Наше деловое партнерство www.banwar.org

Дана стаття є другою в серії Автопублікація, яку необхідно читати після ознайомлення з першої статті Властивості генетичного коду - слід його виникнення . Вкрай бажаним для людей, погано знайомим з основами молекулярної біології, знайомство зі статтею О.О. Фаворова "". Важливо розуміти, для того, щоб зрозуміти ЯК виник генетичний код, необхідно зрозуміти, ЯК він функціонує в сучасних організмах. А для цього необхідно вникнути в молекулярні механізми кодованого синтезу білка. Для розуміння даної статті важливо розуміти, як влаштована молекула РНК, чим вона відрізняється від молекули ДНК.

Розібратися в темі про походження життя взагалі, і виникненні генетичного коду, зокрема, просто неможливо без розуміння основних молекулярних механізмів в живих організмах, в першу чергу двох аспектів - відтворення спадкових молекул (нуклеїнових кислот) і синтезу білка. Тому дана стаття присвячена в першу чергу викладу того мінімуму знання, за допомогою якого можна зрозуміти багатий і досить цікавий матеріал, пов'язаний з походженням генетичного коду (ГК).

Знайомство з молекулярними механізмами синтезу білка найкраще починати з вивчення структури одного з ключових компонентів і однією з найдавніших структур в живих організмах - молекули транспортної РНК (або тРНК). Молекула тРНК має надзвичайно консервативну структуру, яка подібна у всіх живих організмах. Ця структура змінюється в ході еволюції настільки повільно, що дозволяє нам витягти чимало інформації про те, як могли виглядати найдавніші білок-які синтезують системи в період їх початкового формування. Тому кажуть, що молекула тРНК є молекулярним реліктом.

Молекулярний релікт, або молекулярне викопне - це абстракція, що позначає стародавні механізми та молекулярні і надмолекулярних структури, що зустрічаються в сучасних організмах, що дозволяє нам отримувати інформацію про пристрій найдавніших живих систем. До молекулярним реліктів належать молекули рибосомной і транспортних РНК, аміноацил тРНК -сінтетаз, ДНК і РНК-полімерази і сам генетичний код, як спосіб кодування, а також ряд інших молекулярних структур і механізмів. Їх аналіз і є ключовим джерелом інформації про те, як могла виникнути життя, і генетичний код, зокрема. Розглянемо докладніше структуру тРНК і ті її ділянки, які змінюються в ході еволюції настільки повільно, що ще містять чимало інформації щодо древніх тРНК, що існували понад 3,5 млрд. Років тому.

Молекула тРНК відносно невелика, її довжина варіює від 74 до 95 нукелотідних залишків, найбільш часто - 76 нуклеотидів (див. Рис. 1). У послідовності тРНК виділяють так звані консервативні нуклеотидні залишки - це нуклеотидні залишки розташовані в строго певних послідовностях майже у всіх молекул тРНК. Крім того виділяються напівконсервативним нуклеотидні залишки - це залишки, представлені тільки пуриновими або піримідиновими основаніямів строго певних послідовностях тРНК. Крім того, різні ділянки тРНК змінюються з істотно різною швидкістю.

До 25% всіх нуклеотидних залишків представлені модифікованими нуклеозидами, часто званих. Мінорних залишків описано вже більше 60. Вони утворюються у результаті модифікації звичайних нуклеозидних залишків за допомогою спеціальних ферментів.

Серед модифікованих залишків часто зустрічаються псевдоуридин (5-рібофуранозілураціл, Ψ), 5,6- дігідроурідін (D), 4-тіоуріділ і инозин. Структура деяких модифікований підстав і частково їх роль викладені в статті Молекулярні механізми забезпечення вирожденність коду

Поряд з первинною структурою (це просто послідовність нуклеотидів), молекула тРНК має вторинної та третинної структурою.

Вторинна структура обумовлена ​​утворенням водневих зв'язків між нуклеотидами. Ще в школі вчать про водневі зв'язку при комплементарних справному між нуклеотидами (AU і GC такий вид спарювання нуклеотидів називають канонічним), але в молекулах тРНК також утворюється чимала кількість неканонічних зв'язків, зокрема, між G і U, які буде дещо слабше і енергетично менш вигідна).

Мал. 1. Узагальнена вторинна структура тРНК (зліва) і загальноприйнята нумерація нуклеотидів в тРНК (праворуч). Так вона виглядає майже у всіх живих організмів. На правому малюнку консервативні нуклеотиди виділені жирними кружечками.

Позначення: N - будь-який нуклеотид, Т - тимін, D - дігідроурідін, Ψ - псевдоуридин, R - пуриновий нуклеотид.

В результаті утворюється так звана структура конюшини. У структурі конюшини виділяють: акцепторні стебло і три гілки, або домену (arms): антікокодоновую (складається з антикодоновая двуцепочечной стебла (stem) і антикодоновой петлі (loop), дігідроурідіновую, або D -ветвь, або D -домен, (також з дігідроурідіновой петлі і стебла) і TΨC -ветві, або просто Т-гілки, або Т-домену, (Т-петлі і Т-стебла). на додаток до трьох петель конюшини виділяється також так звана додаткова, або вариабельная, петля. Довжина вариабельной петлі варіює від 4 до 24 нуклеотидів.

Чому вторинна структура тРНК має Фому конюшини? Відповідь на це питання дав М.Ейген [Ейген М, Вінклер Р. 1979]. Справа в тому, що при довжині РНКовие ланцюга 80 нуклеотидів з випадковою послідовністю вторинна структура з 3-4 пелюстками є найбільш вірогідною. Хоча шпилька, що має тільки одну петлю має максимальне число спареннихоснованій, ця стуктура в випадкових послідовностей є малоймовірною. Саме тому розумно вважати, що тРНК-подібні структури (тобто структури з 3-4 петлями) були найбільш поширеними молекулами на стадії РНКовие і РНК-білкового життя. Додаткові аргументи на користь цього твердження будуть приведені в наступних статтях.

Третинна стуктура тРНК.

Третинна структура тРНК відпо реальної просторової структурі. Вона отримала назву L-форми, через схожість третинної структури з формою латинської великої літери «L». Третинна структура утворюється завдяки взаємодії елементів вторинної структури. Веё формуванні беруть участь підстав. За рахунок стекінг підстав акцепторні і Т-стебло конюшини утворюють одну безперервну подвійну спіраль, яка формує одну з «паличок» L-форми. Антикодоновая і D -стеблі утворюють іншу «паличку» цієї букви, D - і T -петлі виявляються в такій структурі, що зближують і скріплюються між собою шляхом утворення додаткових, часто незвичайних пар основ, які, як правило, утворені консервативними або напівконсервативним залишками. У світлі такої участі консервативних і напівконсервативним підстав в освіті L-форми стає зрозумілим їх присутність в T - і D -петлі. Формування L-образної структури і її взаємодія з АРСаз ой схематично наведено на рис. 2.

Мал. 2. Схема утворення просторової L-образної стуктури тРНК і взаємодії її з АРСаз ой.

Стрілкою позначено місце приєднання амінокислоти при аміноацилювання тРНК синтетазой. Червоним кольором виділено акцепторні домен тРНК, синім - антикодоновая домен. Овалами позначені домени АРСаз и: зелений - каталітичний домен, що містить домен зв'язування і аміноацилювання акцепторной області тРНК, жовтим і помаранчевим - варіабельнийдомен АРСаз и. Залежно від розміру цього домену, АРСаз а розпізнає варіабельності доменом антикодоновая область (домен позначений жовтим кольором), або НЕ розпізнає (домен позначений помаранчевим кольором).

Підстави антикодону звернені всередину L-образної молекули.

Транспортні РНК у всіх живих організмах послідовно виконують три фукнции, необхідні для здійснення синтезу білка:

1) акцепторну - за допомогою білкових ферментів (аміноацил тРНК -сінтатаз) ковалентно приєднує до аміноацільному залишку строго певну амінокислоту (для кожної амінокислоти - строго своя одна або іноді кілька різних тРНК);
2) транспортну - транспортує амінокислоту до специфічного місця на рибосомі;
3) Адапторная - в комплексі з рибосомою здатний специфічно дізнаватися триплет генетичного коду на матричної РНК, після чого приєднана до тРНК амінокислота включається в зростаючу поліпептидний ланцюг на рибосомі.

Статті, пов'язані з темою:

Молекулярні механізми забезпечення вирожденність коду