II. Собственно трансляция

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД.

МЕХАНИЗМЫ ТРАНСЛЯЦИИ.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД - это зашифровка последовательности аминокислот путем последовательности чередования нуклеотидов.

Доказательство прямого соответствия между генами и белками и раскрытие химической природы генов выдвинули на первый план вопрос о том, каким образом последовательность нуклеотидов в ДНК может программировать последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Поскольку и генная ДНК, и белки состоят из линейных, неразветвленных цепей, следовательно предположили, а затем и доказали, что трансляция - это последовательный процесс, в ходе которого строящийся белок наращивается по одной аминокислоте в порядке, соответствующем порядку расположения нуклеотидных оснований в гене.

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:

* триплетность,

* вырожденость,

* универсальность,

* последовательность,

* неперекрываемость,

* коллинеарность.

ТРИПЛЕТНОСТЬ.

Поскольку в состав белка входит 20 различных аминокислот, а в состав нуклеиновой кислоты - только 4 разных нуклеотида (А, Г, Ц, Т), последовательность нуклеотидов однозначно определяющая каждую аминокислоту, должна содержать не менее 3-х оснований, т.к. если 2 триплета кодируют 1 аминокислоту 42=16, если 43=64, если 44=256.

Сошлись на трех нуклеотидах, назвали группу из них , определяющую положение 1 аминокислоты - триплет или кодон. Долгое время эту гипотезу не удавалось проверить, первые данные подтверждающие это были опубликованы в 1961 г Криком. Он произвел тонкий генетический анализ сегмента в одном из генов фага Т4. Взаимодействие красителя акридина с ДНК бактериофага приводит к структурным изменениям в различных участках молекулы ДНК; каждое из этих изменений таково, что в ходе репликации и транскрипции все происходит так, как будто в цепь включено одно лишнее основание "вставка" или, наоборот, одно основание удалено из цепи "делеция". При многократной обработке акридитом можно получить много таких вставок (+) или "делеций" (-) по одной или по несколько в различных сочетаниях.

ДИКИЙ ТИП

АЦТ. АЦ [Т]. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. и т.д.

(-)

акридин (делеция) 1-ая

МУТАНТНЫЙ ТИП

АЦТ. АЦА. Ц [Т] А. ЦТА. ЦТА. ЦТА. ЦТА. ЦТА. и т.д.

(-)

акридин (делеция) 2-ая

МУТАНТНЫЙ ТИП

АЦТ. АЦА. ЦАЦ. [Т] АЦ. ТАЦ. ТАЦ. ТАЦ. ТАЦ. и т.д. (-)

(-)

акридин (делеция) 3-ая

ДИКИЙ ТИП

АЦТ. АЦА. ЦАЦ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ. АЦТ.

измененная последовательность То же самое происходит и при вставках - при одной или 2-х модификациях одного знака + или - фаг ведет себя как мутант , однако 3 вставки или 3 делеции, а также сочетание 1 вставки и одной делеции приводит к восстановлению свойств фага. Такой результат при 3 близкородственных вставках или делециях указывал на то, что код должен состоять из 3 букв, либо из числа кратного трем, т.к. еще не было известно какому числу нуклеотидрв соответствует одна вставка или одна делеция.

В 1964 г. Ниренберг и Ледер разработали простой метод, позволивший прямо доказать 3-х буквенную структуру кода. Метод состоит в фильтровании на нитроцеллюлозном диске смеси, состоящей из рибосом, синтетических олигонуклеотидов различной длины от 2до 5-10, они использовались в качестве мРНК и различных аминоацил-т-РНК, каждая из которых несет свою аминокислоту (20 аминокислот - соответствует 20 различным тРНК). Комплекс олигонуклеотид-рибосома-аминоацил-тРНК задерживается на фильтре, а свободно? проходят через него. С помощью олигонуклеотидов, содержащих различное число остатков уридиловой кислоты У-У - ди,У-У-У - три, У-У-У-У -тетра, У-У-У-У-У -пента, было покозано, что связывается только фен-тРНК и происходит это только в том случае, если олиго-У содержит не менее трех оснований. Ниренберг и его сотрудники синтезировали все 64 возможных триплета и с помощью описанного метода не только подтвердии 3-х буквенную структуру кода для всех аминокислот, но и определили состав различных триплетов, соответствующих каждой аминокислоте.

Корниа и сотрудники (1964) готовили искусственно полирибонуклеотиды и, используя их как матрицу, синтезировали полипептидную цепь, где потом устанавливали количество и качество аминокислот.

ЛИЗ ГЛУ

ААГААГААГ.............

АРГ

В зависимости с чего начинали считывание получали гомопептид полиЛИЗ, ГЛУ или АРГ.

Если брали матрицы из 2-х нуклеотидов

ЦУЦУЦУЦУЦУЦУЦУЦУЦУЦУ и т.д.

если бы из 4-х - гомопептид, то получалась цепь, состоящая из 2-х аминокислот

ВЫРОЖДЕННОСТЬ.

На 20 различных аминокислот, участвующих в образовании белков, приходится 64 возможных кодона. Означает ли это, что несколько кодонов могут определять одну и ту же аминокислоту, т.е. является ли код вырожденным? После тех опытов, которые уже описаны получено множество подтверждений вырожденности кода. Из 64 триплетов 61 кодируют аминокислоты и только 3 остальных выполняют функцию сигнала о конце считывания информации. Различные аминокислоты кодируются различным количеством триплетов - метионин-1, лейцин-6, большинство от 2 до 4. Вырожденность имеет большое биологическое значение, позволяя противостоять губительному действию мутаций. В самом деле, если бы код не был вырожденным ( 20 аминокислот - 20 смысловых триплетов и 41 - бессмысловой), то в 2 случаях из 3-х изменение одного основания неизбежно приводило бы к остановке синтеза пептидной цепи, в случае вырожденности кода модификация одного основания в большинстве ведет к замене 1 аминокислоты на другую и синтез пептида продолжается.

Наконец, если все-таки заменилась аминокислота, она может быть взаимозаменяемой или же не входить в активный центр белка, т.е. не теряется биологическая активность данного белка.Большинство синонимов (триплеты, кодирующие одну аминокислоту) отличаются по последнему нуклеотиду.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ КОДА.

Если любой триплет кодирует одну и ту же аминокислоту у всех живых существ, то код является универсальным. Вопрос разрешен практически: полиУ одинаково стимулирует включение включение ФЕН in vitro в присутствии рибосом и F ка бактериального так и животного происхождения (полиЦ - ПРО, полиА - ЛИЗ).

Ф??, Эренштейн и Лимпри синтезировали Нb in vitro, используя рибосомы и м-РНК кролика и тРНК и аминоацил-тРНК-синтазы из E.coli - продукт (Hb) идентичен был кроличьему. Это все подтверждает общее происхождение генетического кода живых систем, происходящих из одной и той же клеточной системы. 3,1млрд. лет Возникновение жизни из живой материи клетка многоклеточные организмы Homo sapiens.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ КОДА. Считывание происходит со строго определенной точки (сдвиг

ТРАНСЛЯЦИЯ

(синтез белка)

I э. - подготовительный - иннициация и образование аминоацил-тРНК.

II э. - собственно трансляция.

III э.- пострибосомная трансформация.

I этап- на первой стадии белкового синтеза 20 аминокислот активируются путем присоединения через сложноэфирную связь к тРНК, этот процесс катализирует специфический по отношению к каждой аминокислоте и каждой тРНК аминоацил-тРНК-синтазой поэтому настолько специфично различают природные аминокислоты?, что возможность ошибки в условиях внутри клетки много меньше 1 на 104 (10 тыс.) это очень важно, т.к. в дальнейшем аминоацил-тРНК распознается не по аминокислоте, а по кодону.

Дальнейшие процессы протекают уже в рибосомах. У бактерий структура рибосом исследована подробно, константа седиментации 70 S, в определенных условиях диссоциирует на 2 субъединицы 50 S и 30 S, каждая из которых содержит 60-70%-РНК-компонентаи и до 50 различных белков(30-40%), некоторые белки выполняют каталитические функции, составной частью 50 S -субъединицы является пептидилтрансфераза, кроме этого выделяют 2 активных участка П(пептидильный) и А (аминоацильный).

После образования амиоацил-т-РНК и прихода мРНК из ядра в цитоплазму начинается иннициация путем образования иннициирующего комплекса из м-РНК, 30 S субъединицы рРНК и иннициирующей аминоацил-т-РНК, несущей на себе N-формилметионин (сейчас доказано, что у большинства бактерий синтез почти всех белков начинается с аминокислоты метионина, недаром следовательно предусмотрено, что МЕТ кодируется 1 триплетом ) и следоватедьно все матричные РНК начинаются с кодона, кодирующего МЕТ).

Этот комплекс присоединяет к себе при участии нескольких белковых факторов иннициации (F) и ГТФ субъединицы 50 S и рибосома готова ко второму этапу.

II. Собственно трансляция

а) присоединение в аминоацильном участке аминоацил-т-РНК ( кодон-антикодон -Н2-связь методом проб и ошибок)

б) образование пептидной связи (пептидилтрансферазная реакция), в П участке - не нагруженная т-РНК, в А - т-РНК с дипептидом

в) изменение конформации рибосом, за счет гидролиза ГТФ - транслокация.

И все повторяется сначала до тех пор пока в А один из бессмысленных терминирующих кодонов - это сигнал об окончании считывания м-РНК - терминация полипептидной цепи - происходит разделение компонентов на исходный состав, участвуют белковые факторы терминации R.

Обычно 1 мРНК транслирует несколько рибосом (полирибосом)