WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
WHAT AND HOW ЧТО И КАК mRNA CODES ЗАКОДИРОВАНО В мРНК L. P. OVCHINNIKOV..

The mRNA molecules ‚ „‰‡‚ ‚ contain information on... ‚‡ the sequence of amino acid residues in proteins, as well as on when, in В начале 50-х годов Ф. Крик сформулировал what amount, where in the свою знаменитую центральную догму молекулярной биологии, согласно которой генетическая инcell and under which conформация от ДНК к белкам передается через РНК ditions every protein will по схеме ДНК РНК белок. Процесс синтеbe synthesized. The curза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией, процесс синтеза белка на матрице РНК – трансrent paper is a review on ляцией.

how this information is В 1956–1957 годах А.Н. Белозерский и А.С. Спиcoded and what are рин показали, что при существенных различиях в mechanisms of it’s reali- нуклеотидном составе ДНК из разных организмов нуклеотидный состав суммарных РНК весьма схоzation.

ден. На основании этих данных они пришли к сенсационному заключению о том, что суммарная РНК клетки не может выступать в качестве переносчика ‰генетической информации от ДНК к белкам, по‡ ‡ скольку не соответствует ей по своему составу. Вм剂‡ ‡сте с тем они заметили, что при значительном изменении нуклеотидного состава ДНК при переходе от ‚ ·‡, ‡ организма к организму наблюдается некоторый не‡, „‰‡, ‚ ‡большой сдвиг нуклеотидного состава РНК в ту же ‚, ‚ ‡сторону. Это позволило предположить существование минорной фракции РНК, которая полностью соответствует по своему нуклеотидному составу ‡ ‚fl ·‰ ДНК и которая может быть истинным переносч肇 ‡‰ ком генетической информации от ДНК к белкам.

Целенаправленный поиск такой РНК, предприня ·‚. ‡ тый сразу в нескольких ведущих лабораториях ‚‡ ‰‡ мира, увенчался успехом в 1961 году. В том году ·‡ ‰‚‡fl С. Бреннер, Ф. Жакоб и М. Месельсон, с одной стороны, и Ф. Гро и Дж. Уотсон с сотрудниками – с ‡ другой, обнаружили ДНК-подобную РНК у бакт凇 ‡‡.

рий. В течение последующих двух-трех лет аналогичная РНК была найдена в самых разных эукариотических организмах. Для ее обозначения был предложен термин “информационная, или матричная, РНК (мРНК)”.

По своим свойствам мРНК про- и эукариот существенно различаются. Бактериальные мРНК очень нестабильны. Период их полураспада составляет всего несколько минут. Эти мРНК обычно не претерпевают существенных модификаций после синтеза и могут начинать транслироваться в белок еще до полного завершения их транскрипции (рис. 1, а). Быстрое вовлечение в белковый синтез, с, ‹4, © ‚‚.., Транспорт мРНК из ядра в цитоплазму осуществляРНК-полимераза а ется через ядерные поры. Все стадии процессинга и ДНК транспорта – регулируемые процессы. Время от наТранскрипция чала синтеза мРНК до ее выхода в цитоплазму составляет не менее десяти минут. Высокая стабильность мРНК и сравнительно длительное время от начала синтеза до выхода в цитоплазму делают не5' возможной оперативную регуляцию белкового синмРНК 5'-НТО НТО 3'-НТО теза на уровне транскрипции. В связи с этим в клетТрансляция Рибосома ках эукариот существенно возрастает роль регуляции белкового синтеза на посттранскрипционном уровб не, а эукариотические клетки содержат значительно 5' Транскрипция больше мРНК, чем бактериальные. Часть таких КЭП мРНК может находиться в неактивном (репрессиЯдро рованном или маскированном) состоянии.

AAAAA Полиаденилирование мРНК прокариот очень часто являются полицистронными, то есть содержат информацию для неAAAAA скольких полипептидных (белковых) цепей. Зрелые Сплайсинг эукариотические мРНК, как правило, моноцисЦитоплазма тронны и кодируют только одну полипептидную цепь. Те части молекулы мРНК, в которых закодиAAAA 5'-НТО 3'-НТО рованы белки, называются транслируемыми областями. Однако помимо транслируемых областей в мРНК имеются достаточно протяженные последоAAA вательности, не кодирующие белок. Общая длина Трансляция этих нетранслируемых областей порой может достигать или даже превышать длину транслируемых Рис. 1. Транскрипция и трансляция мРНК прока- областей. Нетранслируемые области находятся на риот (а); транскрипция, процессинг и трансляция обоих концах молекул мРНК и соответственно намРНК эукариот (б) зываются 5'- и 3'-НТО. В прокариотических полицистронных мРНК имеются также внутренние одной стороны, и нестабильность мРНК бактерий – межцистронные нетранслируемые области, распос другой, обеспечивают оперативный контроль бел- лагающиеся между транслируемыми областями.

кового синтеза на уровне транскрипции. Содержа- Наряду с информацией о последовательности аминие мРНК в бактериальной клетке составляет всего нокислот в белке молекулы мРНК содержат ин1–2% общего количества РНК в клетке. формацию, определяющую их поведение в клетке (активность и время жизни, внутриклеточное расЭукариотические мРНК довольно стабильны.

пределение). Эта информация находится в основПериод их полураспада измеряется часами и даже ном в нетранслируемых областях мРНК.

сутками. Их транскрипция и трансляция пространственно разобщены. Транскрипция протекает в ядре, а трансляция – в цитоплазме (рис. 1, б). Эукариоти-, ческие мРНК синтезируются в виде предшественни- ков и проходят в своем биогенезе стадию довольно сложного созревания, или процессинга. Процес- Проблема кодирования в молекулярной биолосинг включает в себя: 1) кэпирование 5'-конца, за- гии была впервые поставлена Г. Гамовым еще в наключающееся в присоединении к этому концу чале 50-х годов, то есть задолго до открытия самой мРНК так называемой шапочки (кэп-структуры), мРНК. Размышляя над тем, как линейная последо2) полиаденилирование 3'-конца и, наконец, 3) вательность четырех различных нуклеотидов в нуксплайсинг – вырезание протяженных внутренних леиновой кислоте может определять последоваучастков мРНК, так называемых интронов, и кова- тельность двадцати разных аминокислот в белке, лентное воссоединение оставшихся фрагментов Гамов предположил, что генетический код является (экзонов) через обычную фосфодиэфирную связь триплетным, то есть три соседних основания поли(подробнее см. в статье: Гвоздев В.А. Регуляция ак- нуклеотидной цепи (он оперировал с ДНК) однотивности генов при созревании клеточных РНК // значно определяют включение одной определенСоросовский Образовательный Журнал. 1996. № 12. ной аминокислоты в белок. Он же поставил С. 11–18). Все перечисленные стадии созревания вопросы и о других свойствах генетического кода:



происходят в клеточном ядре, и в цитоплазму по- перекрываемости, запятых между кодонами, выступают уже процессированные, зрелые мРНК. рожденности.

.. Вторая буква В 1961 году Ф. Крик и С. Бреннер экспериментально показали, что делеция (вырезание) одного U C A G нуклеотида, дающая мутантный фенотип, может UUU UCU UAU UGU U быть скомпенсирована вставкой нуклеотида вблизи Phe Tyr Cys UUC UCC UAC UGC C делеции. Этот результат можно было объяснить U Ser предположив, что при делеции нуклеотида происUUA UCA UAA стоп UGA стоп A Leu ходит сдвиг рамки считывания за местом делеции, и UUG UCG UAG стоп UGG Trp G это приводит к полному изменению смысла всей CUU CCU CAU CGU U последующей информации; при вставке одного His нуклеотида вблизи места делеции происходит восCUC CCC CAC CGC C C Leu Pro Arg становление первоначальной рамки считывания и CUA CCA CAA CGA A первоначального смысла закодированной инфорGln CUG CCG CAG CGG G мации. Таким образом, описанные эксперименты доказали, что генетический код не содержит запяAUU ACU AAU AGU U Asn Ser тых. В опытах с делециями и вставками Крик, БарAUC Ile ACC AAC AGC C нет, Бреннер и Уотс-Тобин (1961) также подтвердиA Thr AUA ACA AAA AGA A ли, что код является триплетным или кратен трем, Lys Arg поскольку три делеции или три вставки нуклеотиAUG Met ACG AAG AGG G дов давали нормальный фенотип.

GUU GCU GAU GGU U Asp Опыты Г. Виттманна по замене единичных осноGUC GCC GAC GGC C ваний в РНК вируса табачной мозаики показали, G Val Ala Gly GUA GCA GAA GGA A что такие замены могут приводить к замене только Glu одной аминокислоты в белке. Это однозначно свиGUG GCG GAG GGG G детельствовало в пользу того, что генетический код не перекрывается. Другими словами, каждое осноРис. 2. Кодовый словарь. Красным цветом отмевание РНК входит в состав лишь одного триплета чены терминирующие кодоны (кодона).

Полная расшифровка генетического кода, прообычно дублируются. Первым при этом, как праведенная М. Ниренбергом и С. Очоа, была законвило, выступает кодон UAA (основной терминиручена к 1966 году. Она показала, что 61 из 64 возможющий триплет), а вслед за ним на очень близком ных триплетов мРНК кодируют одну из двадцати расстоянии в той же рамке считывания следует стандартных аминокислот, включающихся в белок один из запасных терминирующих триплетов – (рис. 2). Таким образом, генетический код оказался UAG или UGA.

сильно вырожденным, и многие аминокислоты коПосле расшифровки генетического кода в 1966 годируются двумя или более кодонами. Три триплета, ду вопрос о том, что и как закодировано в мРНК, не участвующие в кодировании аминокислот, – казалось, был полностью исчерпан. С течением вреUAA, UAG и UGA – оказались сигналами на оконмени, однако, стало очевидно, что это далеко не так.

чание синтеза белка (сигналами терминации).

Перенос генов из одних организмов в другие и их последующая успешная экспрессия доказали, что генетический код почти всегда универсален.

Другими словами, все живые организмы от бактерий Инициирующий кодон узнается только в опредедо млекопитающих пользуются в основном одним и ленном контексте. Если мы зададим вопрос, можно тем же кодовым словарем. (Правда, некоторые нару- ли, имея перед собой последовательность нуклеошения универсальности генетического кода обнару- тидов какой-либо мРНК, таблицу генетического жены в митохондриях.) кода и зная, что трансляция мРНК идет в направлении от 5'- к 3'-концу, а белковая цепочка растет от Все триплеты в транслируемой области мРНК, N-конца к C-концу, написать последовательность которые кодируют определенную аминокислоту, узаминокислот белка, закодированного в этой мРНК, наются в рибосомах специфическими молекулами то будем вынуждены ответить на поставленный вотРНК с присоединенными к ним аминокислотами.

прос отрицательно. Исходя из перечисленных свеТочность узнавания весьма велика за счет существодений нельзя определить, с какого места мРНК мы вания специальной системы коррекции ошибок.

должны начать переводить (транслировать) послеТерминирующие кодоны узнаются специальными довательность нуклеотидов в последовательность белками – факторами терминации. Надежность узаминокислот.

навания этих триплетов не столь высока, и иногда терминирующий триплет может прочитываться как Уже очень давно стало ясно, что начало транскодон аминокислоты. Для повышения надежнос- ляции мРНК (инициация) не совпадает с начати процесса терминации терминирующие кодоны лом самой мРНК. Свидетельством этому служат, ‹4, Третья буква Первая буква полицистронные мРНК бактерий, в которых ини- что у прокариот для эффективной инициации коциация белкового синтеза происходит на каждом дон должен находиться на вершине шпилечной цистроне, а также присутствие в мРНК про- и эука- структуры, образуемой смежными комплементарриот 5'-концевых нетранслируемых последователь- ными участками мРНК, а предшествовать ему приностей. Вместе с тем установлено, что биосинтез мерно за 3–10 нуклеотидов должна полипуриновая белка как у про-, так и у эукариот всегда начинается последовательность (последовательность Шайна– с одной и той же аминокислоты – метионина. Мож- Дальгарно, SD) (рис. 3, а). Эта последовательность но было бы предположить, что трансляция инфор- комплементарна рибосомной РНК и, по-видимому, мации, закодированной в мРНК, начинается с пер- способствует связыванию рибосом в районе иницивого от 5'-конца метионинового кодона, которым ирующего кодона. Вторичная структура мРНК в является триплет AUG. Для многих моноцистрон- районе инициирующего кодона и как следствие – ных эукариотических мРНК это действительно так, степень доступности инициирующего кодона для хотя бывают и исключения. Однако это совсем не инициации может изменяться в процессе транслятак для полицистронных мРНК бактерий, где ини- ции соседних цистронов или при взаимодействии циация часто происходит на триплетах AUG, отсто- мРНК со специальными регуляторными белками ящих очень далеко от начала мРНК. Этим трипле- (см. ниже).





там может предшествовать большое количество У эукариот инициация происходит, как уже годругих AUG, на которых инициации не происходит.

ворилось, чаще всего с первого AUG, однако только Более того, оказалось, что первый метионин в белке в том случае, если этот AUG находится в оптив некоторых случаях включается не на метиониномальном контексте: за два нуклеотида до него обявом кодоне AUG, а на кодоне GUG, который соотзательно должен находиться пурин (A или G), а неветствует в таблице генетического кода аминокиспосредственно за ним должен следовать G. На лоте валину.

эффективность инициации у эукариот определенИногда инициация с метионина может происхо- ное влияние могут оказывать также нуклеотиды и в дить и на других кодонах: AUA и AUU (кодонах изо- других положениях вблизи инициирующего кодолейцина), UUG и, возможно, CUG (кодонах лей- на. Самым оптимальным для узнавания инициируцина). Стало очевидным, что для узнавания кодона ющего кодона у млекопитающих считается следуюв качестве инициирующего важен не только сам и, щее его окружение: GCCGCCA/GCCAUGGA/CU может быть, не столько сам кодон, но какой-то кон- (инициирующий триплет подчеркнут, а обязательтекст, делающий его инициирующим. Оказалось, ные для инициации нуклеотиды выделены жирным а б в 16S pРНК 3' 5' 5' 5' CUA CCG UGA UCA AAA AAC UUG SD Pro Sec Lys Asn Met г д 3' 16S pРНК Стоп Стоп 5' UAU CUU UGA C GGA UAG 5' GGAUUA GAA Leu Gly Рис. 3. 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. Дальнейшие пояснения см. в тексте.. AU UCC CUU A UA G UCC G AC G G G CUG Asp шрифтом). Если первый AUG в эукариотической стимулирующая последовательность. Эта последовамРНК находится не в оптимальном контексте, он тельность может отстоять от UGA на очень большом пропускается и инициация начинается со следую- расстоянии – иногда она может быть на расстоянии щего AUG. Для такой инициации очень важно так- 200 нуклеотидов и находиться в 3'-нетранслируемой же наличие кэп-структуры на 5'-конце мРНК и, как области мРНК (рис. 3, б).

ни странно, поли(А) последовательности на проНекоторые мРНК содержат сигналы на изменение тивоположном конце молекулы. Кэп-структура и рамки считывания. Некоторые мРНК содержат в поли(А) последовательность узнаются специфичетранслируемой области терминирующие кодоны, скими белками, которые также необходимы для но эти кодоны успешно обходятся за счет изменеинициации. При таком способе инициации трансния рамки считывания перед ними или непосредстляции у эукариот последовательность мРНК как бы венно на них. Рамка может сдвигаться на - 1, +1 и просматривается (сканируется) с начала мРНК (от +2. Существуют специальные сигналы в мРНК, изее кэп-структуры) для поиска кодона AUG в оптименяющие рамку считывания. Так, сдвиг рамки мальном контексте. Такая инициация получила натрансляции на - 1 на РНК ретровируса происходит звание “кэп-зависимая инициация по сканируюна специфической гептануклеотидной последоващему механизму”. Следует, однако, заметить, что на тельности перед шпилечной структурой в мРНК некоторых мРНК эукариот инициация происходит (рис. 3, в). Для сдвига рамки на +1 на мРНК бактене путем сканирования мРНК с 5'-конца, а за счет риального фактора терминацинации RF-2 важны непосредственного узнавания определенного внутнуклеотидная последовательность на месте сдвига реннего AUG. Для такого узнавания требуется (кодон UGA), последующий кодон, а также предвесьма протяженная предшествующая последовашествующая им последовательность, комплементельность мРНК. Эта последовательность узнается тарная к 3'-концевой последовательности рибосомособыми клеточными белками, которые способстной РНК (аналог последовательности Шайна– вуют инициации трансляции по механизму “внутДальгарно) (рис. 3, г).

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.