Вопрос №2. Клетка – миниатюрная биосистема

Вопрос №2. Клетка – миниатюрная биосистема

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которая присуща вся совокупность свойства жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, и передавать их в ряду поколений. Клетка т.о. несет полную х-ку жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому в природе планеты её принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Это означает, что клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм – одноклеточные, многоклеточные, внеклеточные. Благодаря заложенным в них механизмам клеток обеспечивает обмен в-в., использование биологических информации, размножение, свойства наследственной и изменчивости, обусловленная, тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определённые черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, х-зуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой.

Вопрос №3.Клетка –элиментарная единица живого. Отличительные признаки про- и эукоритических клеток.

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, таким образом, несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому в природе планеты ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Это означает, что клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определенные черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, характеризуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой.

Вопрос №4. Принцип компартмации. Биологическая мембрана.

Компартментация объема клетки с помощью мембран Высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки достигается путем компартментации ее объема — подразделения на «ячейки», отличающиеся деталями химического (ферментного) состава. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии). 1—ядро, 2—шероховатая цитоплазматическая есть, 3—митохондрия, 4 - транспортный цитоплазматический пузырек, 5—лизосома, 6—пластинчатый комплекс, 7 —гранула секрета. Предложено несколько схем взаимоотношения вмембране основных химических компонентов - белков и липидов, а также веществ, размещаемых на мембранной поверхности. В настоящее время принята точка зрения, согласно которой мембрана составлена из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные - находятся на поверхности слоя. Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхностях. Благодаря компартментации клеточного объема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между разными структурами. Одновременно различные структуры закономерно взаимодействуют друг с другом.

Шпора №2.

Сложные: спирт + жирная к-та + доп.стр.

Жироподобные в-ва: спирты (халестерин, сфингазин)

жирные к-ты (насыщенные) СН₃-(СН)₂-СООН.

производные липидов, стероиды, тестестерон.

Фосфолипид:

Шпора 3

Ф-ции липидов:

1.Источник энергии.

2.Запасные питательные в-ва. Запасы жиров расходуются животными и растениями в периоде зимней спячки.

3. «строительный материал». Фосфолипиды и стероиды формируют биологическую мембрану.

4. источник метаболической воды

5.выполняют защитную ф-цию

6.являются гормонами.

7.являются витаминами.

8. Жир - играет роль теплоизоляцилирующей прослойки

Шпора 7 и 6

ЭР – транспорт белков.

Полость ЭР отделяется от цитозоля одиночной мембраной ( мембраной ЭР), служащей связующим звеном между этими двумя компартментами. Наоборот полости ЭР и каждой цистерны аппарата Гольджи отделены друг от друга двумя мембранами и цитозолем, поэтому транспорт макромолекул между этими органеллами осуществляется при помощи транспортных пузырьков .

Все вновь синтезированные белки, независимо от их места назначения (полость ЭР, аппарат Гольджи, лизосомы или внеклеточное пространство) сначала поступают в полость ЭР.

Некоторые белки переходят из цитозоля в шероховатый ЭР сразу после их синтеза.

Это белки двух типов:

1) трансмембранные , которые лишь частично переносятся через мембрану ЭР и остаются заключенными в нее, и

2) водорастворимые , которые полностью переносятся через мембрану ЭР и освождаются в его полость.

В клетках млекопитающих импорт белков в ЭР начинается еще до того, как полипептидная цепь полностью синтезирована, т. е. он происходит одновременно с трансляцией (котрансляционно).

Таким образом, в цитоплазме имеется две пространственно изолированные популяции рибосом. Одни из них ( рибосомы, связанные с мембраной ), расположены на обращенной к цитоплазме поверхности мембраны ЭР и заняты синтезом белков, которые сразу же переносятся внутрь ЭР. Другие ( рибосомы свободные ) не приклеплены ни к какой мембране и производят все остальные белки, кодируемые ядром. Связанные и свободные рибосомы идентичны по строению и функции. Они различаются только по белкам, которые синтезируются на них в каждый данный момент. Если рибосоме достается синтез белка с сигнальным пептидом для ЭР, то такой сигнал направляет рибосому к мембране ЭР.

(ещё один источник).

Мы уже подчеркивали, насколько обширны структуры эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи в секреторных клетках. В основе этих структур лежат мембраны из липидных бислоев, сходные по строению с мембраной клетки. Стенки мембран содержат ферменты, которые катализируют синтез многих веществ, необходимых клетке.

Большая часть синтетических процессов происходит в эндоплазматическом ретикулуме. Сформированные здесь вещества направляются в аппарат Гольджи, где они перед выходом в цитоплазму подвергаются дальнейшей обработке. Вначале следует остановиться на веществах, которые синтезируются в отдельных областях ретикулума и аппарата Гольджи.

Синтез белков на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. На наружной поверхности шероховатого эндоплазматического ретикулума содержится большое количество прикрепленных к нему рибосом; на них происходит синтез белка, незначительное количество которого попадает в цитозоль, а основная часть — в просвет трубочек и пузырьков ретикулума, т.е. в эндоплазматический матрикс.

Синтез липидов в гладком эндоплазматическом ретикулуме. Эндоплазматический ретикулум способен к синтезу липидов, особенно фосфолипидов и холестерола. Они быстро растворяются в мембранном бислое, что способствует дальнейшему разрастанию структур ретикулума, в основном гладкого.

Небольшие пузырьки, называемые транспортными, или ЭР-вакуолямиу постоянно отделяются от мембран гладкого ретикулума, предотвращая таким образом его избыточный рост. Большая часть этих транспортных вакуолей затем быстро направляется в аппарат Гольджи.

Другие функции эндоплазматического ретикулума. Эндоплазматический ретикулум, особенно гладкий, обладает и другими важными функциями.
1. Обеспечение ферментами, расщепляющими гликоген при необходимости получения из него энергии.
2. Обеспечение большим количеством ферментов, способных нейтрализовать вредные для клетки вещества, например лекарственные препараты. Способы обезвреживания включают коагуляцию, окисление, гидролиз, соединение с глюкуроновой кислотой и т.п.

Промежуточные филаменты

Диаметр промежуточных филаментов составляет от 8 до 11 нанометров. Они состоят из разного рода субъединиц и являются наименее динамичной частью цитоскелета.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры порядка 25 нм диаметром, стенки которых составлены из 13 протофиламентов, каждый из которых представляет линейный полимер из димера белкатубулина. Димер состоит из двух субъединиц — альфа- и бета- формы тубулина. Микротрубочки — крайне динамичные структуры, потребляющие ГТФ в процессе полимеризации. Они играют ключевую роль во внутриклеточном транспорте (служат «рельсами», по которым перемещаются молекулярные моторы — кинезин и динеин), образуют основу аксонемыундилиподий и веретено деления при митозе и мейозе. Цитоскелет прокариот

Долгое время считалось, что цитоскелетом обладают только эукариоты. с в 2001 году описывающей роль бактериальных гомологов актина в клетках Bacillus subtilis, начался период активного изучения элементов бактериального цитоскелета. К настоящему времени найдены бактериальные гомологи всех трех типов элементов цитоскелета эукариот — тубулина, актина и промежуточных филаментов[1]. Также было установлено, что как минимум одна группа белков бактериального цитоскелета.

СТРОЕНИЕ МЫШЦЫ.

Структурно функциональной единицей скелетной мышцы является симпласт или мышечное волокно – огромная клетка, имеющая форму протяженного цилиндра с заостренными краями (в дальнейшем под наименованием симпласт, мышечное волокно, мышечная клетка следует понимать один и тот же объект). Длина мышечной клетки чаще всего соответствует длине целой мышцы и достигает 14 см, а диаметр равен нескольким сотым долям миллиметра. Мышечное волокно, как и любая клетка, окружено оболочкой – сарколемой . Снаружи отдельные мышечные волокна окружены рыхлой соединительной тканью, которая содержит кровеносные и лимфатические сосуды, а так же нервные волокна. Группы мышечных волокон образуют пучки, которые, в свою очередь, объединяются в целую мышцу, помещенную в плотный чехол соединительной ткани, переходящей на концах мышцы в сухожилия, крепящиеся к кости.

Поток информации

Жизнедеятельность клетки как единицы биологической активности обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во времени и пространстве обменных (метаболических) процессов. Эти процессы образуют три потока: информации, энергии и веществ.

Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений.

В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков (рис. 2.7). Кроме основного по объему заключенной информации ядерного генома в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

Эукариоты и прокариоты.

Биологи делят клетки на два больших надцарства [6]: эукариоты и прокариоты.

К первому надцарству клеток относятся и наши клетки. К надцарству прокариотов отнесены простейшие. Вирусы, бактерии…

Вот примерно так: «Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей». [5]

«…высшие животные, растения и грибы состоят из клеток, в которых находится одно ядро. Оно имеет форму шара с диаметром от 3 до 10 мкм (рис. 1). [5].

Рис.1. Ядро клетки.

«…в ядре клеток заключены хромосомы, которые содержат ДНК - хранилище наследственной информации. Этим определяется ведущая роль клеточного ядра в наследственности».[5]

С основным различием клеток разобрались. Идем дальше.

Основные данные.

Теперь посмотрим, что такое ДНК и РНК.

ДНК, это то, что составляет хромосомы. Это постоянная память клетки. То, что создает её наследственную основу. Хромосома – хранилище информации. ДНК – отдельный информационный массив из этого хранилища. Но, очень большой массив. Да и хорошо защищенный.

Чтобы воспользоваться информацией с ДНК необходимо сделать несколько действий: Спираль ДНК разворачивается и разрезается вдоль оси. Потом каждая одиночная последовательность ДНК копируется. Так получается РНК. По частям – генам. Получается мРНК-предшественник. И только потом из предшественника получается форма мРНК, пригодная для трансляции, т.е. синтеза белка.

Стандартная мРНК, это последняя стадия в длинной цепи доработки копии ДНК, подготовленная для начала считывания информации. Этот термин биологи не применяют. Но, мы его введем. Для эукариотов. К стандартной мРНК мы еще вернемся…

А пока основные данные о ДНК и РНК:

«Как известно, оснований, которыми различаются нуклеотиды, всего четыре. В РНК это аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U) (T-тимин в ДНК), а обычных аминокислот, входящих в белки, - 20. Следовательно, задача сводится к тому, чтобы четырьмя основаниями записать двадцать аминокислот. И отсюда следует, что код должен быть не менее чем триплетным, поскольку по одному основанию и даже по два (4 x 4 = 16) недостаточно, а по три даже много (4 x4 x 4 = 64). Сколько же кодонов из 64 имеют смысл, а какие бессмысленны? Соответствует ли каждой аминокислоте один или несколько кодонов? Ответы на эти вопросы были получены к 1965 году, когда генетический код был полностью расшифрован». [2]

«…код триплетен - каждая кодирующая единица-кодон состоит из трех нуклеотидов. В каждом гене триплеты считываются с фиксированной точки, в одном направлении и без запятых, то есть кодоны ничем не отделены друг от друга». [2]

«Сначала информация, записанная в виде чередования дезоксирибонуклеотидов на одной из двух комплементарных цепей в ДНК гена, переписывается на одноцепочечную молекулу информационной рибонуклеиновой кислоты - иРНК (она же мРНК от англ. messenger - переносчик). Это процесс транскрипции. На следующем этапе по матрице иРНК строится последовательность аминокислотных остатков полипептида. Тем самым создается первичная структура будущей молекулы белка. Это процесс трансляции». [2]

«Синтез белка или трансляция - это центральное событие в жизни клетки (рис. 2). Само представление о дискретных единицах генетической информации существует благодаря трансляции нуклеотидных последовательностей мРНК, ограниченных кодонами: инициатором и терминатором. Считывание таких последовательностей приводит к появлению в клетке дискретных молекул белка. Этот процесс обставлен в клетке весьма сложно (см., например, [6]). В трансляции каждого гена участвуют несколько сот разных молекул белков и нуклеиновых кислот». [2]

Таблицы соответствия кодонов и аминокислот можно посмотреть в [1,2].

Выяснили мы пока только то, что генетики и биологи рассматривают ДНК с позиций копирования (транскрипции) с получением копии – РНК и процесса получения сборки белка (трансляции). Ну, хоть с терминологией начали разбираться…

Основания и правила…

Теперь посмотрим, что послужило основанием для формирования постулатов считывания ДНК, принятых в генетике:

«В 1961 году Ф. Крик и С. Бреннер экспериментально показали, что делеция (вырезание) одного нуклеотида, дающая мутантный фенотип, может быть скомпенсирована вставкой нуклеотида вблизи делеции. Этот результат можно было объяснить предположив, что при делеции нуклеотида происходит сдвиг рамки считывания за местом делеции, и это приводит к полному изменению смысла всей последующей информации; при вставке одного нуклеотида вблизи места делеции происходит восстановление первоначальной рамки считывания и первоначального смысла закодированной информации. Таким образом, описанные эксперименты доказали, что генетический код не содержит запятых. В опытах с делециями и вставками Крик, Барнет, Бреннер и Уотс-Тобин (1961) также подтвердили, что код является триплетным или кратен трем, поскольку три делеции или три вставки нуклеотидов давали нормальный фенотип.
Опыты Г. Виттманна по замене единичных оснований в РНК вируса табачной мозаики показали, что такие замены могут приводить к замене только одной аминокислоты в белке. Это однозначно свидетельствовало в пользу того, что генетический код не перекрывается. Другими словами, каждое основание РНК входит в состав лишь одного триплета (кодона)». [1].

То есть, если вырезать один нуклеотид … и тут же рядом вставить, то … ничего не изменится. Это подтверждает отсутствие запятых…, а так же и триплетность кода.

А вот опыты Г. Виттманна - это серьезнее. Если учесть то, что сказано далее о нечувствительности трансляции к третьему элементу кода триплета, то… этот постулат не совсем верен. Неперекрываемость генетического кода не подтверждается. Коды могут перекрываться, но мы это далеко не всегда видим.

Таким образом, подтвержденными можно считать только триплетность и непрерывность кода ДНК и мРНК.

Вот теперь можно считывать информацию с ДНК и мРНК. Здесь правила примерно одинаковы. При этом:

«…первый же встреченный на иРНК кодон AUG (Met) задает фазу последующего считывания троек, то есть служит той самой фиксированной точкой, с которой начинается считывание. Любой последующий AUG просто кодирует Met. В конце гена обязательно стоит UAA, или UAG, или UGA, а то и два нонсенса подряд». [2]

Видимо, это обычный порядок считывания. Начало и конец считывания установлен. Оказывается, мы давно знаем это.

Стандартная мРНК.

Как мы уже говорили, процесс получения стандартной мРНК достаточно длинный. Вот как это происходит:

«Эукариотические мРНК … Их транскрипция и трансляция пространственно разобщены. Транскрипция протекает в ядре, а трансляция - в цитоплазме (рис. 2, б ). Эукариотические мРНК синтезируются в виде предшественников и проходят в своем биогенезе стадию довольно сложного созревания, или процессинга. Процессинг включает в себя: 1) кэпирование 5'-конца, заключающееся в присоединении к этому концу мРНК так называемой шапочки (кэп-структуры), 2) полиаденилирование 3'-конца и, наконец, 3) сплайсинг - вырезание протяженных внутренних участков мРНК, так называемых интронов, и ковалентное воссоединение оставшихся фрагментов (экзонов) через обычную фосфодиэфирную связь…». [1].

Рис. 2. Транскрипция и трансляция мРНК прокариот (а); транскрипция, процессинг и трансляция мРНК эукариот (б).

Процессинг имеет целью сформировать различные области мРНК в нужном для трансляции порядке.

«Те части молекулы мРНК, в которых закодированы белки, называются транслируемыми областями. Однако помимо транслируемых областей в мРНК имеются достаточно протяженные последовательности, не кодирующие белок. Общая длина этих нетранслируемых областей порой может достигать или даже превышать длину транслируемых областей. [1]

Перестановки и удаления фрагментов мРНК выполняются на этапе сплайсинга:

«Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК. Наиболее часто этот процесс встречается при созревании информационной РНК (мРНК) у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок (интроны) и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки — экзоны. Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются (транслируются) белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко. У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК (тРНК)[1] и других некодирующих РНК». [8]

Нетранслируемые области внутри мРНК, как мы поняли, называются интронами. Попробуем выяснить, что из себя представляют интроны, которые удалятся при сплайсинге стандартной мРНК:

«Существуют две альтернативные теории, объясняющие происхождение и эволюцию сплайсосомных интронов: так называемые теории ранних интронов (РИ) и поздних интронов (ПИ). Теория РИ утверждает, что многочисленные интроны присутствовали в общих предках эу- и прокариот и, соответственно, интроны являются очень старыми структурами. Согласно этой модели, интроны были потеряны из генома прокариот. Также она предполагает, что ранние интроны способствовали рекомбинацииэкзонов, представляющих доменыбелков. ПИ утверждает, что интроны появились в генах относительно недавно и были инсертированы (вставлены) в геном после разделения организмов на про- и эукариоты. Эта модель основывается на наблюдении, что сплайсосомные интроны есть только у эукариот». [7]

«Почти все эукариотические ядерные интроны начинаются с GU и оканчиваются AG (правило AG-GU)». [7]

Рис.3.Схема нуклеотидной последовательности пре-мРНК гена CDK4 человека. Большую часть последовательности занимают интроны (показаны серым цветом)

Для прокариотов значимость интронов установлена более точно:

«В прокариотических полицистронных мРНК имеются также внутренние межцистронные нетранслируемые области, располагающиеся между транслируемыми областями. Наряду с информацией о последовательности аминокислот в белке молекулы мРНК содержат информацию, определяющую их поведение в клетке (активность и время жизни, внутриклеточное распределение). Эта информация находится в основном в нетранслируемых областях мРНК». [1].

Вот так. Что такое интроны – узнали мало, но выяснилось много нового…

Если рассматривать мРНК-предшественник, как общую информацию о том, или ином белке, то экзон надо рассматривать, как исполнительную программу производства белка на рибосоме, а интрон – дополнительная информация об этом. Например, что с чем сшивать и в каком порядке, как настроить рибосому на этот процесс, перечень дополнительных команд, и т.д.

Интроны, как раз и есть кодированная запись команд и синхронизации всего производства белка - главное в этом процессе. Очень возможно, что интроны обрабатываются и частично вставляются в области 5' и 3', как дополнительная информация для считывающего устройства рибосомы.

В сформированной для трансляции мРНК:

Нетранслируемые области находятся на обоих концах молекул мРНК и соответственно называются 5'- и 3'-НТО». [1]

Полиаденилирование 3'-конца закодировано в самой мРНК.Потому, что: «Около половины мРНК эукариот полиаденилируются на 3'-конце во время процессинга в клеточном ядре. Сигналом ядерного полиаденилирования 3'-конца служит последовательность AAUAAA, расположенная за 10-20 нуклеотидов от этого конца». [1].

«Такой последовательностью у амфибий является (U)6AUAAAG. Поли(А)-хвост на мРНК узнается особым поли(А)-связывающим белком, который участвует в инициации трансляции мРНК по кэп-зависимому механизму». [1].

И получилась мРНК, пригодная для сборки белка. Наша - такая же, как на рис 2.(б).

Теперь посмотрим на рис.4. Это и есть стандартная форма мРНК.

Ничего не напоминает? А ведь весьма похоже на строку из памяти компьютера. Составляющие почти те же…

Только чуть сложнее. Разрешающий код, потом код начала строки и программа действий, «старт-код», собственно информационная часть, «стоп-код», проверочные и контрольные суммы, дополнительная информация о порядке выполнения действий, и, наконец, код окончания строки.

Рис. 4. Схема расположения функциональных участков на молекуле мРНК. В подтверждение существования стандартной мРНК:

«Зрелые эукариотические мРНК, как правило, моноцистронны и кодируют только одну полипептидную цепь». [1]

Таким образом, можно сказать, что стандартизация мРНК развивалась вместе с развитием клетки.

Вариации на тему.

Теперь заметим, как объясняют специалисты множественность триплетных кодов для одной и той же аминокислоты:

«…для кодирования большинства аминокислот существенны два первых основания, а третье может быть любым. Следовательно, мутации - замены оснований в третьем положении многих кодонов просто не будут проявляться. Кроме того, ограниченные возможности проявления имеют и мутации, приводящие к замене полярного остатка на полярный или неполярного на неполярный, поскольку они часто близки по своим физико-химическим свойствам. Если такие мутации и проявляются, то проявляются нечетко, то есть мутантный белок не полностью утрачивает свою активность, а лишь частично. Так могли возникать в эволюции так называемые полипептиды-синонимы, имеющие одинаковую укладку и ферментативную активность, но разную первичную структуру. Получается, что генетический код обладает высоким уровнем помехоустойчивости в том, что касается миссенс-мутаций, или мутаций, изменяющих смысл кодонов. Чаще всего проявляются те миссенс-мутации, которые приводят к заменам полярных остатков на неполярные и наоборот». [2]
Надо понимать, что если по ошибке при трансляции в белок попадет не та аминокислота, то … ничего страшного не произойдет. Видимо, это почти нормальное явление.

А дальше и совсем замечательно: «Инициирующий кодон узнается только в определенном контексте. Если мы зададим вопрос, можно ли, имея перед собой последовательность нуклеотидов какой-либо мРНК, таблицу генетического кода и зная, что трансляция мРНК идет в направлении от 5'- к 3'-концу, а белковая цепочка растет от N-конца к C-концу, написать последовательность аминокислот белка, закодированного в этой мРНК, то будем вынуждены ответить на поставленный вопрос отрицательно». [1].

То есть, записано одно, а транслируется – другое. Для правильного считывания надо получить дополнительную информацию. И куда-то её вовремя внести. Только с учетом этой информации процесс чтения пойдет в нужном направлении:

«У эукариот инициация происходит, как уже говорилось, чаще всего с первого AUG, однако только в том случае, если этот AUG находится в оптимальном контексте: за два нуклеотида до него обязательно должен находиться пурин (A или G), а непосредственно за ним должен следовать G.

На эффективность инициации у эукариот определенное влияние могут оказывать также нуклеотиды и в других положениях вблизи инициирующего кодона. Самым оптимальным для узнавания инициирующего кодона у млекопитающих считается следующее его окружение: GCCGCCA / GCCAUGGA / CU ». [1].

«Если первый AUG в эукариотической мРНК находится не в оптимальном контексте, он пропускается и инициация начинается со следующего AUG.

Для такой инициации очень важно также наличие кэп-структуры на 5'-конце мРНК и, как ни странно, поли(А) последовательности на противоположном конце молекулы. Кэп-структура и поли(А) последовательность узнаются специфическими белками, которые также необходимы для инициации.

При таком способе инициации трансляции у эукариот последовательность мРНК как бы просматривается (сканируется) с начала мРНК (от ее кэп-структуры) для поиска кодона AUG в оптимальном контексте. Такая инициация получила название "кэп-зависимая инициация по сканирующему механизму".

Следует, однако, заметить, что на некоторых мРНК эукариот инициация происходит не путем сканирования мРНК с 5'-конца, а за счет непосредственного узнавания определенного внутреннего AUG. Для такого узнавания требуется весьма протяженная предшествующая последовательность мРНК.

Эта последовательность узнается особыми клеточными белками, которые способствуют инициации трансляции по механизму "внутренней инициации". По такому механизму инициируется трансляция на многих вирусных РНК, а также на некоторых клеточных мРНК, кодирующих очень важные регуляторные белки, например факторы роста фибробластов. Содержание этих белков обычно очень мало, а увеличение их количества в клетке может сопровождаться трансформацией клеток в раковые.

Некоторые вирусы, генетическая информация которых считывается по механизму внутренней инициации трансляции, способны выключить инициацию трансляции клеточных мРНК по сканирующему механизму и, таким образом, переключать белоксинтезирующий аппарат клетки на синтез собственных белков». [1].
«Контекст может изменить значение кодона внутри цистрона». [1].

Нормально, как в нашем родном русском языке. Отступлений от правил больше, чем самих правил. Оказывается, что для правильной трансляции белка надо выполнить множество дополнительных условий.

Но, специалисты по вычислительной технике сразу поняли - в чем дело. Если рассматривать процесс трасляции с этой технической стороны, то под контекстом понимаются нужные разрешающие команды на нужные управляющие входы считывающего устройства и переход к чтению того фрагмента из 5' или 3', который отвечает за данный участок трансляции. Потом в соответствии с этим скорректировать свои действия.

«Избирательное влияние на активность мРНК в трансляции оказывают специфические регуляторные белки или специальные регуляторные РНК. Эти белки или РНК проявляют свое действие, связываясь со специфическими последовательностями или структурами в мРНК, которые называются регуляторными элементами. В большинстве случаев регуляторные элементы располагаются в 5'-НТО вблизи инициирующего кодона. Однако в некоторых случаях регулярные элементы могут быть на значительном расстоянии от инициирующего кодона, в том числе в 3'-НТО.

Связываясь с мРНК вблизи инициирующего кодона, регуляторные белки могут создавать препятствия для компонентов белоксинтезирующего аппарата (мешать связыванию с мРНК или ее сканированию). При связывании с мРНК на большом расстоянии от места инициации регуляторные белки могут влиять на процесс инициации путем изменения общей пространственной структуры мРНК, изменяя таким образом доступность инициирующего кодона или 5'-конца мРНК для белоксинтезирующего аппарата.

Регуляторными белками могут быть специальные белки клетки, выполняющие только эту функцию в организме, а также белки, имеющие в организме другие функции и работающие в качестве регуляторных белков "по совместительству". Довольно часто в качестве белков, регулирующих активность определенных мРНК, могут выступать сами продукты их трансляции (авторегуляция)». [1].

Нормальная ситуация. Если не хочешь, чтобы это читали – поставь белковое заграждение и знак – «Объезд». И считывающая машинка пройдет мимо.

Потому, сначала сканируем всю мРНК, читаем правила, узнаем, какие дополнительные команды нужны, вносим коррективы… и только тогда трансляция идет, как надо. Даже для мРНК вполне стандартного вида.

Процессиг мРНК идет долго. Для него необходимо место и время. Кстати, именно по этой причине в эукариотических клетках процессы транскрипции и трансляции не только разделены по времени, но и разнесены в разные области клетки. И, мало того, перед отправкой сформированной стандартной мРНК из ядра клетки в цитоплазму она проходит проверочный тест. Похоже, что новая мРНК проходит пробную трансляцию.

И только в том случае, если она исправно работает, белок получен, только тогда мРНК отправляется в рабочую область трансляции.

Далее еще некоторые видоизменения чтения, видимо, уже для прокариотов:

«Некоторые мРНК содержат сигналы на изменение рамки считывания. Некоторые мРНК содержат в транслируемой области терминирующие кодоны, но эти кодоны успешно обходятся за счет изменения рамки считывания перед ними или непосредственно на них. Рамка может сдвигаться на -1, +1 и + 2. Существуют специальные сигналы в мРНК, изменяющие рамку считывания. Так, сдвиг рамки трансляции на -1 на РНК ретровируса происходит на специфической гептануклеотидной последовательности перед шпилечной структурой в мРНК (рис. 5, в). Для сдвига рамки на +1 на мРНК бактериального фактора терминацинации RF-2 важны нуклеотидная последовательность на месте сдвига (кодон UGA), последующий кодон, а также предшествующая им последовательность, комплементарная к 3'-концевой последовательности рибосомной РНК (аналог последовательности Шайна-Дальгарно) (рис. 5, г)». [1].

Даже наши современные компьютеры не могут так лихо перестраивать головки считывания информации с носителей. Да, надо признать, что техника считывания информации с мРНК очень серьезная. Тут эволюция постаралась.

Рис. 5. Некоторые примеры отступления от общих правил трансляции генетической информации: узнавание инициирующего кодона на мРНК бактерий (а); прочитывание терминирующего кодона UGA как кодона аминокислоты селеноцистеина (б ); сдвиг рамки считывания на -1 при трансляции ретровирусной РНК (в); сдвиг рамки считывания на +1 при трансляции мРНК бактериального фактора терминации трансляции RF-2 (г); прыжок рибосомы на 50 нуклеотидов при трансляции мРНК гена 60 бактериофага Т4 (д). Рекодирующие сигналы на мРНК обозначены красным цветом.

Продолжим смотреть особенности считывания. Дальше не менее интересно:

«Считывание мРНК в пределах одного цистрона не всегда является непрерывным. Первоначально считалось, что последовательность нуклеотидов в мРНК всегда читается непрерывно от инициирующего до терминирующего кодона. Однако оказалось, что при трансляции мРНК гена 60 фага Т4 последовательность значительной длины может пропускаться (рис. 5, д). При этом рибосома совершает как бы прыжок по мРНК с одного глицинового кодона GGA, н