Страйер Л. Биохимия. Том 3

Подождите немного. Документ загружается.

жевой аланиновой тРНК показана на

рис. 27.4. Молекула представляет собой од-

ну цепь из 76 рибонуклеотидов. 5'-конец

фосфорилирован (pG), а 3'-конец имеет сво-

бодную 3'-гидроксильную группу. Харак-

терная особенность этой молекулы - высо-

кое содержание оснований, отличных от А,

U, G и С. В ней содержится девять необы-

чных нуклеотидов: инозин, псевдоуридин,

дигидроуридин, риботимидин и метилиро-

ванные производные гуанозина и инозина.

Участок прикрепления аминокислоты пред-

ставляет собой 3'-гидроксильную группу

остатка аденозина на 3'-конце молекулы.

Последовательность IGC в середине моле-

кулы - антикодон. Он комплементарен

GCC - одному из кодонов аланина.

Вскоре были определены последователь-

ности нескольких других молекул тРНК.

К настоящему времени уже известны после-

довательности более 70 тРНК. Самое уди-

вительное, что все эти последовательности

можно изобразить в форме клеверного ли-

ста, в котором около половины нуклеоти-

дов образует пары оснований. Следователь-

но, молекулы тРНК обладают многими

общими структурными особенностями.

В этом факте нет ничего неожиданного, так

как все молекулы тРНК должны взаимодей-

ствовать примерно одинаковым образом

с рибосомами и мРНК. Говоря конкретно,

все молекулы тРНК должны укладываться

в А- и Р-участки рибосомы и должны взаи-

модействовать с ферментом, катализирую-

щим образование пептидной связи.

Все молекулы транспортных РНК обла-

дают следующими общими свойствами.

1. Все они представляют собой одну цепь

длиной от 73 до 93 рибонуклеотидов (масса

около 25 кДа).

2. Они содержат много необычных осно-

ваний, как правило, от 7 до 15 на молекулу.

Многие из этих необычных оснований пред-

ставляют собой метилированные или диме-

тилированные производные A, U, С и G, ко-

торые образуются путем ферментативной

модификации тРНК-предшественника

(разд. 25.17). Роль этих необычных основа-

ний неизвестна. Вполне возможно, что мети-

лирование препятствует спариванию неко-

торых оснований и делает их таким образом

доступными для других взаимодействий.

Кроме того, метилирование изменяет ги-

дрофобность некоторых участков тРНК,

что может иметь важное значение для их

взаимодействия с синтетазами и рибо-

сомными белками.

3. 5'-конец тРНК фосфорилирован. На

5'-конце обычно расположен остаток pG.

4. На 3'-конце всех тРНК находится по-

следовательность ССА. Активированная

аминогруппа прикрепляется к 3'-гидрок-

сильной группе концевого аденозина.

5. Примерно половина нуклеотидов

тРНК спарена и образует участки двойной

спирали (рис. 27.5). Не спарены пять групп

оснований: 3'-концевая область ССА (акцеп-

торная ветвь); ТψC-петля, которая получи-

ла свое название по последовательности ри-

ботимидин - псевдоурацил - цитозин;

добавочная петля, число остатков которой

различно в разных тРНК; дигидроуридило-

вая петля, которая содержит несколько

остатков дигидроуридина; антикодоновая

петля.

6. Антикодоновая петля состоит из семи

оснований, расположенных в следующей

последовательности:

27.4. Транспортная РНК имеет L-образную

форму

К настоящему времени трехмерная структу-

ра молекулы тРНК установлена на атом-

ном уровне благодаря рентгеновским кри-

сталлографическим исследованиям, осу-

ществленным в лабораториях Александра

Рича и Арона Клуга (Alexander Rich, Aaron

Klug). В результате проведенного ими неза-

висимого рентгенографического изучения

фенилаланиновой тРНК получено множе-

ство новых данных о структуре молекулы

тРНК.

27. Синтез белка

Рис. 27.5. Общая схема строения моле-

кул тРНК.

1. Молекула имеет L-образную форму

(рис. 27.6 и 27.7).

2. В молекуле имеется два участка двой-

ной спирали. Каждая из этих спиралей содер-

жит примерно десять пар оснований, что со-

ответствует одному витку спирали. Спи-

ральные участки расположены перпендику-

лярно друг другу, что и придает молекуле

L-образную форму. Схема спаривания осно-

ваний, постулированная в модели клеверно-

го листа, построенной по результатам опре-

деления последовательности, оказалась пра-

вильной.

3. Большинство оснований вне спи-

ральных участков образует необычные во-

дородные связи. Эти третичные взаимодей-

ствия возникают между основаниями, ко-

торые обычно не комплементарны друг

другу (например, G—G, А—А и А—С). Бо-

лее того, рибозофосфатный остов взаимо-

Часть IV.

Информация

действует с некоторыми основаниями и да-

же с другим участком самого остова. Во

многих подобных взаимодействиях 2'-ОН-

группа остатков рибозы выступает в каче-

стве донора или акцептора при образовании

водородных связей. Кроме того, значитель-

ная часть оснований упакована в стопки

(межплоскостные взаимодействия). Эти ги-

дрофобные взаимодействия между соседни-

ми ароматическими кольцами играют ос-

новную роль в молекулярной архитектуре.

4. ССА-конец - участок прикрепления

аминокислоты - расположен на одном из

концов L. Другой конец L представляет со-

бой антикодоновую петлю. Таким образом,

аминокислота, связанная в аминоацил-

тРНК, удалена от антикодона (на расстоя-

ние примерно 80 А). Дигидроуридиловая

петля и ТψC-петля образуют угол буквы L.

5. ССА-конец и прилегающая к нему спи-

ральная область не очень сильно взаимо-

действуют с остальной молекулой. Эта

часть молекулы может изменять конформа-

цию при активации аминокислоты и при

синтезе белка на рибосоме.

Определение трехмерной структуры

тРНК - важный шаг в изучении процесса

трансляции на молекулярном уровне. Еще

совсем недавно решение этого вопроса каза-

лось делом далекого будущего. Теперь идеи

и усилия исследователей в данной области

обращаются к еще более сложным задачам,

таким, как изучение трехмерной структуры

комплексов аминоацил-тРНК—синтетазы

с тРНК и даже тРНК, связанной с мРНК

и рибосомными белками.

27.5. В узнавании кодона участвует

антикодон, а не активированная

аминокислота

Мы уже упоминали, что антикодон

тРНК - участок, узнающий кодон мРНК,

и что узнавание происходит путем спарива-

ния оснований. Играет ли какую-нибудь

роль в этом процессе аминокислота, присое-

диненная к тРНК? Ответ на этот вопрос

был получен следующим путем. Вначале ци-

стеин присоединили к соответствующей

тРНК (она обозначается тРНК

Суs

). Затем

Рис. 27.6. Фотография скелетной модели

дрожжевой фенилаланиновой

тРНК, основанная на карте

электронной плотности с раз-

решением 3 А. (Печатается

с любезного разрешения д-ра

Sung-Hou Kim.)

присоединенный остаток цистеина превра-

тили в аланин, обработав Cys-тРНК

Cys

ни-

келем Ренея. В результате атом серы отде-

лился от активированного остатка цисте-

ина; связь цистеина с тРНК при этом не

затрагивалась.

Так была получена гибридная аминоацил-

тРНК, в которой аланин ковалентно при-

соединен к тРНК, специфичной к цистеину.

Рис. 27.7. Схематическое изображение

трехмерной структуры дрож-

жевой фенилаланиновой

тРНК. (По рисунку, любезно

предоставленному д-ром Sung-

Hou

Kim.)

27. Синтез белка

Какой кодон узнаёт эта гибридная

тРНК - аланина или цистеина? Ответ был

получен при использовании этой гибридной

тРНК в бесклеточной системе синтеза бел-

ка. Матрицей служил случайный сополимер,

построенный из U и G в соотношении 5:1;

в норме он вызывает включение цистеина

(UGU), но не аланина (GCX). Но когда в ин-

кубационную смесь добавили Ala-тРНК

Cys

произошло включение аланина в полипеп-

тид. Другими словами, аланин включался

так, как если бы к тРНК, специфичной к ци-

стеину, был присоединен цистеин. Был сде-

лан вывод, что узнавание кодона не зависит

от аминокислоты, прикрепленной к

тРНК.

Такой же результат был получен в тех

случаях, когда роль матрицы выполняла

гемоглобиновая мРНК. В качестве гиб-

ридной аминоацил-тРНК использовали

С-аланил-тРНК

Cys

. Единственный ра-

диоактивный триптический пептид (т. е. пеп-

тид, содержащий

С-аланин) соответство-

вал пептиду, который в норме содержит

цистеин, а не аланин. С другой стороны, ни

в одном пептиде, который в норме содержит

аланин, а не цистеин, не было обнаружено

метки. Этот эксперимент, равно как и пре-

дыдущий, убедительно доказал, что амино-

кислота в аминоацил-тРНК не играет ника-

кой роли в выборе кодона.

27.6. Молекула транспортной РНК

может узнавать более одного кодона

благодаря «качаниям»

По каким правилам происходит узнавание

кодона антикодоном в тРНК? Проще всего

предположить, что каждое из оснований ко-

дона образует уотсон-криковскую пару ос-

нований с комплементарным основанием

антикодона. Тогда кодон и антикодон дол-

жны полностью соответствовать друг другу

с учетом антипараллельности (на схеме

штрих обозначает комплементарное осно-

вание):

Часть IV.

Информация

Так, X и X' должны быть либо А и U (или

U и А), либо G и С (или С и G). Из этой мо-

дели следует, что каждый антикодон может

узнавать только один кодон. Однако факты,

которыми мы располагаем, противоречат

этому. Некоторые выделенные в чистом виде

молекулы тРНК могут узнавать более

одного кодона. Например, дрожжевая алани-

новая тРНК, изученная Холли, связывается

с тремя кодонами: GCU, GCC и GCA.

Только первые два основания этих кодонов

одинаковы, третье различается. Может

быть, узнавание третьего основания кодона

иногда менее избирательно, чем узнавание

двух других? Общая картина вырожденно-

сти генетического кода показывает, что дело

может обстоять именно так. XYU и XYC

всегда кодируют одну и ту же аминокисло-

ту, a XYA и XYG обычно имеют одинаковый

смысл. Исходя из этих данных, Крик пред-

положил, что на спаривание третьего осно-

вания должны накладываться менее строгие

стерические ограничения, чем на спаривание

двух других. Были построены модели раз-

личных вариантов спаривания оснований,

чтобы определить, какие из них сходны со

стандартными А—U- и G—С-парами в от-

ношении расстояния и угла между глико-

зидными связями. В это исследование был

включен инозин, так как он встречается в не-

которых антикодонах. Если предположить,

что в спаривании третьего основания кодо-

на допустима некоторая стерическая свобо-

да («качание», или неоднозначное соответ-

ствие), то комбинации, приведенные

в табл. 27.2, кажутся вполне возможными.

В настоящее время правомочность гипо-

тезы «качаний» доказана. Антикодоны

тРНК с известной последовательностью

связываются с теми кодонами, которые

предсказывает эта теория. Например, анти-

кодоном дрожжевой аланиновой тРНК

Таблица 27.2. Допустимые типы спаривания третьего ос-

нования кодона в соответствии с гипотезой «качаний»

Первое основание

антикодона

Третье основание

кодона

А или G

U или С

U, С или А

является IGC. Эта тРНК узнает кодоны

GCU,

GCC и

GCA:

Итак, I спаривается с U, С и А, как и пред-

сказывает теория.

Фенилаланиновая тРНК, имеющая анти-

кодон GAA, узнает кодоны UUU и UUC, но

не UUA и

UUG:

Таким образом, G спаривается с U или с С

в третьем положении кодона, как и пред-

сказывает гипотеза качаний.

Можно сделать два обобщения, касаю-

щихся кодон-антикодонового взаимодей-

ствия.

1. Первые два основания кодона спари-

ваются обычным образом. Узнавание про-

исходит точно. Следовательно, кодоны, ко-

торые различаются по одному из первых

двух оснований, должны узнаваться раз-

личными тРНК. Например, и UUA, и CUA

кодируют лейцин, но считываются раз-

личными тРНК.

2. Первое основание антикодона опреде-

ляет, считывает ли данная молекула тРНК

один, два или три типа кодонов: С и А уз-

нают по одному кодону, U и G - по два ко-

дона, I - три кодона. Итак, одна из причин

вырожденности генетического кода заклю-

чается в неточности, или неоднозначности,

спаривания («качании») третьего основания

кодона. Именно в этом мы усматриваем ос-

новную причину распространенности не-

обычного нуклеозида инозина в антикодо-

нах. Инозин увеличивает число кодонов,

которые способна считывать данная мо-

лекула тРНК (рис. 27.8).

27.7. Мутантные молекулы транспортных

РНК могут подавлять другие мутации

Новый этап в изучении процесса узнавания

кодона начался в связи с исследованиями

мутантных тРНК, в которых изменено одно

основание в антикодоне. Эти спонтанные

события противоположны по своей сути хи-

мической модификации in vitro аминокис-

лоты, прикрепленной к тРНК. Любопытна

история открытия таких мутантных тРНК.

В течение многих лет генетики знали, что

повреждающее действие некоторых мута-

ций может быть подавлено другой мута-

Рис. 27.8. Благодаря «качаниям» инозин

может давать пары оснований

с цитозином, аденином и ура-

цилом.

27. Синтез белка

Рис. 27.9. Супрессия мутации, приво-

дящей к терминации цепи, вто-

рой мутацией в молекуле

тРНК.

цией. Предположим, какой-то фермент стал

неактивным из-за превращения кодона

GCU (аланин) в кодон GAU (аспартат). Му-

тации какого рода могли бы восстановить

активность этого фермента?

1. Обратная мутация того же основания

А—>С даст исходное кодовое слово.

2. Другая мутация A—>U даст валин

(GUU), который, возможно, полностью или

частично восстановит активность фермента.

3. Мутация в другом месте того же гена

может обратить действие первой мутации.

Такой измененный белок будет отличаться

от белка дикого типа двумя аминокислота-

ми.

4. Мутация в другом гене может преодо-

леть повреждающее действие первой мута-

ции. Это явление называется межгенной

супрессией.

В течение долгого времени механизм дей-

ствия межгенных супрессоров оставался за-

гадкой. Теперь мы знаем из генетических

и биохимических исследований, что боль-

шинство таких супрессоров действует, из-

меняя считывание мРНК. Рассмотрим

к примеру мутацию, которая приводит к по-

явлению терминирующего кодона UAG

(т. е. стоп-кодона, или сигнала терминации).

Результатом мутации будет образование

неполных полипептидных цепей. Такие му-

тации называются нонсенс-мутациями (от

англ. nonsense - бессмысленный), так как не-

полные полипептиды обычно неактивны.

Действие нонсенс-мутации UAG может

быть подавлено мутациями в нескольких

Часть IV.

Информация

различных генах. Один из этих супрессоров

считывает UAG как кодон тирозина,

что может привести к синтезу активного

белка вместо неполной полипептидной цепи

(рис. 27.9). Почему же эта мутантная РНК

вставляет тирозин в ответ на кодон UAG?

В норме тирозиновая тРНК узнает кодоны

UAC и UAU. Эта мутантная тРНК идентич-

на нормальной тирозиновой тРНК, за ис-

ключением одной замены основания в анти-

кодоне: GUA—>CUA. Мутация G—>С пер-

вого основания антикодона меняет специ-

фичность узнавания. Как предсказывает

теория «качаний», измененный антикодон

может узнавать только UAG.

Супрессорная тРНК этого типа будет за-

креплена отбором скорее всего в том случае,

если мутировавшая тРНК не была необхо-

димой. Иными словами, должна существо-

вать другая разновидность тРНК, которая

узнает те же кодоны, что и мутировавшая

тРНК. Действительно, у E.coli имеются две

различные тРНК, которые в норме узнают

кодоны UAC и UAU. Изменяется та тРНК,

которая присутствует в небольшом количе-

стве. Функция этой минорной разновидно-

сти тирозиновой тРНК в норме неясна.

В связи с существованием такой супрессор-

ной мутации возникает еще один вопрос. Ес-

ли мутантный кодон в UAG считывается

как тирозин, а не как сигнал терминации,

что происходит при нормальной термина-

ции цепей? Как ни странно, большинство

полипептидных цепей в клетках супрессор-

ного мутанта терминируется нормально,

возможно, по той причине, что сигнал тер-

Рис. 27.10. Электронные микрофотогра-

фии 70S-рибосом (А), 50S-суб-

частиц (Б) и 30S-субчастиц (В).

(Печатается с любезного разре-

шения д-ра James Lake.)

минации представляет собой нечто боль-

шее, чем просто кодон UAG. Действитель-

но, известно, что некоторые кодирующие

последовательности заканчиваются двумя

различными стоп-кодонами. Кроме того,

супрессия не обладает стопроцентной эф-

фективностью.

Были обнаружены и другие виды му-

тантных тРНК. Миссенс-супрессоры изме-

няют считывание мРНК, так что в ответ на

некоторые кодоны вставляется измененная

аминокислота (например, глицин вместо ар-

гинина). Особенно интересны супрессоры

сдвига рамки. Одна из таких тРНК содержит

лишнее основание в антикодоновой петле.

Благодаря этому она считывает в качестве

кодона четыре основания вместо трех. На-

пример, UUUC считывается как кодон фе-

нилаланина вместо UUU. Такая измененная

тРНК может супрессировать вставку лиш-

него основания.

27.8. Рибосомы - органеллы,

в которых происходит синтез белка,-

состоят из большой и малой субчастиц

Перейдем теперь к механизму синтеза бел-

ка. Этот сложный процесс происходит в ри-

босомах, которые можно рассматривать как

органеллы синтеза белка, подобно тому как

митохондрии считают органеллами окисли-

тельного фосфорилирования. Рибосома -

весьма специализированная и сложная

структура. Ее диаметр - примерно 200 А.

Лучше всего изучены рибосомы E.coli. Мас-

са этой рибосомы составляет 2500 кДа,

а коэффициент седиментации 70S. Ее можно

диссоциировать на большую (50S) и малую

(30S) субчастицы. Далее эти субчастицы

можно диссоциировать на составляющие их

белки и РНК. 30S-субчастица содержит 21

белок и одну молекулу 16S-PHK. 50S-субча-

стица содержит примерно 34 белка и 2 моле-

кулы РНК (23S и 5S). Рибосома E.coli при-

мерно на две трети состоит из РНК и на

одну треть - из белка.

Рибосомы цитоплазмы эукариотических

клеток несколько крупнее бактериальных

рибосом. Интактная эукариотическая рибо-

сома имеет коэффициент седиментации 80S.

Подобно бактериальной рибосоме, она дис-

социирует на большую (60S) и малую (40S)

субчастицы. Малая субчастица содержит

одну молекулу 18S-PHK, а большая субча-

стица - три молекулы РНК (28S, 7S

и 5S).

Рибосомы митохондрий и хлоропластов от-

личаются от цитоплазматических рибосом

Эту рРНК по сложившейся традиции чаще

обозначают 5,8S-PHK.- Прим. перев.

27. Синтез белка

Рис. 27.11. Рибосомы можно диссоцииро-

вать примерно на 55 белков

и три молекулы РНК.

эукариот. Они больше похожи на 70S-ча-

стицы, а не на 80S. Между синтезом белка

в митохондриях, хлоропластах и бактериях

имеется много общего.

27.9. Рибосомы можно реконструировать из

составляющих их молекул белков и РНК

Рибосомную 30S-субчастицу можно рекон-

струировать из смеси 16S-PHK и 21 белка,

входящего в ее состав. Сборку этих компо-

нентов с образованием функционально ак-

тивной 30S-субчастицы впервые осуществил

Масаясу Номура (Masayasu Nomura)

в 1968 г. Через несколько лет была рекон-

струирована 50S-субчастица. Эти экспери-

менты имели важное значение в двух отно-

шениях. Во-первых, они продемонстрирова-

ли, что вся информация, необходимая для

сборки этой органеллы, содержится в струк-

туре ее компонентов. Для сборки не нужны

никакие внерибосомные факторы. Таким

образом, образование рибосом in vitro пред-

ставляет собой процесс самосборки. Во-

вторых, реконструкцию можно использо-

вать для того, чтобы выяснить, необходим

ли тот или иной компонент для сборки ри-

босомы или собственно для ее функциони-

рования. Например, таким образом был вы-

явлен компонент рибосомы, отвечающий за

ее чувствительность к антибиотику стрепто-

мицину (разд. 27.20). Из работ по рекон-

струкции 30S-субчастицы были сделаны сле-

дующие выводы.

Часть IV.

Информации

1. 16S-PHK необходима для ее сборки

и функционирования. Эта потребность весь-

ма специфична, так как 16S-PHK из дрож-

жей не может заменить 16S-PHK из E.coli.

Роль молекул рибосомной РНК остается

областью пристального интереса со сто-

роны исследователей.

2. В опытах по реконструкции каждый

раз из системы исключали один из белков,

чтобы выяснить, может ли интактная

30S-субчастица образоваться из остальных

20 белков и 16S-PHK. Оказалось, что по

крайней мере шесть белков необходимо для

сборки 30S-частицы.

3. Для сборки функционально активной

30S-частицы необходимо большинство вхо-

дящих в нее белков. Итак, 30S-субчастица

представляет собой кооперативную целост-

ную в функциональном отношении структу-

ру.

27.10 Белки синтезируются в направлении

от аминоконца к карбоксильному концу

Одним из первых вопросов, касающихся ме-

ханизма синтеза белка, был вопрос о том,

синтезируются ли белки в направлении от

аминоконца к карбоксильному концу или

наоборот. Четкий ответ на этот вопрос дали

опыты Говарда Динциса (Howard Dintzis)

с импульсной меткой. Ретикулоциты, актив-

Рис. 27.12. Разделение белков рибосом-

ной 50S-субчастицы с по-

мощью двумерного электро-

фореза в полиакриламидном

геле. (Печатается с любезного

разрешения д-ра Charles

Cantor.)

Рис. 27.13. Электрофоретическое разделе-

ние в полиакриламидном геле

белков нативной рибосомной

30S-субчастицы (слева) и рекон-

струированной 30S-субча-

стицы (справа). В реконструи-

рованной субчастице присут-

ствуют все те же белки, что и

в нативной. (Печатается с лю-

безного разрешения д-ра

Masayasu Nomura.)

но синтезирующие гемоглобин, инкубиро-

вали в присутствии

Н-лейцина в течение

коротких промежутков времени, недоста-

точных для синтеза полных цепей. Синтези-

рованный в этих условиях гемоглобин раз-

деляли на α- и β-цепи и обрабатывали

трипсином. Затем определяли удельную ра-

диоактивность полученных пептидов, т.е.

отношение их радиоактивности к общему

содержанию лейцина. В пептидах, располо-

женных в нативном белке вблизи карбок-

сильного конца, было больше радиоактив-

ности, чем в пептидах вблизи аминоконца.

Наблюдалось постепенное возрастание ра-

диоактивности от аминоконца к карбоксиль-

ному концу (рис. 27.14). Сильнее всего был

помечен карбоксильный конец, так как он

синтезировался последним. Следовательно,

направление роста цепей — от аминоконца

к карбоксильному концу.

27.11. Информационная РНК транслируется

в направлении 5'—>3'

Направление считывания мРНК определя-

ли с помощью синтетического полинуклео-

тида

использованного в качестве матрицы в бес-

клеточной системе синтеза белка. ААА ко-

дирует лизин, а ААС-аспарагин. Полипеп-

тидный продукт имел структуру

Поскольку аспарагин был расположен на

карбоксильном конце, кодон ААС был счи-

тан последним. Следовательно, трансляция

идет в направлении 5'—>3'. Напомним, что

мРНК также синтезируется в направлении

5'—>3' (разд. 25.14). Это означает, что мРНК

может транслироваться уже в то время, ког-

да она еще синтезируется. Действительно,

Рис. 27.14. Распределение

Н-лейцина

в α-цепи гемоглобина, синтези-

рованного после инкубации ре-

тикулоцитов в течение корот-

кого времени в присутствии

метки. Более высокая радиоак-

тивность С-конца по сравне-

нию с N-концом указывает, что

С-конец синтезируется послед-

ним.

27. Синтез белка

у E.coli 5'-конец мРНК взаимодействует

с рибосомами вскоре после того, как он син-

тезируется (рис. 27.15). Таким образом,

трансляция тесно сопряжена с транскрип-

цией.

27.12. Одну молекулу мРНК одновременно

транслирует несколько рибосом

Одну молекулу мРНК могут одновременно

транслировать несколько рибосом. Это су-

щественно увеличивает эффективность ис-

пользования мРНК. Группа рибосом, свя-

занных с одной молекулой мРНК, назы-

вается полирибосомой или полисомой. Рибо-

сомы, входящие в состав этой структуры,

работают независимо, и каждая из них син-

тезирует полную полипептидную цепь. При

максимальной плотности рибосом на

мРНК одна рибосома приходится на 80 ну-

клеотидов. Полирибосомы, синтезирующие

гемоглобин (цепь гемоглобина содержит

145 аминокислот, а мРНК - соответственно

500 нуклеотидов), обычно состоят из пяти

рибосом. Рибосомы, расположенные ближе

всего к 5'-концу мРНК, несут самые корот-

кие полипептидные цепи, а те, что ближе

к 3'-концу,- почти полные цепи. После осво-

бождения полипептидного продукта рибо-

сомы диссоциируют на 30S- и 50S-субча-

стицы.

27.13. Синтез белка в бактериях

инициируется формилметиониновой тРНК

Как начинается синтез белка? A priori про-

стейшая возможность состоит в том, что

транслируется вся мРНК, и никакие особые

сигналы начала синтеза не нужны. Однако

эксперименты показали, что трансляция не

начинается непосредственно на 5'-конце

мРНК. На самом деле первый трансли-

руемый кодон почти всегда расположен на

расстоянии не менее чем 25 нуклеотидов от

5'-конца. К тому же многие молекулы

мРНК у прокариот полицистронны, т.е. ко-

дируют две или более полипептидные цепи.

Например, одна молекула мРНК длиной

около 7000 нуклеотидов кодирует пять фер-

ментов пути биосинтеза триптофана у E.coli.

Каждый из этих пяти ферментов имеет

собственные сигналы начала и конца транс-

ляции в мРНК. На деле все изученные моле-

кулы бактериальных мРНК содержат сиг-

налы начала и конца каждой кодируемой

ими полипептидной цепи.

100

Часть IV.

Информация

Рис. 27.15. Транскрипция участка ДНК

E.coli и трансляция новообра-

зующейся мРНК. Транскриби-

руется лишь часть хромосомы.

[Miller О. L, Hamkalo В. А.,

Thomas С. A., Jr., Visualization

of Bacterial Genes in Action,

Science, 169, 392 (1970).]

Ключом к изучению механизма инициа-

ции цепи стало открытие того факта, что

примерно половина N-концевых аминокис-

лот белков E.coli - метионин, хотя в других

положениях полипептидной цепи эта амино-

кислота встречается редко. Кроме того, N-

конец новообразованных белков обычно

модифицирован, из чего следует, что в ини-

циации, очевидно, участвует какое-то про-

изводное метионина. Действительно, синтез

белка у бактерий начинается с формилме-

тионина (fMet). Существует особая тРНК,

которая переносит формилметионин к ри-

босоме для инициации синтеза белка. Эта

инициаторная тРНК (сокращенно обозна-

чается mPHK

) отличается от той тРНК, ко-

торая вводит метионин во внутренние поло-

жения (сокращенно тРНК

). Буква f указы-

вает, что метионин, присоединенный

к инициаторной тРНК, может быть форми-

лирован, тогда как метионин, присоеди-

ненный к тРНК

,- нет.

Метионин присоединяет к этим двум раз-