244-245

Молекулярная генетика

Генетический код, активация аминокислот

А. Генетический код

Большая часть генетической информации, содержащейся в ДНК, кодирует последовательность аминокислот. Процесс экспрессии генетической информации включает транскрипцию 'текста', записанного на 'языке нуклеиновой кислоты', в текст, записанный на 'языке белков'. Таково происхождение термина трансляция (дословно - перевод), используемого для обозначения процесса биосинтеза белков. Правила, которым следует трансляция, называют генетическим кодом.

Поскольку в биосинтезе участвуют 20 аминокислот, называемых протеиногенными, 'язык' нуклеиновых кислот должен содержать по крайней мере 20 слов (кодонов) Однако в аминокислотном 'алфавите' имеется только четыре 'буквы' (А, Г, Ц и У или Т [или в англ. транскрипции: A, G, С и U или Т*]), так что для получения 20 различных слов каждое должно состоять по крайней мере из трех букв. Кодоны действительно включают три азотистых основания (триплет нуклеотидов). На схеме 1 представлен стандартный код ДНК (последовательность триплетов в некодирующей цепи), изображенный в виде круга. Схема читается от центра наружу, так что, например, триплет CAT кодирует аминокислоту гистидин. ДНК-кодоны идентичны таковым в мРНК (mRNA), за исключением того, что в мРНК вместо урацила (U), характерного для ДНК, стоит тимин (Т).

В качестве примера прочтения кода на схеме 2 показаны короткие участки нормального и мутантного гена β-глобина вместе с соответствующими последовательностями мРНК и аминокислот. Здесь показаны относительно часто встречающиеся точковые мутации, в результате которых остаток глутаминовой кислоты в положении 6 β-цепи заменен на валин. Такой мутантный гемоглобин в дезоксиформе склонен к агрегации, что вызывает деформацию эритроцитов и уменьшает эффективность транспорта кислорода (серповидноклеточная анемия).

В триплетном генетическом коде для 20 аминокислот потенциально существует 4³ = 64 кодона. Таким образом, большинство аминокислот записывается несколькими кодонами, т. е. генетический код является вырожденным. Кроме того, имеются три триплета, которые обозначают конец транскрипции (стоп-кодоны). Еще один специальный кодон, стартовый (инициирующий) кодон, маркирует начало трансляции. Генетический код, показанный на рисунке, является почти универсальным. Этому стандарту не полностью соответствуют только митохондрии (см. с. 212) и некоторые микроорганизмы.

Б. Активация аминокислот

Для каждой из 20 аминокислот имеется соответствующая аминоацил-тРНК-лигаза, которая в цитоплазме соединяет аминокислоту с тPHK(tRNA) (см. с. 88). Этот процесс активации аминокислот осуществляется в две стадии. Сначала аминокислота связывается с ферментом и реагирует с АТФ (АТР), образуя макроэргический смешанный ангидрид - аминоациладенилат. Затем аминоацильный остаток переносится на концевую 3'-ОН-группу концевого остатка рибозы тРНК (другой группой лигаз аминоацил переносится на 2'-ОН-группу). В аминоацил-тРНК карбоксильная группа аминокислотного остатка этерифицируется остатком рибозы 3'-концевого остатка аденозина, входящего в последовательность ...ССА-3'.

Точность трансляции зависит, прежде всего, от субстратной специфичности аминоацил-тРНК-лигаз. Корректирующий механизм активного центра лигазы обеспечивает немедленное удаление ошибочно присоединенных аминокислотных остатков. В среднем встречается только одна ошибка на 1300 аминокислотных остатков - поразительно высокая точность 'работы', если представить, насколько близки структуры некоторых аминокислот.

В. Asp-тРНК-лигаза (димер)

Процесс активации аминокислот представлен на примере лигазы, специфичной для аспарагиновой кислоты. Молекулы фермента (окрашены в оранжевый цвет) связаны между собой в димер, причем каждая субъединица ассоциирована с одной молекулой тРНК (окрашены в голубой цвет). В активном центре присутствует остаток АТФ (окрашен в зеленый цвет), связанный с 3'-концом тРНК Другой домен белка (слева вверху) отвечает за 'узнавание' антикодона тРНК.

_______

* Эти буквы обозначают основания, входящие в нуклеотиды, и происходят от их английских названий: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и урацил (U) или тимин (Т). - Прим. ред.