Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ания пред. шественника тРНК.

Значительно меньше известно о предшественниках тРНК высших эукариот, у которых каждый ген тРНК. повторен несколько раз. У Xenopus laevis кластер генов тРНК одного типа расположен в ином месте генома, чем для других тРНК. В этом случае известно, что кластер состоит из тандемно повторяющихся блоков ген —

CAGGCCAGUAAAAGCAUUACCCG—

G|-—-lMJ—

G — С G— С U G G G G

Ср|

иГ

А

С С А

А

С С С

CCUUCC U А д

Van G G С

CGAGCCCU

CAAAGGGA

GAAGG ?? с U U

G U -G U с

С

? А

А2 mt6i

и

\

антпикоЭон

Рис. 26.8. Нуклеотидная последовательность предшественника тРНКТуг Е. coli и участки, отщепляющиеся при образовании зрелой тРНКТуг. Обведенные в рамку последовательности иа 5'- и З'-концах удаляются на стадиях расщепления, которые приводят к зрелой тРНКт*г. (Altman S., Cell, 4, 21, 1975.)

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1073

спейсер. Хотя для предшественников тРНК эукариот получены некоторые сведения, неизвестно, какая часть повторяющихся блоков или кластеров на самом деле транскрибируется.

26.5.4.3. Информационная РНК

В некоторых случаях трансляция мРНК Е. coli начинается с 5'-конца до завершения транскрипции. Следовательно, они не подвергаются созреванию перед трансляцией. Однако было обнаружено, что некоторые полигенные фаговые транскрипты подвергаются расщеплению с образованием нескольких небольших мРНК. Нук-леазой, которая проводит это расщепление, оказалась РНаза III, фермент, ответственный за созревание предшественников рибосомных РНК (разд. 26.5.4.1).

Обнаруженные в цитоплазме эукариотических клеток мРНК мо. ногенны и относительно коротки (средняя длина ~2000 нуклеотидов). В отличие от этого ядерная РНК, которая, скорее всего, является первичным транскриптом, часто гораздо длиннее, чем цитоплазматнческая РНК, и быстрее обращается. Ее называют гетерогенной ядерной РНК. Только небольшая часть ядерной РНК поступает в цитоплазму как мРН1\.

Большая часть молекул мРНК содержит полиадениловые последовательности длиной 100—200 остатков на З'-конце [«poly (А)-хвосты»]. Полиадениловые последовательности обнаружены также у многих ядерных РНК. Поэтому возможно, что мРНК возникают из ядерных РНК в результате утраты последовательностей у 5'-конца. Полиадениловые последовательности добавляются к этим РНК после транскрипции, вероятно, с помощью полиаденилатполи-меразы, которая была обнаружена во многих эукариотических клетках.

У мРНК эукариот модифицирован также 5'-конец, который содержит так называемый «кеп», состоящий из 7-метилгуанилата, присоединенного пирофосфатной связью к 5'-ко,нцу мРНК:

где X и ? — нуклеозидные группы на 5'-конце мРНК — могут содержать 2'-0-метильную группу. Предполагается, что синтез 5'-кепа идет следующим образом:

7-метил-С (5') ррр (5') ???...

pppG + ???· ¦ ¦ 4=3= G (5') ????- ¦ - + РР,

G (5') ???? + S-адеиозилметнонин -*¦

• 7-метил-С (5') ???? ·¦¦-{- S-аденозилгомоцистеин

(1)

(2)

7-Menwi-G (5') ???? ¦ · ¦ + S-аденозилметионин -»-

7-метил-С (5') рррХ-2'-0-метил- ¦ ¦ -f- S-аденозилгомоцистеин

(3)

1074

III. МЕТАБОЛИЗМ

Gly I

GGA

(неактивный) Arg AGA

Ser

(активный)

Thr

АСА (неактивный)

He

AUA

(слабо-активный)

Gly

GGA

(активный)

Gly 11

CG«

A

Glu (неактивный) (неактивный) Asp CAA GAH

Cys (неактивный)

* Val

GUA

(слабо-активный)

TG«

/!\ 1\I

Ala

GCA

(активный)

Ala

GQ (активный)

Gly

GG« (активный)

Рис. 26.9. Аминокислотные замещения двух глициновых остатков Gly I и Gly II, которые критичны для образования активной триптофансинтетазы. Соответствующие триплеты мРНК выведены на основе известных кодонов для этих аминокислот, отличающихся по одному основанию. Кодоны Gly I и Gly II различаются, так как дают различные замещения. Третье основание в кодоне Gly 11 может быть U или С. Термины активный, слабоактивный и неактивный относятся к ферменту, образующемуся в этом штамме. (Из работ Яновского с сотр.)

З'-Полиадениловые последовательности и 5'-кепы могут служить защитой для мРНК от их расщепления нуклеазами. В некоторых случаях 5'-кепы оказались необходимыми для присоединения рибосом при трансляции.

26.5.5. Коллинеарность генетической карты и аминокислотной последовательности

В предыдущем изложении в основу было положено предположение о том, что последовательность нуклеотидов в ДНК коллпне-арна последовательности аминокислот в белках. Этот основополагающий тезис можно проиллюстрировать, анализируя соотношение ген — белок на примере ?-цепи триптофансинтетазы Е. coli.

Известно много мутантов Е. coli, у которых изменена активность ?-субъединицы триптофансинтетазы. Этот белок, так же как и множество его неактивных вариантов, был выделен в чистом виде и для него были определены аминокислотные замены. Такие мутанты легко обнаружить благодаря появлению зависимости роста бактерий от триптофана (неактивен а-белок).

В пептиде, полученном из а-белка, Gly I замешен на Glu или Arg (рис. 26.9). Фермент с любой из этих замен совершенно неактивен. Рекомбинация путем кроссинговера обоих мутантов приводит к появлению активного фермента дикого типа, содержащего

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1075

тенетличеитая -карта '(не в масштаб^}

(расстоянии на гене тическои карте

¦'аминокислоты б белив дикого типа

аминокислоты в му-ангпном белке

В51 А38 A3 АЗЗ

А446

А487

А223

А23 А46

А187

А78 А58

А119

А96

h4-|b.7+04-1.6+.04T-.34-.*4.00lf.O6-b,5+,COlf,02T-,3-4 |

Glu Glu Туг Leu Thr Gly Gly Gly Gly Gly Ser Val Met Cys Arg He Arg Glu Val Cys Asp Leu

•голомсениЕ замен в H2N-1-48—48—174-176-182-210-210-212-233-233-234-267-СООЦ

• <7елке

Рис. 26.10. Генетическая карта гена А триптофансинтетазы и соответствующие аминокислотные замены в белке, иллюстрирующие коллинеарность. Положение этих замен в аминокислотной последовательности также указано. Обозначения на верхней линии (В51 и т. д.) —экспериментальные обозначения мутантов, в которых были обнаружены специфические изменения. (Yanofsky С, Drapeau G. R., Guest I. R.. Carlton В. С, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S., 57, 296, 1967.)

Gly. Это указывает на то, что в двух мутантах в кодоне Gly изменены разные основания. Поэтому и возможно возникновение исходного кодона в результате рекомбинации. Мутации кодонов Gly и Arg приводят к дальнейшим аминокислотным заменам (рис. 26.9). Так как точечные мутации кодонов I и II приводят к различным аминокислотным заменам, то, следовательно, эти кодоны также различны. Предполагаемые кодоны для всех аминокислотных замен приведены 'на рис. 26.9.

Если положение Gly I занимает остаток небольшой нейтральной аминокислоты Gly, Ala или Ser, то фермент сохраняет активность. Если в этом положении находятся остатки Thr, Не или Val, то активность мала, но активность полностью исчезает, если в этом положении находятся ионизируемые остатки Arg или Glu.

Детальное генетическое картирование мутантов по гену гх-белка триптофансинтетазы наряду с изучением первичной структуры белка показало строгую коллинеарность аминокислотной последовательности и генетической карты. Была определена также последовательность нуклеотидов, соответствующая первым 120 аминокислотным остаткам ?-белка, что как и ожидалось, также подтвердило коллинеарность аминокислотной последовательности и нуклео-тидной последовательности соответствующего гена (рис. 26.11). Соотношение мест мутаций, аминокислотной последовательности и замещений в ?-белке триптофансинтетазы показано на рис. 26.10.

Из коллинеарности гена (ДНК) и аминокислотной последовательности, а также известной последовательности рибонуклеотидов,

1076

III МЕТАБОЛИЗМ

A23 A46 A78 A58

генетическая карта

оператор anth \ Г ^ г

--г-- 1 1

5'-

Днк

мРНК 5'

а-белок

anth -1-

-GGA-

-CCT

ССА

-С1у-I

GGX.-

-Cly-

3',, незначащая! цепь"

5', значащая цепь"

3' транскрипция

„ трансляция СООН

Рис. 26.11. Схема коллинеарности нуклеотидных последовательностей ДНК трип-тофанового оперона, мРНК и аминокислотной последовательности ?-белка. Картирование мутантов по Gly I и Gly II и различных рекомбииантов позволило привязать генетическую карту к аминокислотной последовательности белка. Операторный участок находится со стороны гена антранилатсинтетазы (anth). транскрипция мРНК и синтез белка также начинаются в этом районе и идут направо. (Guest I. R., Yanofsky С, Nature, 210, 799, 1966.)

составляющих код, и направления синтеза мРНК (разд. 26.5.2) и белка (разд. 26.3.1) были выведены соотношения, показанные на рис. 26.11. Коротко суммируя, мРНК синтезируется, начиная от З'-конца той цепи ДНК, которая служит в качестве .матрицы, и синтезируется антипараллельная (комплементарная) последовательность. В результате транскрипции образуется такая последовательность мРНК, которая идентична таковой для цепи ДНК с б'-концом на этой схеме, за исключением замены U на ? в последней. Белок синтезируется с ?-конца путем переноса по одному аминокислотному остатку с соответствующей аминоацил-тРНК, антикодон которой комплементарен и антипараллелен триплету кодона мРНК

26.5.6. Молекулярная генетика гемоглобина

Молекулярная генетика гемоглобина наглядно иллюстрируется' результатами изучения некоторых врожденных аномалий гемоглобина и детально обсуждается в гл. 31. Большая часть гемоглоби-новых мутаций включает изменение одного аминокислотного остатка. Например, у гемоглобина HbS (серповидно-клеточный гемоглобин) остаток валина замещен на остаток глутаминовой кислоты в уникальном положении ?-цепи (гл. 31). Другие мутации вызывают сдвиг рамки считывания (Hb-wayne) либо делецию всего или большей части гена (гаЯ-талассемия). Каждая из них будет обсуждаться ниже. Физиологические последствия таких мутаций рассмотрены в гл. 31.

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1077

26.5.6.1. Аминокислотные замещения

Как отмечено выше, большинство аномальных гемоглобинов является результатом миссенс-мутаций (мутаций, приводящих к искажению информации, см. выше) в структурных генах а- или-?-цепей глобина. Более 80 различных за

страница 108
< 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
(23.08.2019)