Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
Очевидно, можно значительно повысить специфичность узнавания аминокислот нуклеотидами, если не ограничиваться взаимодействием отдельных единиц, т. е. аминокислотой и кодоном или антикодоном. Одной из причин того, почему тРНК является сравнительно большой молекулой, может быть либо необходимость достаточно характерной третичной структуры, обеспечивающей узнавание ее каким-то ферментом, либо то, что сама протяженная структура обладает способностью к узнаванию, как это свойственно молекуле фермента. Обе эти возможности будут обсуждаться в связи со «случайными» моделями. Остается еще одна трудность: как предотвратить случайное соответствие, потому что все перестановки в области антикодона могут, по-видимому, произойти без изменения адапторной структуры.
Бессмысленно развивать модель, основанную лишь на гипотетическом, до сих пор экспериментально не установленном взаимодействии. Во всяком случае, для однозначно определенного начала потребовались бы очень специфичные взаимодействия (q, близкое к единице), но очень сомнительно, существуют ли вообще достаточно сильные взаимодействия, обеспечивающие прямое соответствие между антикодонами и аминокислотами *. Таким образом, встает законный вопрос:
1 Имеется еще другое соображение: если бы существовало такое изначальное взаимодействие между аминокислотами и кодонами, то можно было бы предположить, что ферменты эволюционируют, используя это взаимодействие, но это привело бы к возможности обратного считывания от белка к нуклеиновой кислоте (что
Если специфические взаимодействия отсутствуют, то не могло ли однозначное кодовое соответствие появиться из случайных комбинаций аминокислот с антикодонами?
Любое специфическое взаимодействие между кодоном (или между любой неразрывно связанной с кодоном структурой) и аминокислотой — когда бы оно ни существовало— может повысить вероятность в остальном ненаправленного начала трансляции, Нас опять-таки интересует не столько конкретная (спекулятивная) модель, сколько оценка вероятностей для случайного возникновения (или нуклеации) возможных предшественников ныне известной адапторной системы узнавания. Другими словами, мы хотим знать, насколько сложной должна быть система, чтобы в ней с ненулевой вероятностью могла возникнуть однозначная трансляция, предполагая, что никакое специфическое взаимодействие не влияет на выбор кодового соответствия.
Предположим, что имеются только такие взаимодействия, существование которых экспериментально обосновано. Например, мы знаем, что способностью к очень специфичному узнаванию тРНК или подобных ей структур обладают трехмерные белковые структуры. Мы знаем также, что аминокислоты могут быть активированы (например, при помощи АТФ) и присоединены к нуклеотидной последовательности, но мы не знаем никакого специфического и изначального взаимодействия между аминокислотами и антикодонами, которое удовлетворительно реализовалось бы без помощи ферментов.
Простейшая модель «случайного» начала трансляции основывается на существенно равных априорных вероятностях различных соответствий между аминокислотами и кодонами или антикодонами. Таким образом, любая из аминокислот а, Ь, с ... может a priori связаться с любым из адапторов А, В, С ..., так что соответствие а — А,
противоречит «центральной догме» молекулярной биологии). Хотя есть ферменты, допускающие обращение транскрипции (РНК-»-ДНК), нет никаких данных (и их даже трудно представить), что такое обращение считывания может иметь место для трансляции, хотя, если бы такой механизм существовал, он давал бы известные преимущества.
b — В и т. п. отражает только конечный исход (к которому ретроспективно и приспособлены обозначения). Рассмотрим три модели, к которым относится это допущение и для которых поэтому возможен общий подход:
1. Аминокислота узнается третичной структурой (например, щелью) полинуклеотида, похожего на предшественник тРНК. Антикодон локализуется в открытой петле; но он может не участвовать в узнавании (или не определять его) и фиксации аминокислоты на адапторе, так что a priori данной аминокислоте может быть сопоставлен любой триплет.
2. Модель, аналогичная первой, с той разницей, что аминокислота заменена олиго- или полипептидом (второй адаптор), концевая аминокислота которого должна быть активирована. Такое взаимодействие полинуклеотида с полипептидом может быть гораздо более тесным р специфичным, чем взаимодействие с отдельной аминокислотой, но, как и прежде, для каждой данной взаимодействующей структуры полипептида и полинуклеотида |можно произвести любую подстановку концевой аминокислоты и доступного антикодона.
3. Модель, сходная со второй моделью, в которой, однако, полипептиды обладают ферментативной активностью (как предшественники аминоацилсинтетаз) — специфично узнают свободную аминокислоту (или олигопептид), которая должна присоединяться к данной адапторной структуре; эта модель снова допускает любые возможные комбинации антикодон — аминокислота.
В любой из этих моделей мы имеем X единиц, т. е. аминокислоты а,Ь, с, ..., которые нужно поставить в соответствие кодонам А, В, С, ... с помощью адапторов А', В', С' (комплементарных А, В, С .. .). Имеется всего X2 возможных соответствий, например, для X — 2 : аА', аВ', ЬА' и ЬВ'. Различные соответствия возможны потому, что А', например, согласно нашему допущению, представляет собой целый класс адапторов, которые все имеют один и тот же антикодон, соответствующий А, но в остальном могут взаимодействовать совершенно по-разному с различными аминокислотами или активирующими ферментами. Предполагается, что все соответствия имеют равные априорные вероятности. Рассмотрим
