Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

12. Генетический код 95

рибосомный белок и повышает частоту «пробоя» nonsense-мутаций. В клетках, несущих nonsense- или missense-супрессоры, мутация ram повышает эффективность супрессии.

Таким образом, можно отметить, что, помимо обычных актикодонкодоновых взаимодействий, существует еще целый ряд факторов, влияющих на процесс считывания кодонов с мРНК. Точность образования пары антикодон—кодон зависит от структуры участков молекулы тРНК, расположенных за пределами антикодоновой петли, и от структуры определенных участков рибосомы. Кроме того, в соответствии с гипотезой Крика образование системы водородных связей между антикодонами и кодонами не является строго однозначным, т.е. допускает определенное разнообразие структур соответствующих элементов. На все эти факторы могут влиять мутации, возникающие в генах, кодирующих структуру любых компонентов трансляционного аппарата.

В ходе эволюции у прокариотических и эукариотических организмов сформировались системы биосинтеза белка, которые по структурной организации существенно отличаются друг от друга. С учетом этого обстоятельства, а также того, что сам процесс узнавания кодонов может подвергаться определенным генетически обусловленным модификациям, можно только удивляться тому, что как прокариоты, так и эукариоты используют совершенно идентичный генетический код, представленный в табл. 12.1. Универсальность генетического кода-наиболее серьезное подтверждение эволюционных представлений, согласно которым все организмы произошли от одного общего предка. Именно поэтому весьма неожиданным оказалось, что генетический код митохондрий, как было впервые установлено в 1979 г., характеризуется отличными от обычных значениями некоторых кодонов и некоторыми особыми правилами узнавания кодонов.

Генетический код митохондрии

Методы клонирования и секвенирования ДНК позволили провести тщательный сравнительный анализ генетической организации митохондриальных геномов у целого ряда организмов, от грибов до человека. Определение полной нуклеотидной последовательности человеческой митохондриальной ДНК, содержащей 16569 нуклеотидных пар, было завершено в 1981 г. Известны также частичные последовательности митохондриальных геномов быка, дрожжей и Neurospora. Полученные результаты свидетельствуют о том, что митохондриальные геномы высших и низших эукариот, кодирующие примерно один и тот же набор функций, в то же время характеризуются различиями в смысловом значении некоторых кодонов, в правилах антикодон-кодонового узнавания и существенными различиями в общей структурной организации. Можно полагать, что существенным фактором эволюции митохондриальных геномов была селекция на максимальную структурную компактность при максимальной информационной нагруженности (см. Дополнение 12.1). Это, вероятно, достигалось за счет таких изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. При этом митохондрии млекопитающих, характеризующиеся наиболее компактной организацией генома, подверглись соответ-

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

96 Экспрессия генетического материала

ственно более существенным эволюционным изменениям, чем митохондрии грибов.

Генетический код, используемый в митохондриях, удалось расшифровать с помощью сопоставления аминокислотных последовательностей митохондриальных белков с соответствующими фрагментами нуклеотидной последовательности митохондриальной ДНК. Так, оказалось, что и у дрожжей, и у млекопитающих триптофан кодируется как триплетом UGG, так и триплетом UGА, который, согласно табл. 12.1, служит терминаторным кодовом. Например, в аминокислотной последовательности субъединицы II митохондриальной цитохром-с-оксидазы человека из пяти остатков триптофана три соответствуют кодону UGA, а два других - кодону UGG. Поэтому ясно, что кодон UGA в митохондриях человека не может выступать в роли терминатора трансляции. Расшифрованный таким образом генетический код, используемый в митохондриях человека, представлен в табл. 12.9. Среди других отличий от обычного универсального кода можно отметить то, что кодон AUA вместо изолейцина кодирует метионин, а триплеты AGA и AGG являются не аргининовыми кодонами, а сигналами терминации трансляции.

Анализ нуклеотидной последовательности митохондриального генома свидетельствует о том, что он содержит только 22 гена тРНК, что соответствует существенно меньшему разнообразию, чем в случае универсального кода, для считывания которого необходимо иметь 32 вида тРНК. Структура антикодонов митохондриальных тРНК указывает на то, что нескольким группам кодонов («четверкам», отмеченным в табл. 12.9) соответствует по одному виду тРНК. Первое положение антикодона в этих тРНК занимает остаток урацила, способный, таким образом, к образованию пары U : N с любым из четырех нуклеотидов в третьем положении кодона. Остальные кодоны группируются в «пары». Каждой из них соответствует один вид тРНК, в антикодоне которых первое положение занимает либо G (связывается с U или С, см. табл. 12.7), либо модифицированный остаток урацила, который может связываться только с А или G. В митохондриальной ДНК был идентифицирован только один ген, кодирующий тРНК^Меt, в то время как в самих митохондриях удается обнаружить оба вида метионин-специфичной тРНК - тРНК_i^Met и тРНК^Меt. Происхождение митохондриальной тРНК_i^Met пока остается неизвестным. Судя по всему, инициация трансляции в митохондриях происходит как на обычном AUG-кодоне, так и на кодонах AUA и AUU. Для этого, по-видимому, необходимо, чтобы в антикодоне CAU произошла модификация С, позволяющая ему образовывать пары с G, A и U.

Аналогичные исследования генетического кода митохондриальных геномов дрожжей и Neurospora выявили определенные отличия как от универсального генетического кода, так и от кода, используемого в митохондриях человека. В митохондриях дрожжей и Neurospora, так же как и в человеческих митохондриях, триплет UGA считывается не как терминаторный, а как триптофановый кодон. В дрожжевом митохондриальном коде в отличие от всех остальных, включая универсальный, семейство триплетов типа CUN кодирует не лейцин, а треонин. Трансляция всего этого семейства, так же как и в митохондриях других организмов, осуществляется с помощью одного типа молекул тРНК, несущих антикодон UAG. Как в дрожжевых, так и в человеческих