56. Трансляция. Генетический код.

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.

57. Классификация мутаций.

1. по уровню возникновения:

• генные: инверсии; замены (транзиции и трансверии); дупликации; инсерции; делеции – ведут к сдвигу рамки считывания.

• хромосомные: внутрихромосомные – дупликации, делеции, инверсии; межхромосомные – транслокации, транспозиции.

• геномные: поли-, анеу-, гаплоидия.

2. по типу аллельных взаимодействий: рецессивные, доминантные.

3. по влиянию на жизнеспособность: летальные, вредные, нейтральные, полезные.

4. по происхождению: спонтанные, индуцибельные.

5. по месту возникновения: генеративные, соматические.

6. по фенотипическому проявлению : - биохимические, физиологические, морфологические.

58. Свойства генетического кода.

Генетический код - система "записи" наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах НК.

Свойства:

1. Триплетность (кодовое число кратно трем).

2. Универсальность (генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности).

3. Неперекрываемость (один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов, доказательством служит то, что одна мутация приводит к замене одного аминокислотного остатка).

4. Вырожденность (одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов).

5. Без запятых (информация считывается непрерывно).

59. Транскрипция и созревания мРНК.