Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации. Опыты Гриффитса, Эвери, МакЛеода и МакКарти. Трансформация
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
1.Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации. Опыты Гриффитса , Эвери , Мак-Леода и Мак-Карти. Трансформация. ДНК была открыт в 1868 году мишером Опыты гриффитса 1928 изучил пневмакоковую инфекцию у мышей работал с вирулентными капсульными формами пневмококка. Капсульные бактерии были патогенны и вызывали гибель мышей от воспаления легких, безкапусльные былине патогенны, мыши оставались живы. Вирулентность - наличие мукополисахаридной капсулы на поверхности клетки (S-штамм) образуют гладкие колонии. Авирулентность-не имеют защитной капсулы образуют шероховатые колонии (R-штамм) R-штамм=мыши живут S-штамм=мыши гибнут S-штамм, убитый кипичением= мыши живут S-штамм, убитый кипичением + R-штамм = мыши гибнут В 1944 году эвери, мак-леод, маккарти разделили бактерии Sштамма на компоненты-липиды, углеводы, ДНК. Только при добавлении очищенной ДНК к R-штамму наблюдали образование капсулы (признак патогенности) бескапсульными бактериями. Они показали, что обработка экстракта этих бактерии перментодезоксирибонуклеазой лишает этот экстракт к способности к трансформации. Обработка этого же экстракта протеразами и рибонуклеазами способность к трансформации сохраняется. Трансформация. – перенос генетического материала от одного организма другому. Посредством генетической рекомбинации часть трансф. ДНК может обмениваться с частью хромосом донора. Трансформация используется для определения порядка генов, расстояния между ними в молекуле ДНК и в построении генетических карт. 2.Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации. Опыты Херши и Чейз. Херши и Чейз работали с бактериофагами (конкретно с Т2). Пометили ДНК и капсид радиоактивным фосфором. Заразили вирусом кишечную палочку и пришли к выводу, что внутрь клетки попадает ДНК, а капсид остается в питательной среде. Таким образом, было доказано, что ДНК является носителем наследственной информации. Позже было обнаружено, что у некоторых видов вирусов наследственная информация содержится в РНК. Но тем неменее носителем генитческой информация всегда остается нуклеиновые кислоты. 3.Структура нуклеиновых кислот. Нуклеотиды, их разновидности. Н. кислоты- биополимер мономером которого является нуклеотид. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, пентазы и остатка фосфорной кислоты. В состав н.к. входят 5 азотистых основании: 3 к пиримидиновым ( УТЦ),2 к пуринам ( АГ). Иногда встречаются минорные основания, нуклеотиды соедин. Между собой в полинуклеотидную цепь. Состав, которых из перемежающихся сахара и фосфата. 4.Пространственная конфигурация молекулы ДНК. Модель Уотсона и Крика. В и Z формы ДНК Пространственная конфигурация молекулы ДНК была установлена Уотсоном и Криком в 1953 году. Они основывались на рентгеновской структуре данные, которые получили до них Уилкинсон и Франклин, а также на закономерности установленные Чаргаффом. Уилкинсон и Франклин своими исследованием показали, что ДНК –упорядоченая структура, состоящая из повторяющихся элементов расположенных вдоль оси молекулы на расстоянии 0.34 нм друг от друга. Кроме того Чаргафф доказал, что отношение содержания Г=отношению содержания Ц, а А=Т, а также А+Г=Ц+Т. На основе всего этого Уотсон и Крик предположили что 2 полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК соединены водородными связями возникающими между азотистыми основаниями. Причем Г только с Ц=3 водородные связи, а А с Т = 2 водородные связи( правило комплементарности ) Цепи ДНК, закрученные в двойную спираль, ветки которой идут по часовой стрелки - правозакрученная спираль, В-форма ДНК. В результате суперспирилизации в участ. ДНК, которые содержат 30 ГЦ пар встречается левозакрученная спираль- Z-формаДНК (в результате кроссинговера между хромосомами в пахитене мейоза). Главной особенностью является антипараллельное расположение цепей ДНК. В 1ой цепи нуклеотиды от 5’ к 3' а в другой в обратном направлении. 5.Способы репликации ДНК: консервативный, полуконсервативный, дисперсионный. Опыты Мезельсон и Сталь. Для того чтобы объяснить каким образом может самокопироваться стабильная двойная спираль ДНК Уотсон и Крик предположили, что ее цепи способны к раскручиванию с последующим разделением цепей за счет разрыва водородных связей. Образовавшиеся одноцепочные молекулы могут служить матрицей, к которой на основании комплементарности присоединяются соответствующие нуклеотиды. В результате образуется 2 цепи ДНК идентичные родительской -полуконсервативный способ. Консервативный способ - материнская ДНК соединяется с материнской, а дочерняя с дочерней. Дисперсный способ - материнская с дочерней. Экспериментально гипотезу Уотсона и Крика подтвердили опыт Мезельсона и Сталя. Они работали с кишечной палочкой, помещенной в среду с тяжелым азотом (N15). Азот включал пурины и пиримидины и образовавшееся ДНК имела большую плотность, чем ДНК клеток выращенных на легком азоте. Затем выращенные на тяжелом азоте клетки переносили в среду содержащую легкий азот. Новое поколение клеток поместили в хлористый цезии и получили, что 1 поколение осели ниже, чем 2и 3 поколение. Таким образом, подтвердился полуконсервативный способ репликации ДНК. 6.Направление репликации ДНК. Образование репликативной вилки. Точка ori. Сделанный Мезельсоном и Сталем вывод был полностью подтвержден и для других объектов, включая животных и высшие растения. Вместе с тем ,оставалось неясным,в каком направлении происходит репликация ДНК и какие ферменты обеспечивют этот процесс. Ответ на первый вопрос удалось получить Дж. Кэрнсу (1963) в опытах на E. Coli. Он поставил своей задачей сделать процесс репликации ДНк видимым, для чего использовал метод авторадиографии. Этот метод позволяет обнаруживать и локализовывать радиоактивную метку, включающуюся в молекулы ДНК,РНК, либо белка путем их помещения на чувствительную к радиации фотоэмульсию. Днк можно специфично метить если выращивать клетки с тимидином, являющимся дезоксирибонуклеозидом тимина. Тимидин изибрательно включается в ДНк, поэтому выращивание клеток E. Coli в среде с меченым по тритию тимидином позволяет следить за распределением метки по мере ее включения во вновь сентизирующуюся ДНК. Поскольку крупные молекулы ДНК лагко разрываются при механически повреждениях, Кэрнс разработал такую технику при которой клетки разрушались ферментом лизоцимом, а ДНК из лизированных клеток собирали на мембранных фильтрах, помещаемых стекла, покрытые фотоэмульсией, чувствительной к B-частицам, выделяющимся при распаде трития. Радиоавтографы, полученные после проявления таких фотографических стекол, выдерживавшихся предварительно в темноте до образования зерен металлического серебра, показали, что хромосома E. Coli имеет кольцевидную форму и во время своей репликации образует cтруктуры в форме греческой буквы 0. Обнаружение подобных структур, являющихся формами молекул ДНК в процессе их репликации, показывало, что раскручивание двух комплементарных цепей родительской ДНК и их полуконсервативная репликация происходят практически одновременно и начинаются в общей точке начала репликации, обозначаемой как локус ori. Последующий анализ результатов опыта Кэрнса и данные других экспериментаторов, нацеленных на изучение механизма репликации ДНК у различных бактерий, фагов, плазмид, показали, что в большинстве случаев она происходит двунаправлено и начинается, как правило, от одного уникального локуса оri. В этом месте в одной из цепей ДНК разрывается фосфодиэфирная связь, обеспечивающая последующее раскручивание дуплекса и образование особых структур - репликативных вилок, движущихся в противоположных направлениях по кольцевой ДНК. Следует, однако, отметить, что в ДНК эукариот, как правило, обнаруживается не один, а множество локусов оri, что, по-видимому, служит необходимым условием для того, чтобы громадные молекулы ДНК в хромосомах эукариот успели полностью отреплицироваться за время одного клеточного цикла. Эксперименты, проведенные на прокариотах (Е.Coli, Т7, некоторые плазмиды), также выявили в их ДНК (скорость репликации которых составляет около 20 мкм/мин, что в 20-30 раз выше, чем у эукариот) не по одному, а по два или даже более локусов оri. Среди этих локусов наблюдается подчиненность: когда активен главный оri, остальные могут не функционировать, и, напротив, в случае выключения главного оri запасные оri обеспечивают репликацию ДНК. Очевидно, такая зависимость обеспечивает стабильность важнейшей функции ДНК - ее способности к репликации. 7. Инициация репликации. Факторы инициации. Ферменты репликации Процесс репликации начинается в определенных участках, которое получило название точка ori. Репликация осуществляется либо в одном либо в двух направлениях. Сначала формируется репликационный участок( глазок) в котором происходит локальное разделение ДНК. Эти участки богаты А,Т парами. В дальнейшем репликационный глазок увеличивается и образуется репликационная вилка. Она образуется в результате раскручивания цепи ДНК,в результате образуется одноцепочные нити, которые служат матрицей для дочерних молекул. Для того чтобы эти участки оставались одноцепочными и выпремленными в клетке существуют специальные белки SSB, которые специф. Связываются с 1 цепью белка растягивая ее и делая доступными основаниям. Как уже отмечалось, принцип комплементарности, заложенный в структуре двойной спирали ДНК, определяет возможность самокопирования генетического материала. Как и большинство других биологических процессов, репликация ДНК обеспечивается координированной работой ряда ферментов. Важнейшие из них: ДНК-топоизомеразы, обеспечивающие локальное расплетание ДНК, необходимое для инициации ее репликации и образование одиночных цепей, служащих матрицами для вновь синтезируемых дочерних молекул. Расплетенная замкнутая кольцевая молекула под действием фермента ДНК-гиразы образует сверхскрученную форму с большим запасом свободной энергии, расходуемой затем в ходе репликации; ДНК-полимеразы, катализирующие добавление нуклеотидов к З'ОН концу цепи ДНК; ДНК-лигазы, сшивающие сахарофосфатный конец молекулы. Изучение ферментологии репликации ДНК было начато А. Корнбергом (1957), выделившим из Е.Coli ДНК-полимеразу . 8. Элонгация репликации. ДНК - топоизомераза, ДНК - затравка, ДНК - полимераза. Разрыв водородных связей происходит с помощью специальных ферментов геликаза для того чтобы репликация могла происходит быстро и репликационная вилка могла продвигаться вперед, хромосома не должна быстро раскручиваться. Для длинных хромосом это потребовало большего затрата энергии. Для решения этой проблемы в клетке существуют специальные ферменты, способные вводить временный разрыв одной цепи ДНК. Если разрывается одна цепь – топоизомераза 1,если две цепи – топоизомераза 2. Топоизомер 1 способен ввести временный разрыв, снимается супернапряжение. Этот же фермент способен заменить разорванные концы. Толоизомер 2 работает быстрее поскольку способен разорвать 2 цепи. Основной фермент разрыва цепей является ДНК-полимераза. у эукариот 3,у прокариот 5. ДНК –полимераза не способна присоединят нуклеотиды ДНК заново. Для того чтобы ДНК полимераза могла заново присоединять ей требуется спаренный 3 шрихгидроксильный конец (спаренного основания). Для того чтобы получить 3 штрихгидроксильный конец в клетке имеется фермент- проймаза. Проймаза строит небольшой примерно 10 нуклеотидов участок 2ой цепи,который называется затравкой или праймер. Когда в молекуле ДНК появляется затравка ,ДНк полимераза начинает наращивать дочернюю цепь в направлаении 5штих 3штрих. Эта цепь растет непрерывно и называется лидирующей . В связи с антипаралллельной репликации цепи возникает проблема репликаций второй цепи. Должно 3штрих-5штрих! Но ДНК полимераза которая способна присоединить молекулу с 5штрих конца не существует. Предполагают что надо отщеплять фосфат. В 1960 году Оказаки обнаружил что в области репликативной вилки какое – то время образуется и существует небольшие ферменты ДНК. Синтез 2ой цепи осуществляется за счет этих ферментов ( ф оказаки). Синтез осуществляется ДНК полимераза и для ее работы необходима затравка. Эти затравки будут синтезироваться на матрице для ее второй цепи. 9. Элонгация репликации. Лидирующая и отстающая цепи. Фрагменты Оказаки. РНК - затравка. Поскольку две цепи дуплекса ДНК антипараллельны, синтез комплементарных им нитей должен в одном случае идти в направлении 5'-3', а в другом - в направлении 3'-5. Первая нить называется лидирующей, вторая- запаздывающей. Как отмечалось, все известные ДНК-полимеразы нуждаются для своей активности в свободном З'ОН-конце, к которому они присоединяют нуклеотиды. В результате происходит рост цепи ДНК в направлении 5'-3'. Как же в таком случае осуществляется синтез цепи ДНК в направлении 3'-5'? Предполагалось, что для этого необходима какая-то особая ДНК-полимераза. Оказалось, однако, что синтез 3'-5'-цепей носит прерывистый характер. Он осуществляется комплексом ферментов, называемым праймосомой, в состав которого входит обычная ДНК-полимераза, синтезирующая сравнительно короткие (длиной 100-200 нуклеотидов у эукариот и 1000-2000 нуклеотидов у Е.ColiН) фрагменты ДНК в направлении 5'-3. Синтез каждого такого фрагмента инициируется РНК-затравкой длиной около 10 нуклеотидов. После удаления РНК- затравки и завершения синтеза ДНК на освободившихся участках, эти фрагменты, названные по имени открывшего их японского ученого Оказаки, объединяется между собой ДНК-лигазой. Такой, казалось бы, вынужденный способ синтеза ДНК у некоторых организмов осуществляется на обеих цепях, т.е и тогда, когда в принципе в нем нет необходимости. 10.Транскрипция ДНК у прокариот. Кодирующая и антикодирующая цепи ДНК. Воспроизводство генетического материала обеспечивается репликацией ДНК, приводящей к ее самокопированию в виде двух идентичных дочерних молекул. Однако проблема химических основ наследственности включает и вопрос о том, каким образом осуществляется экспрессия генов. Сформулированная Криком так называемая центральная догма молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации осуществляется: 1 от ДНК к ДНК (путем репликации); 2 от ДНК через информационную , или матричную РНК (иРНК) к белку. Несмотря на то, что в последнее десятилетие на примере РНК-содержащих вирусов была доказана возможность переноса генетической информации в направлении от РНК к ДНК с помощью процесса обратной транскрипции, основным путем экспрессии генов является их транскрипция, т.е. синтез одной цепи иРНК по матрице ДНК, И последующая трансляция этой иРНК на рибосомах, т.е. сборка аминокислот в полипептидную цепь на матрице иРНК. У прокариот с их плавающей в цитоплазме хромосомой (нуклеоидом) указанные процессы не разобщены И трансляция генных транскриптов, т.е. молекул иРНК, начинается до полного завершения их синтеза одновременно на многих рибосомах. Сопряженность транскрипции и трансляции у бактерий приводит к тому, что при 37° С за 1 секунду синтезируется «15 кодонов (т.е. триплетов нуклеотидов в иРНК, кодирующих определенную аминокислоту), а за одну минуту- 2500 нуклеотидов. Как правило, лишь одна цепь ДНК, называемая антикодирующей, служит матрицей для синтеза комплементарной молекулы иРНК, осуществляемого ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Противоположная ей цепь, последовательности нуклеотидов в которой совпадает с последовательностями иРНК, называется кодирующей. Существование иРНК было теоретически доказано Уотсоном и Криком при рассмотрении вопроса о том, каким образом заложенная в двуспиральной ДНК генетическая информация реализуется при синтезе белка. Экспериментально же это впервые доказано в работе Э. Волкина и Л. Астрахана (1962), исследовавших процесс синтеза белка в клетках Е.сoli, инфицированных фагом Т2. Они обнаружили, что при фаговой инфекции в бактериальных клетках резко усиливается синтез молекулы РНК, комплементарной по своему составу одной из цепей ДНК фага Т2, но не ДНК Е.соli. 11.РНК - полимеразы. Строение, виды, функции. Катализирующие синтез иРНК-полимеразы обычно представляют собой сложные белки. Так, один из наиболее изученных ферментов этого типа - РНК- полимераза Е. соli - имеет Mr 480 ООО и состоит из 5 полипептидных цепей, из которых 4 (2α,β ,β' образуют стержень, или кор-фермент. Способность РНК- полимеразы распознавать начало данного гена и присоединяться к специфическому для каждого гена сайту инициации транскрипции, или промотору, определяется пятым полипептидом δ (сигма-фактор). У эукариот известно 3 типа РНК-полимераз, ответственных за синтез различных классов РНК. Наиболее активна РНК- полимераза I, обнаруженная в ядрышках. Она транскрибирует лишь гены, кодирующие рРНК (т.е. РНК, входящие в состав рибосом), что составляет 50-70 % от общего синтеза РНК. РНК-полимераза II локализована в нуклеоплазме и синтезирует 20-40 % всей клеточной РНК, в том числе РНК-предшественники иРНК в виде гетерогенной (состоящей из различных молекул) ядерной РНК. РНК- полимераза III также находится в нуклеоплазме и ответственна за синтез большей части мелких ядерных РНК и транспортных РНК. 12.Инициация транскрипции. Промотор, стартовая точка. Инициация начинается с распознования фрагм. Гена промотера ,длина фрагмент. 41-44 нуклеотида,выделяют стартовую точку,нуклеотид лежащий слева (-) и нуклеотид лежащий справа (+). РНК полимераза садится на начало гена в промежутке -50…+20 минимальный участок связывания с РНК-полимеразой у прокариот состоит из 12 пар нуклеотидов. Во всех промоторах присутствуют одни и те же нуклеотидные последовательности, называемые консервативными. Они служат для распознования стартовой точки которая обычно начинается с пурина. Сразу же влево ог нее располагаются 6-9 п.н., известные как последовательность (или ящик) Прибнова: ТАТААТ. Центры ящика Прибнова приходятся на нуклеотиде в положении 3’ вторая последовательность находится в положении -35 и называется районами первичного распознования. Он является сайтом, к которому присоединяется 6-фактор, тем самым определяя эффективность, с которой РНК-полимераза распознает определенный промотор. Есть промоторы, с которых РНК-полимераза не может начать транскрипцию без помощи специальных белков. Одним из них служит фактор САР, или С RР. Замена δ-фактора приводит к тому что ДНК полимер аза начинает распозновать ии транскрибировать другие гены. Каждый δ-фактор распознает собственные последовательности нуклеотидов расположенные в области -10….-35 –это инициация у прокариот. У эукариот содержатся три гомологичных участка в районах с координатами -25, -27, а также в стартовой точке. Стартовым основанием служит аденин, окруженный пиримидином. Влево на 25 нуклеотидов располагаются участки богытые А=Т парами ТАТАТАТ- ящик Хогнеса,он напоминает ящик Прибнова но распалогается на 15 нуклеотидов левее. Еще левее в положении от -70 до -80 находится последовательность ГТЦ (или Т) ЦААТЦТ, называемая также “ящик ЦААТ”. Предполагается, что последовательность ТАТА контролирует выбор стартового нуклеотида, а ЦААТ - первичное связывание РНК- полимеразы с ДНК-матрицей. 13. Элонгация и терминация транскрипции. Элонгация Стадия элонгации иРНК имеет ряд аналогий с элонгацией ДНК. В качестве предшественников для нее необходимы рибонуклеозидтрифосфаты. Этап элонгации транскрипции, т.е. рост цепи иРНК, происходит путем присоединения рибонуклеозидмонофосфатов к 37-концу цепи с одновременным освобождением пирофосфата. Копирование у эукариот обычно осуществляется на ограниченном участке ДНК (т.е. в пределах гена), хотя у прокариот в ряде случаев транскрипция может проходить последовательно через несколько сцепленных генов (цистронов), формирующих единый оперон, и с одного общего промотора. В таком случае образуется полицистронная иРНК. Терминация Транскрипция завершается в специфическом участке ДНК, содержащем терминирующую последовательность. В клетках Е.соli выявлен особый белок (ро- фактор), повышающий точность терминации. Белок присоединяется к З’концу растущей иРНК и продвигается по ней, постепенно приближаясь к ДНК и как бы преследуя РНК-полимеразу. В момент, когда РНК-полимераза останавливается в сайте-терминаторе, фермент захватывается ро-фактором и сбрасывается с ДНК. Терминатор содержит особую последовательность оснований, прочитывающуюся одинаково в обеих цепях ДНК, но в противоположных направлениях. Например: 5’ ЦЦА ТГТ З’ 3' ГТТ АЦЦ 5’ Такие симметричные структуры, называемые палиндромами, встречаются в различных участках ДНК и играют важную регуляторную роль. Палиндромы представляют собой районы двойной симметрии, поскольку ось симметрии проходит у них таким образом, что с каждой ее стороны находится одна и та же последовательность, но с противоположной ориентацией. Такие последовательности называют инвертированными повторами. Повторы в ДНК или РНК на небольшом участке изменяют их вторичную структуру, придавая ей форму креста или шпильки. Они распознаются различными ферментами в качестве регуляторных сигнальных элементов. Так, РНК-полимераза останавливается на ДНК, как только синтезируемая ею иРНК образует структуру шпильки, указывающую на то, что в данном участке ДНК находится палиндром. 14. Гетерогенная ядерная ДНК. Процессинг, сплайсинг. Сравнение структуры ДНК соответствующей ей иРНК у эукариот привело к открытию прерывистого строения генов. Оказалось, что гены эукариот состоят из экзонов - последовательностей нуклеотидов, представленных в иРНК, и интронов - последовательностей, отсутствующих в иРНК. Отсюда было сделано заключение, что процесс экспрессии генов у эукариот включает этап, которого нет у бактерий: ДНК детерминирует синтез копии РНК, соответствующей последовательностям генома, однако это еще только РНК — предшественник, или про - иРНК. Непосредственно для образования белка она не используется. Для того чтобы РНК - предшественник превратилась в транслирующую иРНК, она должна пройти созревание, или процессинг. Сначала из РНК - предшественника должны вырезагься последовательности, соответствующие интронным участкам ДНК. Отграничение интронных последовательностей от экзонных подчиняется «правилу Шамбона»: интрон начинается с пары ГУ, а заканчивается парой АГ. После вырезания интронов, оставшиеся последовательности РНК, соответствующие экзонам в ДНК, объединяются между собой с образованием зрелой иРНК. Этот процесс называют сплайсингом (сшиванием) иРНК. Сплайсинг приводит к тому, что, хотя порядок расположения триплетов в эукариотическом гене соответствует порядку расположения кодируемых ими аминокислот в белке, расстояние между триплетами внутри гена не совпадает с расстояниями между соответствующими аминокислотами в белке. В результате сплайсинга иРНК составляет по длине лишь 1/10 первоначального транскрипта. 15. АРС-азы. Особенности строения, функции. Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент синтетаза, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определенной аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК. Для каждой аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза. АРСазы обеспечивают соответствие нуклеотидным триплетам генетического кода (антикодону тРНК) встраиваемых в белок аминокислот, и, таким образом, обеспечивают правильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосомах. Большинство АРС-аз состоят из 1, 2 или 4 одинаковых полипептидных цепей. Молекулярная масса полипептидных цепей 30-140 тыс. Многие АРС-азы содержат два активных центра. Имеется 3 участка. 1-ый участок не обладает специфичностью, он одинаков для всех ферментов, это место присоединения АТФ. П-ой участок обладает строгой специфичностью, сюда присоединяется определенная АК, по которой и называется АРСаза, например, если она присоединяет метионин, то называется метионил-т-РНК-синтетаза. Ш-й участок также является строго специфичным участком, может соединиться только с опеределенной т-РНК. Таким образом, фермент необходим для узнавания аминокислоты и т-РНК. Специфичность реакций, катализируемых АРС-азами, очень высока, что определяет точность белкового синтеза в живой клетке. Если А. осуществит ошибочное аминоацилирование тРНК близкой по структуре аминокислотой, произойдет коррекция путем катализируемого той же АРС-азы гидролиза ошибочных АК-тРНК до АК и тРНК. В цитоплазме содержится полный набор АРС-аз, в хлоропластах и митохондриях есть свои АРС-азы. 16.Транспортная РНК. Строение, функции. Строение рибосом. Все тРНК имеют общие черты как в их первичной структуре, так и в способе складывания полинуклеотидной цепи во вторичную структуру за счет взаимодействий между основаниями нуклеотидных остатков. Первичная структура тРНК тРНК - относительно небольшие молекулы, длина их цепей варьирует от 74 до 95 нуклеотидных остатков. Все тРНК имеют одинаковый 3'-конец, построенный из двух остатков цитозина и одного - аденозина (CCA-конец). Именно 3'-концевой аденозин связывается с аминокислотным остатком при образовании аминоацил-тРНК. CCA-конец присоединяется ко многим тРНК с помощью специального фермента. Нуклеотидный триплет, комплементарный кодону для аминокислоты (антикодон), находится приблизительно в середине цепи тРНК. В отдельных положениях последовательности практически у всех видов тРНК встречаются одни и те же (консервативные) нуклеотидные остатки. В некоторых положениях могут находиться или только пуриновые, или только пиримидиновые основания (их называют полуконсервативными остатками). Для всех молекул тРНК характерно присутствие большого числа (до 25% всех остатков) разнообразных модифицированных нуклеозидов, часто называемых минорными. Они образуются в различных местах молекул, во многих случаях четко определенных, в результате модификации обычных нуклеозидных остатков с помощью специальных ферментов. Вторичная структура тРНК складывания цепи во вторичную структуру происходит за счет взаимокомплементарности участков цепи. Три фрагмента цепи оказываются комплементарными при складывании их на себя, образуя шпилькообразные структуры. Кроме того, 5'-конец комплементарен участку, близкому к 3'-концу цепи, при их антипараллельном расположении; они формируют так называемый акцепторный стебель. В результате образуется структура, характеризующаяся наличием четырех стеблей и трех петель, которая получила название "клеверного листа". Стебель с петлей формируют ветвь. Внизу расположена антикодоновая ветвь, содержащая антикодоновый триплет в составе своей петли. Слева и справа от нее расположены D- и T-ветви, соответственно названные так из-за присутствия в их петлях необычных консервативных нуклеозидов дигидроуридина (D) и тимидина (T). Нуклеотидные последовательности всех изученных тРНК могут быть сложены в аналогичные структуры. В дополнение к трем петлям клеверного листа в структуре тРНК выделяют также дополнительную, или вариабельную, петлю (V-петлю). Ее размеры резко различаются у разных тРНК, варьируя, от 4 до 21 нуклеотида, а по последним данным, и до 24 нуклеотидов. Пространственная (третичная) структура тРНК За счет взаимодействия элементов вторичной структуры формируется третичная структура, которая получила название L-формы из-за сходства с латинской буквой L (рис. 2 и 3). За счет стэкинга оснований акцепторный стебель и T-стебель клеверного листа образуют одну непрерывную двойную спираль , а два других стебля - антикодоновый и D - другую непрерывную двойную спираль. При этом D- и T-петли оказываются сближенными и скрепляются между собой путем образования дополнительных, часто необычных пар оснований. В образовании этих пар, как правило, принимают участие консервативные или полуконсервативные остатки. Аналогичные третичные взаимодействия скрепляют и некоторые другие участки L-структуры Основное назначение транспортной РНК (тРНК) - доставлять активированные остатки аминокислот в рибосому и обеспечивать их включение в синтезирующуюся белковую цепь в соответствии с программой, записанной генетическим кодом в матричной, или информационной, РНК (мРНК). |