительности аминоацилирование тРНК этого типа аргинином.

Дополнение 12.1. Генетическая организация митохондриального генома

Митохондриальные геномы дрожжей и человека характеризуются очень сходными функциями и в то же время весьма существенными различиями в способах генетической организации. Оба генома кодируют рРНК, входящие в состав больших и малых рибосомных субъединиц, мРНК некоторых митохондриальных белков (большинство митохондриальных белков закодированы в ядерном геноме), а также набор тРНК, необходимых для считывания митохондриальных мРНК.

В митохондриальном геноме человека содержится информация о структуре лишь 13 белков, в их числе-три субъединицы цитохром-с-оксидазы, цитохром Ь, субъединица-6 митохондриальной АТРазы. Для восьми оставшихся белков с неизвестной функцией обнаружены только соответствующие гены, обозначаемые обычно символом URF (от англ. unidentified reading frames -неидентифицированные рамки считывания, см. рис. 12.10). В дрожжевом митохондриальном геноме закодировано несколько большее число белков. Помимо белков, аналогичных пяти вышеупомянутым, кодируются также субъе-диница-9 АТРазы, фермент сплайсинга, отвечающий за удаление интронов из предшественников мРНК (в ДНК митохондрий человека интроны отсутствуют), и еще несколько неидентифицированных белков, которые не удается совершенно однозначно сопоставить с URF-белками человека. Митохондриальная ДНК дрожжей содержит около 78 ООО пар нуклеотидов (п. н.), в то время как человеческая митохондриальная ДНК-лишь 16 569. Как показано на рис. 12.10, организация митохондриального генома человека более экономична чем структура митохондриального генома дрожжей. Такая экономия достигается не только благодаря отсутствию интронов в структурных генах, но также и за счет сведения к необходимому минимуму набора тРНК, существенного уменьшения размера рРНК [16SpPHK (1559 п.н.) по сравнению с 21SpPHK у дрожжей и 12SpPHK (954 п.н.) по сравнению с 15SpPHK у дрожжей]. Кроме того, в человеческой митохондриальной ДНК отсутствуют спейсерные участки, характерные для дрожжевого митохондриального генома, а в гене, кодирующем 16SpPHK, в отличие от соответствующего дрожжевого гена 21SpPHK нет нитрона.

Транскрипция дрожжевой митохондриальной ДНК происходит при участии ряда различных промоторов. В то же время в транскрипции митохондриального генома человека участвуют только два промотора, по одному для каждой их двух комплементарных цепей ДНК. Как показано на рис. 12.11, обе цепи практически целиком транскрибируются в соответствующие цепи РНК. Эти первичные транскрипты далее подвергаются эндонуклеазному расщеплению с образованием зрелых молекул РНК. Любопытно, что в большинстве случаев между последовательностями, кодирующими мРНК и рРНК, без каких-либо промежуточных нуклеотидов располагаются последовательности, кодирующие тРНК, которые образуют как бы систему пунктуации для разграничения двух типов последовательностей. После точного вырезания

21SpPHK

CO 11 URF

со

N URF

АТРаза 6

15SpPHK

ков. Второй интрон, расположенный внутри гена дрожжевого цитохрома Ь, кодирует фермент сплайсинга или матуразу. Гены тРНК показаны белыми кружками. Пунктирными линиями отмечены фрагменты ДНК с неустановленной последовательностью. Дополнительные подробности см. в тексте. (По Borst P., GrivellZ.A. 1981. Nature, 290, 443.)

из первичного транскрипта к З'-концу последовательности тРНК присоединяется акцепторный триплет ССА, довершающий структуру функционально активной молекулы тРНК. Зрелые молекулы мРНК формируются при полиаденилировании соответствующим образом процессиро-ванных предшественников. В человеческом митохондриальном геноме информация настолько сконцентрирована, что в последовательностях, кодирующих мРНК, как правило, частично удалены нуклеотиды, соответствующие З'-кон-цевым терминаторным кодонам. Достройка этих кодонов также достигается за счет присоединения дополнительных

20

40

60

+ 10

80

IS

100%

16.58 Т.П.И.

18

1 " "" ' , - ь ?' '

ЛЬ-. . /У-У

— ..— - 13

12

Leu Не F-Met Trp

12S 16S

17

11

Thr

L-цепь R -цепь

Рис. 12.11. Идентифицированные РНК-транскрипты комплементарных цепей ДНК человеческого митохондриального генома. Кольцевая карта генома линеаризована по точке начала репликации ДНК. Обозначения цепей отражают направление их транскрипции.

РНК-транскрипты, кодируемые Z-цепью (левосторонняя транскрипция), показаны цветными прямоугольниками, а транскрипты с R-цепи (правосторонняя транскрипция) — черными прямоугольниками. (По Ojala D., MontoyaJ., AttardiG. 1981. Nature, 290, 470.)

URFl URF2 URF3 URF4 Cytb

com

АТРазаб

тРНК

AG тРНКT|GG тРНК -Т

GT тРНКT|GG тРНК -Т

АС тРНК

ATG СОШ

Рис. 12.12. Специфическое расщепление и полиаденилирование транскриптов с человеческой митохондриальной ДНК приводят к формированию терминаторных кодонов на концах последовательности молекул мРНК, показанных на рисунке. (По Anderson S. et al. 1981. Nature, 290, 457.) (Reprinted by permission. Copyright © 1981-Macmffian Journals Limited.)

URFl URF 2 URF3 URF 4 Cytb СОШ АТРазаб

Транскрипция, расщепление и полиаденилирование

\J КЛ\Л А А А, AAA,

UAA I

UAA

UAA t

UAA

AAA, AAA, AAA, AAA,

UAA

UAA A A A A,

остатков А при полиаденилировании мРНК-предшественников в ходе их созревания (рис. 12.12).

Закономерно, что для митохонд-риальных геномов, функциональная роль которых сводится к обеспечению внутри-митохондриального синтеза небольшого набора белков в условиях стабильного внутриклеточного окружения самих митохондрий, в ходе эволюции возникла возможность развития необычных способов организации и выражения генетической информации. Дальнейшие исследования митохондрий других организмов, вероятно, позволят выявить новые, еще неизвестные пути реализации информационных возможностей генома.

Литература

Anderson S. et al. (1981). Sequence and organization of the human mitochondrial genome, Nature, 290, 457-464.

Barrell B. G., Bankier А. Т., Drouin J. (1979). A different genetic code in human mitochondria, Nature, 282, 189-194.

Borst P., GrivelljLA. (1981). Small is beautiful-portrait of a mitochondrial genome, Nature, 290, 443-444.

Crick F.H.C. et al. (1961). General nature of the genetic code for proteins, Nature, 192, 1227-1232.

Garen A. (1968). Sense and non

страница 21
< 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)