Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Интересные данные были получены на матрицах, состоящих из повторяющегося тетрануклеотида. В этом случае должны синтезироваться полипептиды с повторяющейся последовательностью из четырех аминокислот. На матрице поли (УАУЦ) шел синтез полипептида с повторяющейся последовательностью тирозин—лейцин—серин—изолейцин независимо от рамки считывания (см. рис. 2.11, б). Достаточно знать кодон для одной из аминокислот, чтобы определить остальные. Однако совершенно иные результаты были получены при использовании поли (ГУАА) и поли (АУАГ) (см. рис. 2.11, б). Продуктами реакции были только ди- и трипептиды. Это связано с тем, что три из 64 кодонов не кодируют аминокислот, а выполняют роль терминаторов белкового синтеза. В первом случае синтез останавливался на кодоне УАА, во втором — на кодоне УАГ. Именно по этой же причине на матрицах поли (ГУА) и поли (ГАУ) синтезировалось только два гомопептида. Одна из рамок считывания соответствует стоп-кодону (УГА и УАГ, соответственно).
Метод связывания рибосом. Ниренберг и Ледер разработали в 1964 г. другой метод расшифровки кодонов. Они установили, что тринуклеотиды стимулируют связывание с рибосомами тРНК, которая, в свою очередь, связана с аминокислотой, соответствующей данному тринуклеотиду. Это имитирует процесс взаимодействия кодона с антикодоном, который происходит на рибосомах между тРНК и мРНК. Таким образом, связывая рибосомы на нитроцеллюлозных фильтрах, можно выделить тройные комплексы: тринуклеотид — аминоацил-тРНК (в комплексе с аминокислотой) — рибосома. Не связанные с рибосомами молекулы тРНК проходят через фильтр и на фильтре можно обнаружить ту аминокислоту, которая связана с'тринуклеотидом, добавленным к смеси.
Тринуклеотид добавляли в реакционную смесь, где одна из аминокислот, связанных с тРНК, была радиоактивно мечена. В эксперименте анализировали 20 проб, в которых находился один и тот же тринуклеотид. Определив, в которой из проб метка окажется связанной с фильтром, устанавливают соответствие триплета и аминокислоты.
Два описанных выше метода привели к полной расшифровке генетического кода в 1966 г. Огромная по объему и выдаю-
щаяся по значению работа была выполнена всего за 5 лет. Полностью генетический код приведен в табл. 2.1.
Основные свойства генетического кода. 1. Триплет-ность. Была доказана в генетических экспериментах и подтверждена в биохимических экспериментах. Одна аминокислота задается последовательностью из трех нуклеотидов, называемой кодоном.
2. Код не перекрывается. Кодоны следуют друг за другом без знаков препинания. Иными словами, два кодона не имеют общих нуклеотидов. В цепи ДНК, таким образом, существуют три рамки считывания и генетическая информация записана, как правило, в одной из них. Следовательно, считывание информации начинается со строго фиксированного нуклеотида, который и задает нужную рамку.
3. Код вырожден. Из табл. 2.1 видно, что 61 кодон кодирует 20 аминокислот, и три кодона служат сигналами для остановки белкового синтеза. Таким образом, код в высокой степени вырожден, т. е. большинство аминокислот кодируется более чем одним кодоном, а каждый кодон обозначает только одну аминокислоту. Следовательно, по аминокислотной последовательности можно однозначно определить последовательность нуклеотидов, которыми она закодирована. Обратная процедура из-за вырожденности кода невозможна.
Кодоны, соответствующие одной и той же аминокислоте, называются кодонами-синонимами. Метионин и триптофан кодируются одним кодоном, остальные аминокислоты имеют от 2 до 6 кодонов-синонимов. Интересно, что число кодонов для каждой аминокислоты коррелирует с реальной частотой встречаемости данной аминокислоты в белках (исключение составляет аргинин).
Большинство синонимов различается только последним основанием триплета. Поэтому говорят, что код вырожден по третьему основанию.
Например, кодоны с одним из двух пиримидинов (Ц или У) в третьем положении всегда являются синонимами, а кодоны с одним из двух пуринов (А или Г) чаще (но не всегда) кодируют одну и ту же аминокислоту. Различия по всем трем основаниям наблюдаются лишь в редких случаях (например, УЦГ и АГУ оба кодируют серии). Ф. Криком для объяснения вырожденности по третьему основанию в кодоне была предложена гипотеза «качания».
В структуре кода находят отражение и химические свойства разных аминокислот. Сходные по свойствам аминокислоты кодируются кодонами, имеющими общие основания. Например, все кодоны с У во втором положении кодируют аминокислоты с 132
гидрофобной боковой цепью. Если исключить терминирующие кодоны, то наличие А во втором положении определяет полярную или заряженную боковую цепь.
Можно полагать, что биологический смысл вырожденности генетического кода состоит в том, что эффект мутаций сводится к минимуму. При такой организации кода случайно возникшая замена основания с большей вероятностью, чем при случайном подборе кодонов, приведет к замене на сходную аминокислоту или же замены не произойдет вовсе.
Вырожденностью кода можно также объяснить существенную разницу в содержании АТ-пар у прокариот (от 30 до 70%) при схожем спектре белков. По-видимому, разные организмы систематически используют различные кодоны-синонимы.
