Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Идея триплетности кода была высказана в 1954 г. в статье известного физика Г.А. Гамова.
Наиболее простой способ кодирования состоит в том, что три-плетные кодоны расположены друг за другом и считываются последовательно. Однако были высказаны предположения, что кодоны могут перекрываться, а следовательно, данное основание может входить в состав более чем одного кодона и определять более чем одну аминокислоту. В таком случае набор возможных соседей каждой аминокислоты в молекуле белка должен быть огра-126
Рис. 2.10. Последовательность аминокислот в молекуле белка кодируется последовательностью кодонов в молекуле ДНК. Матричная РНК — молекула-«посредник»
ничен. Гамов исследовал известные к тому времени аминокислотные последовательности и показал, что не существует аминокислот, которые никогда не встречаются рядом.
Окончательно неперекрываемость кода была доказана при исследовании последовательности аминокислот белка оболочки мутантов вируса табачной мозаики. Было показано, что в результате мутации, вызывающей замену оснований, синтезируется белок с одной измененной аминокислотой.
Экспериментальное подтверждение триплетной природы кода было получено в начале 60-х годов в генетических экспериментах, проведенных С. Бреннером и Ф. Криком. Исследования проводились на бактериофаге Т4. С помощью акридинов были получены мутанты со вставками или делениями (выпадениями) нуклеотидов ДНК. Проведенные скрещивания показали, что вставка или выпадение одной пары нуклеотидов обязательно приводит к образованию аномальных белков с нарушенной функцией. К такому же эффекту приводит вставка или делеция двух пар нуклеотидов в пределах одного гена. Если же внутри небольшой области гена происходит три вставки или делеции, синтезируемый белок часто сохраняет активность.
Неперекрываемость кодонов означает, что в зависимости от стартовой точки возможны три варианта считывания генетической информации. Если для считывания используется только одна рамка, то при добавлении или удалении одного или двух нуклеотидов происходит сдвиг «рамки считывания». При этом нуклеотидная последовательность в новой рамке будет совершенно иной и в ней будет закодирована последовательность аминокислот, лишенная функционального смысла. В случае трех вставок или делеций активность белка восстанавливается. При этом происходит добавление и потеря одной аминокислоты, но рамка считывания восстанавливается (рис. 2.11, а). Измененная часть белка ограничена участком между крайними мутациями.
Таким образом были установлены основные свойства генетического кода: 1) каждую аминокислоту кодирует определенная комбинация из трех нуклеотидов (кодон), т. е. код трипле-тен; 2) кодоны не перекрываются, а следуют друг за другом без «знаков препинания»; 3) последовательность оснований читается последовательно, начиная со строго определенной (фиксированной) стартовой точки, т. е. генетическая информация записана только в одной из рамок считывания (за редкими исключениями, которые мы рассмотрим позже).
Расшифровка генетического кода. Решающую роль в расшифровке генетического кода сыграли два подхода, которые Реализуются с участием бесклеточной системы белка. Бескле-точная система синтеза белка была получена из Е. coli в ре-
Начало
\
АБВ | ГДЕ | ЖЗИ j КЛМ | НОП
8К| *¦ ЭК2— &Кз ““ ЭК^’”*1¦ 3Kg
UGU| GUG| UGU| GUGIUGU | GUG Cys - Val -Cys - Val -Gys - Val
UAll| CUA j UCU | AUC | UAU |CUA | UCU | AUC Tyr - Leu - Ser - lie - Tyr - Leu - Ser - He
Начало Ж(делеция)
J S'
АБВ j ГДЕ |ЗИК j ПМН j ОПШ
Нормальные Измененные
Начало Вставка
J I 1^1 .
АБВ | ГДЕ |щЖЗ| ИКЛ j MHO
к, — акг-
Нормальные Измененные
а)
GUAJ AGU j AAG j UAA j GUA j A...
Val- Ser - Lys-Стоп
AUAj GAU | AGA j UAG| AUA jG... lie - Asp- Arg - Стоп
GjUAG jUAGjUAG СтогьСтогьСтоп
GAj UGAjUGAl UGAjU...
Стоп-Стогт-Стоп
6)
Рис. 2.11. Изучение свойств генетического кода с помощью делений и вставок (а); расшифровка генетического кода с помощью синтетических полинуклеотидов (б)
зультате механического разрушения клеток и последующего центрифугирования для осаждения обрывков клеточной стенки и клеточной мембраны. В результате получили клеточный экстракт, содержащий необходимые компоненты для синтеза белка (ДНК, мРНК, тРНК, рибосомы, ферменты и другие компоненты клетки). При добавлении в такую систему АТФ, ГТФ и аминокислот — предшественников белков было обнаружено, что идет синтез белка и добавленные аминокислоты включаются во вновь синтезированные белковые молекулы. Если с помощью фермента дезоксирибонуклеазы разрушить ДНК-матрицу для синтеза мРНК, то через несколько минут синтез белка прекращается, поскольку имеющиеся в системе мРНК имеют короткое время жизни.
М. Ниренберг и X. Маттеи обнаружили, что если в систему добавить препарат мРНК, то синтез белка возобновляется. Таким образом от того, какая матрица будет добавлена в бескле-точную систему, можно получить белковые молекулы, аминокислотная последовательность соответствует последовательности нуклеотидов в добавленной матрице. Для синтеза матрицы был использован фермент полинуклеотидфосфорилаза. Этот фермент катализирует синтез полирибонуклеотидов из рибо-нуклеозиддифосфатов в отсутствие ДНК- Состав РНК, синтези-
