Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Аминокислоты взаимодействуют с АТФ, образуя аминоациладе-нилаты и пирофосфат (схема 9). Реакция катализируется энзимами, носящими по международной номенклатуре название ами-нокислота-тРНК-лигазы. Удачное краткое название, передающее существо одной из функций этих энзимов,— «кодазы» (термин, предложенный В. А. Энгельгардтом). Общеприняты, однако, тривиальные названия — аминоацил-тРНК-синтетаза, или АРС-аза, а также аминоацилсинтетаза.
Реакция образования аминоациладенилата обратима, так как энергия, освобождающаяся при отщеплении пирофосфата, практически не растрачивается, а резервируется при формировании эфирной связи между карбонилом аминокислоты и остатком а-ор-тофосфата. Обратимость реакции используется в одном из методов оценки активности аминоацилсинтетаз — по способности
о он но X/ с +
H,N-CH
I
R
+
Амино-ацил -синте-таза
Mg
++
ОН ОН
ОН
I
О О—Р=0
X/” I с о
h2n-ch сн2 .
| >0
R
он он
Аминоациладенилат
Амино-ацил -синте-таза
ОН
НО-Р—о
0
1
hq-p=o
он
Схема 9. Реакции подготовки аминокислот к трансляции.
обмена концевого пирофосфата АТФ на меченый пирофосфат, вводимый в среду. Рассматривая приведенное уравнение реакции, можно заметить также еще одну особенность: конечным продуктом ее является не свободный аминоациладенилат, а его комплекс с энзимом. Этот комплекс выделен. Свободный аминоациладенилат (Аа-АМФ) в обычных условиях не образуется. Комплекс Аа-АМФ-энзим участвует в следующей реакции подготовки аминокислоты к трансляции. Он взаимодействует с тРНК (ее З'-концом) и образует аминоацил-тРНК (Аа-тРНК), а также свободный АМФ. (см. схему 9). В результате этой второй реакции также не происходит существенных растрат энергии, и формирующаяся эфирная связь между карбонилом аминокислоты и З'-углеродом рибозы концевого нуклеотида тРНК обладает запасом энергии, достаточным для последующего образования пептидной связи с другим аминокислотным остатком. Легко заметить, что лишь суммирование двух реакций подготовки аминокислот к трансляции позволяет
+ ^
он он
HoN-CH
он он
Амино-ацил -синте-таза
+
он он
4-
Амино-ацил -синтё-таза
Схема 9: Продолжение.
прийти к уравнению, в котором энзим не фигурирует, как и должно быть, если все его каталитические функции учтены полностью:
Аа+АТФ+тРНК—>-Аа-тРНК+АДФ + ФФ.
Таким образом, одна и та же аминоацилсинтетаза катализирует в трехкомпонентной системе две различные, хотя и тесна связанные, реакции. Смысл такого совмещения можно понять, если учесть, что значение стадии подготовки аминокислот к трансляции отнюдь не сводится к превращению последних в форму, обладающую большим запасом свободной энергии. На этой же ста-! дии происходит присоединение аминокислот к своим (только ¦ своим!) молекулам-адапторам и, в сущности, проделывается значительная часть работы, обеспечивающей далее точную установку аминокислотного остатка на позицию в полипептиде. Аминокислота, соединившись с тРНК, специализированной на данцой, аминокислоте, как бы приобретает способность к последующему*
отысканию своего кодона на мРНК. Отсюда понятна необходимость высокой «двойной» специфичности аминоацилсинтетаз — и в отношении взаимодействия с индивидуальными аминокислотами, и с тРНК — так, чтобы последняя соответствовала активируемой аминокислоте. Понятно также, почему упоминавшееся выше другое название аминоацилсинтетаз — кодазы — особенно удачно отражает вторую функцию этого энзима.
Каждой аминокислоте соответствует как минимум одна ами-ноацилсинтетаза, и поэтому минимальное их число для данной клетки равно 20. Каждая индивидуальная аминоацилсинтетаза обладает элементами структуры, позволяющими узнавать данную аминокислоту, причем показано, что эти области молекулы не совпадают с участками, необходимыми для узнавания тРНК (Л. Л. Киселев и соавт., 1971). Поскольку области связывания аминокислот образованы полипептидами, которые определенным образом расположены в пространстве, то можно думать о существовании набора трехмерных полипептидных рецепторов для каждой аминокислоты.
Все изложенное показывает, сколь сложной и важной является функция аминоацилсинтетаз в специфическом узнавании столь неоднотипных соединений, как тРНК и аминокислота, и в их соединении. Это позволяет также понять название этой стадии биосинтеза белка, все чаще применяемое в последние годы,— рекогниция (узнавание).
Показано, что аминоацилсинтетазы, специализированные на одной и той же аминокислоте, могут быть неодинаковы в различных автономных областях клетки (например, в митохондриях и гиалоплазме). Другие возможные источники и примеры множественности аминоацилсинтетаз являются пока дискуссионными. Во всяком случае несомненно, что число аминоацилсинтетаз меньше числа тРНК — один энзим обслуживает обычно несколько изоак-цепторных тРНК, специализированных на соответствующей аминокислоте. Заметим попутно, что в свою очередь число тРНК обычно меньше числа кодонов данной аминокислоты, ибо, как будет показано ниже, один антикодон нередко обслуживает несколько кодонов. Следовательно, если сравнивать вырожденность кодирования аминокислот, то на уровне ДНК и мРНК она максимальна — 61 кодовое слово, на уровне тРНК она меньше — 30—50 антикодонов (по разным оценкам1), а на уровне аминоацилсинтетаз — еще меньше, ненамного превосходя 20 кодовых сочетаний.
