Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Помимо системы бесклеточного синтеза белка бактериального происхождения, обстоятельно разработана бесклеточная система из рибосом ретикулоцитов животных.
Еще сравнительно не так давно серьезным достижением являлся синтез в бесклеточной системе белка или белково-полипеп-тидиой смеси без определенных функциональных характеристик. Сейчас перечень биологических активных белков, синтезированных таким образом при использовании препаратов мРНК или вспомогательных систем, генерирующих мРНК in vitro, очень значителен. В нем фигурируют как относительно простые по структуре белки РНК-фагов, лизоцим фага Т4, белки рибосом, гистоны, так и более сложные белки — щелочная фосфатаза Е. coli, р-глюкозилтранс-фераза фага Т4, глобин кролика, и, наконец, высокомолекулярные белки высшей степени сложности — субъединицы миозина (Dohan et al., 1971; Haywood et al., 1971; Lucas-Lenard, Lipmann, 1971; Flessel, 1971; Jacobs-Lorena et al., 1972; Ralph, Rich, 1971, и др.).
Заключая рассмотрение функций рибосом, обратим внимание па поразительную сложность системы и на то, что она потребляет относительно очень много энергии, хотя результат ее действия можно, на первый взгляд, свести к образованию пептидных связей между аминокислотами. В самом деле, система состоит более чем из 60 уникальных белков и рибонуклеиновых кислот (не считая тРНК и систем синтеза Аа-тРНК). Большая часть из них объединена в сложнейшее надмолекулярное образование. На замыкание каждой пептидной связи расходуется энергия не менее чем трех макроэргических связей нуклеозидтрифосфатов (две реакции ГТФ—*ТДФ + ФН при элонгации и одна АТФ—^АМФ + ФФ при синтезе Аа-тРНК), хотя энергия каждой пептидной связи
значительно меньше вклада одного макроэрга и, в сущности, сам акт переноса пептидила на Аа-тРНК совершается за счет энергии, аккумулированной в последней. Вероятно, сложность и энергоемкость рибосомальной системы синтеза обусловлена не какими-то особыми свойствами пептидной связи, а необходимостью строго определенной последовательности включения аминокислот.
Высокие затраты энергии на стадии трансляции заставляют вновь вернуться к вопросу о роли процессов изменения энтропии в поддержании и развитии живой материи. Как известно, по этому поводу высказывались полярные суждения. Так, Шредингер и многие другие указывали, что организм создает и поддерживает чрезвычайно высокий уровень упорядоченности своих структур за счет разупорядочения структур среды. В результате при возрастании энтропии системы в целом имеет место либо стабильность, либо даже понижение частичной энтропии, характеризующей упорядоченность организма. Наиболее основательная критика такого рода представлений исходила, во-первых, из того, что организм извлекает энергию из внешней среды в виде свободной энергии и, во-вторых, из данных 1950—1960-х годов о том, что для синтеза пептидной связи нужны относительно небольшие затраты энергии, а упорядоченность расположения аминокислотных остатков достигается без существенных дополнительных энергетических затрат: «если организм синтезирует пептидные связи, то для него уже не может составить особой трудности уложить полученную цепь сколь угодно сложным образом ценой довольно небольшой дополнительной затраты свободной энергии из продуктов «ассимиляции» (А. Г. Пасынский, 1963). Достижения последних лет, суммированные выше, приводят к обратному заключению — об очень высоких дополнительных затратах свободной энергии на синтез полипептидов. Происходящие при этом превращения энергии можно, по-видимому, представить как следствие снижения частичной энтропии. Сопоставление вероятности образования полипептидов, в которых последовательность аминокислот произвольна, с вероятностью единственно возможного порядка аминокислот в природных белковых полипептидах позволяет оценить изменение TAS близким к 2—3 ккал. Этого достаточно для оправдания дополнительной затраты одного макроэрга, кроме АТФ, на стадии синтеза Аа-тРНК. Остается, однако, неясным, как объяснить необходимость еще в одной молекуле ГТФ. Более того, все гипотезы об энергетике трансляции находятся пока в противоречии с существованием уже упоминавшейся так называемой «неэнзиматической» трансляции, в которой для рибосом, отравленных парахлормер-курибензоатом, нужда в ГТФ отпадает. Правда, пока такой тип синтеза основательно изучен лишь для гомополипептида — полифенилаланина, возможно, его синтез является, как уже отмечалось выше, слишком упрощенной задачей для систем трансляции. Следует поэтому ждать результатов опытов по «неэнзиматической» трансляции с природными мРНК.
ИНГИБИТОРЫ ТРАНСЛЯЦИИ
Среди множества антибиотиков и химиотерапевтических агентов, полученных и исследованных в течение последних двух десятилетий, выявлено немало ингибиторов синтеза белка на стадии трансляции. В свою очередь изучение их действия во многом способствовало раскрытию механизмов синтеза белка.
В настоящее время достигнуто положение, когда с помощью ингибиторов можно остановить процесс на любой из охарактеризованных в предыдущем разделе стадий, если объектом являются бактерии, идентичные или близкие тем, которые систематически использовались при изучении трансляции. Однако, когда обращаются к бактериям, далеко отстоящим от традиционных модельных объектов, возникает ряд трудностей. Особенно же пока ограничены возможности избирательного подавления реакций трансляции в клетках эукариотов и, в том числе синтетических процессов, связанных с заражением вирусами и с опухолевым ростом.
