Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии
.pdfбегущие» последовательности нуклеотидных звеньев (от греч. nаЛUIl-0бра
тно, дроме-бегу). Палиндромные структуры характерны для тех участков
молекулы ДИК, где раmоложены зоны «узнавания» структур ДИК ферментами
ирегуляторными белками. Так, благодаря наличию палиндромов, спирализу IOтся сами на себя, образуя шпильки, цепи ДИК кишечной палочки в зоне лактозного оперона-структуры, где сосредоточена информация о биосинтезе Р-галактозидазы, обеспечивающей распад лактозы при наличии ее в культу
ральной среде (рис. 71). Высказывают предположение, что палиндромы явля
ются источником четверных спиралей ДИК, которые могут служить для формирования элементов третичной структуры ДИк.
Третичная структура ДИК. Молекулы, ДИК существуют в виде линейных
икольцевых форм (рис. 72). В линейной форме находится, видимо, большин
ство природных ДИК, но ДИК ряда вирусов и фагов, а также ДИК хлороплас
тов, митохондрий, центриолей и бактериальных плазмид обладают кольцевой
структурой. Третичная структура и линейных и кольцевых форм ДИК характе
ризуется cnирализацией и суперспирализациеЙ. Между кольцевыми и линейными
формами ДИК, равно как и между ее обычным и суперспирализованным
состоянием, предполагается существование динамических переходов. В ДИК ряда вирусов (например, вируса полиомы) и митохондриальной ДИК такие превращения детально изучены (рис. 72).
Сложнее 06ст-оит дело с ДИК из хромосом эукариот. Применяемые мето
ды выделения сопровождаются в большей или меньшей мере ее деградацией и,
самое главное, отделением от дезоксирибонуклеопротеина, в виде которого
она существует в ядерном аппарате клеток, его белковой части, абсолютно
необходимой для поддержания третичной структуры ДИк. Поэтому пробле ма третичной структуры ядерной ДИК может быть решена только путем
изучеНIIЯ структуры хроматина ядра и хромосом.
. ДИК в хроматине и хромосомах также находится в суперспирализованном состоянии, причем здесь реализуется несколько уровней суперспирализации.
Первый уровень сверхскрученного состояния ДИК в хроматине поддерживает ся гистонами, оккупирующими отрезки ДИК протяженностью около 200 н. п.
И образующими элементарную единицу структуры хроматина- нуклеосому
а
••
Рис. 72. Третичная структура молекулы ДНК:
а-линейная; б-кольцевая: в""":"сверхскрученная К'ольцеваR: г-структура ком..
IIdКТIЮГО клубка
210
Рис. 73. Строение нуклеосомы
Основу нуклеосомы составляет бe.лJ[ОВое II.lIро (бел· ковый кор), вокруг которого навита биспиралъная
ДНК (1,8 левых сверхвитка, 146±2 и. П., шаг-
2,75 нм); тетрамер гистонов (НЗ),·(Н4). определяет
укл8дltу центрального |
ВИТJ<а cynерспирали ДНК |
в желобе белкового |
кора, а два гетеродпмера |
(Н2а . Н2в) участвуют в упаковке остальной части
суперспирали ДНК по -0,5 витка каждый; ЭТИ ги СТОПЫ называют КОРОВЫМИ гистонами; ГИСТQВ Н)
стабилизирует области входа и выхода ДНК в нук леосому, взаимодействуя с линкерной ДНК (от JO
до 80 и. п.), соединяющей нукдеосомы другс,qpyroМ
(рис. 73). Цепочка нуклеосом образует, в свою очередь, спираль второго
и последующих порядков, вплоть до конденсации в хромосому (рис. 74, А). При этом (рис. 74, Б) на один оборот спирали в нуклеосоме приходится уже 80 н. п. (уплотнение ДНК в 6-7 раз), в солениде (6 нуклеосом на виток)-
1200 н. п. (уплотнение в 40 раз), в каждой петле хроматина-60000 н. п.
(уплотнение в 680 раз) и в xpomocome-l,I·106 н. п. (уплоmение в 1,2 ·104).
Существенно, что переход ДНК в суперспиральное состояние и обратно
осуществляется при посредстве особой группы ферментов-топоизомераз,
т. е. ферментов, изменяющих пространственную структуру.
СВОЙС1Ва дик. ДНК-вещества белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимые в воде в свободном состоянии, но хорошо растворимые в виде солей щелочных металлов. Они также хорошо растворяются в крепких
солевых растворах.
Так как молекулы ДНК резко асимметричны, их растворы обладают высокой вязкостью и двойным лучепреломлением. Имея большой отрицатель ный заряд, молекулы ДНК подвижны в электрическом поле. Все ДНК оптиче
ски активны.
При нагревании растворов ДНК в интервале температур от 80 до 900 С
происходит «плавление» нуклеиновых кислот, сопровождающееся изменением
вязкости раствора и возрастанием поглощения в ультрафиолетовой части спектра (при 260 им). Последнее получило наименование l'ВПерхромвого эффекта.
В химическом отношении ДНК довольно инертвы' благодаря чему их
долгое время считали индифферентными структурными элементами клеточ
ного содержимого. Однако постепенно накопились данные о ряде химических
реакций, свойственных нуклеиновым кислотам: они прочно связывают много
валентные ионы металлов, причем Cu2+ и Ме4 + дают с ДНК нерастворимые
комплексы. В первую очередь поливалентные катионы вступают в реакцию с N и О гуанина. Возможно, ионы металлов принимают участие в поддержа нии третичной структуры нуклеиновых кислот.
Нуклеиновые кислоты легко вступают во взаимодействие сполиаминами,
например со спермидином [H2N--- |
{СН2}з-NН---{СН2)4-NН2] и спермином |
[H2N--(CH2 )з-NН--(СН2)4-NH-- |
=-( СН2)э-NН2], которые участвуют в под |
держании третичной структуры нуклеиновых кислот. Одной из важных реак
ций ДНК является алкилирование аминогрупп А, Ц и г. Не меньшее значение
имеет дезаминирование перечисленных азотистых оснований: в первую оче
редь дезаминируются Г и Ц. И алкилирование, и дезаминирование ДНК лежат
в основе работ по химическому мутагенезу, т. е. по изменению наследст
венности при помощи химических средств.
211
Метафаэная
хромосома
,--_..J",,-___
Сопеиоцв (30 нм
• JlИаметре)
Хромативовая нить (10 нм в диаметре)
lИстоны
'-v---'
АХроматиды
(700 нм В
диаметре)
2 нм |
|
11 нм |
|
30 нм |
300 им |
|
|
SOO нм |
||||||
|
|
|
|
|
|
••• |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
--- |
|
|
|
|
, 8, |
|
|
|
|
|
. / |
|
||
|
|
|
|
... |
|
|
~ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
." |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
••• |
|
|
|
|
---,.~---~ |
|||
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
-.., |
|
|
~ |
|
- |
||||
|
|
|
|
|
|
••• |
|
|
,. ..:. ......~ |
|||||
|
- |
|
|
|
.., |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
с...о, |
|
|
|
|
... ... |
|
|||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,- |
||||
|
|
|
• |
"1 |
|
• |
|
|
• |
|
||||
|
|
|
|
со•••. |
-~~ |
, |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
••• |
|
"~~ |
. |
|
~,.... |
_ - .-8' |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
~~. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
•••.., ; |
|
|
|
,--- ~'-... |
||||
- |
|
|
|
|
.....' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
••• |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
••••• |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
||
Биспираль |
Н)'ЮIео Суперспираль ДИффузный |
Кластеризованный |
||||||||||||
ДИК |
сомный Н)'ЮI~м |
хроматин |
|
хроматин |
|
|||||||||
|
|
ТЯЖ |
(соленоид) |
|
|
|
700 нм / |
|||||||
|
|
|
|
|
1400 нм |
1400 им |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
( |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г __-< |
:,. .. - |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
r |
|
|
;'"0· |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
--Х |
|
|
-"" ..-. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
с |
|
Конденсированный |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с с |
|
хроматин |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
.Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
С С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хромосома |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 74. Уровни суперсnирализации дик в хроматине:
А - дииамиха суперспирализаuии днк-белкового комплекса: Б-степень уплотнении ДНК в проuессе суперспирализШUlИ (СМ. текст на с. 211).
212
Структура и фУНКЦИИ транспортных РНК. Транспортные РНК были впервые
выделены из так называемой «растворимой» части клетки, т. е. из надосадоч
ной жидкости клеточного гомогената. Главной функцией этого вида рибонук
леиновых кислот оказалась способность акцептировать аминокислоты и пере
носить их в белоксинтезирующий аппарат клетки-рибосому. В связи с этим
их называют транспортными рибонуклеиновыми кислотами (тРИК).
Фракция растворимых РНК, составляющая 1% от сухого вещества клетки
или 10% от суммарной клеточной РНК, очень сложна по составу. Она
включает ·несколько десятков индивидуальных тРИК, каждая из которых
получена в гомогенном состоянии.
Так как каждая из индивидуальных тРИК способна переносить единствен
ную аминокислоту в процессе белкового синтеза, конкретные тРНК называют
по имени той протеиногенной аминокислоты, которую она акцептирует (на
пример, глициновая тРНК, аланиновая тРНК, лизиновая тРНК и т. д., ~ли
сокращенно трнкrли, тРИкала, трнклиз И т. п.). Если одна и та же аминокис
лота акцептируется несколькимИ индивидуальными тРНК, то последние назы
вают изоакцепторными и нумеруют (например, тРНКi8Л, тРНКi8Л И т. п.). Так,
обнаружено 4 изоакцепторных трнклей, 3 трнкпро, по 2 у трнксер, трнк..ет,
трнкала, трнклиз, трнктир, тРНКГЛИ И трнктре.
Химический состав тРНК оказался своеобразным лишь в одном отноше
нии: по сравнению с другими видами РНК они богаты минорнымн нуклеотид иыми остатками. Именно в составе тРИК найдены минорные азотистые ос
нования, перечисленные в табл. 15. Более того, тРНК содержат нуклеозиды
и нуклеотиды своеобразного строения, как, например, псевдоуридин и неогу
аниловая кислота:
Псевдоуридин |
Неогуаниловаll кислота |
Список минорных компонентов тРНК непрерывно расширяется и в насто ящее время насчитывает около 50. Минорные нуклеотидные остатки составля
ют примерно 10% всех нуклеотидных звеньев тРНК, причем значительная часть их (4-5%) представлена псевдоуридиловой кислотой. Предполагают,
что минорные нуклеотидные остатки защищают тРНК от атаки рибонукле азами, что имеет существенное значение. так как тРНК функционируют в рас творимой части клетки. Кроме того, есть мнение, что некоторые из них
принимают участие. в кодировании аминокислот и важны для «узнавания»
ферментом (аминоацил-тРНК-синтетазой) той тРНК, которая взаимодейству
ет с определенной аминокислотой в процессе активирования последней. Что
касается соотношения обычных азотистых оснований в составе тРНК, то оно
характеризуется отчетливо выраженным преобладанием суммы Г и Ц над
таковой А и У. Таким образом, тРНК относится к ГЦ-тнпу РНК
Как отмечено выше, молекулярные массы тРНК лежат в пределах 1700035000. В большинстве случаев они сосредоточены в более узком диапазоне, от
22000 до 27000, т. е. тРНК содержит от 70 до 80 н. о.
Благодаря тому, что в процессе работы по исследованию первичной струк
туры тРНК Р. Холли с сотр. удачно применили рибонуклеазу, отличающуюся
213
спеuифичностью к гуаниловым нуклеотидным остаткам, к деструкции дрож
жевой трикала (при 00 С, рИ 7, в присутствии Mg2+), им удалось получить
несколько крупных блоков, содержавших от 1О до 39 н. О., и далее расшифро вать первичную структуру каждого из них. В результате была впервые (1965)
установлена полная первичная структура аланиновой трик из пекарских
дрожжей (рис. 75). За последующие 5 лет была расшифрована первичная
структура 16 трик, за следующие пять-47, еще за пять-1l5 трик и ряда
предшественников трик, причем первичные структуры трик~ал и трик~~.п из
дрожжей выяснены в нашей стране академиком А. А. Баевым с сотр. в 1967
и 1971 п. соответственно. Эти данные охватывают трик, выделенные в ос
новном из бактерий и дрожжей, но в ряде случаев касаются трик, полученных
из высших организмов (млекопитающих, растений, насекомых и др.). Всего на
апрель 1993 г. выяснена последовательность нуклеотидных остатков в 2011
трик, изолированных из представителей животного и растительного царства,
а также из микроорганизмов.
Массовые данные, полученные в результате исследования первичной струк туры трик, позволили выявить ее некоторые общие закономерности. В 75% случаев молекулы трик открьmаются остатком гуанозин-3', 5'-дифосфата и во всех случаях завершаются ЦЦА-триплетом, причем остаток концевого адено зина служит для связывания (акцептирования) аминокислоты:
Ц-Ц-вцепь
I |
|
,}J |
|
о Р-О-СН2 |
А |
Ьн |
Н |
|
H2N-CH-CO - о
I
R
Аминоацил-тРНК
в первичной структуре изученных трик представлены гомологичные бло
ки, крайне близкие по чередованию нуклеотидных остатков. Особенно ярко это выявляется в дигидроуридиловоii и псевдоуридиловой петлях (рис. 75). Так, в псевдоуридиловой петле у всех без исключения исследованных трик присут
ствует тетрануклеотидный фрагмент-ГТЧ'Ц-; дигидроуридиловая петля является сосредоточием остатков не только диmдроуридиловой кислоты, но и АГ-последовательностей, а также минорных оснований.
Закономерно распределены в первичной структуре трик также минорные
нуклеотидные остатки. Это объясняют тем, что только некоторые позиции
в молекулах триК доступны действию метилирующих ферментов, с помощью
которых осуществляется модифицирование обычных оснований в метилиро ванные производные на уровне уже полностью сформированной молекулы.
Вторичная структура трик ясна из рассмотрения рис. 75. Ее характерной
особенностыо является спирализация полинуклеотидной цепочки самой на
себя в строго фиксированных комплементарных зонах.
Таких зон насчитывают 4 или 5 в зависимости от нали'чия или отсутствия
добавочной петли, которая всегда располагается, если она есть, между анти
кодоновым отростком и псевдоуридиловой петлей. В результате ограниченной
биспирализации возникает однотипная для всех трик вторичная структура
в виде клеверного листа (см. рис. 75).
214
|
|
|
З' |
|
|
|
|
|
|
|
|
З' |
|
|
|
|
|
|
|
|
А(ОН) |
|
|
|
|
|
|
Ь |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
IУ |
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
S' |
А |
|
|
|
|
|
|
|
ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
(р) r ••. Ц |
|
|
|
|
|
|
IУ |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г···ц |
|
|
|
|
|
|
|
lIур |
|
|
|
|
|||
|
|
r |
у |
|
|
|
|
|
|
5' |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
ц ••• r |
|
|
|
|
|
|
• |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г···ц |
|
|
|
|
|
|
• |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
• |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
у |
у |
|
|
, |
|
|
|
• |
• |
....ц |
|
|
|||
Г А У Г |
м'Г |
|
: : : :: |
111 Г |
|
|
Пир •• |
|
\ |
||||||||
|
|
о... |
\ .. |
|
|||||||||||||
|
|
r···u |
Arruu |
у у |
|
"'ПУР'А |
0/ |
|
|
|
пир-о, |
||||||
|
|
у |
|
А |
Пир |
, |
I |
•• |
|
|
|
/ |
|
А |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1211) У |
|
~r~r |
|
уццН |
Ц |
~ир I |
о |
•••, |
|
|
•••• г |
1/1 |
Пур |
||||
1 |
А |
ц |
т ч' |
t, |
|
А' |
|
|
,,1 |
||||||||
|
|
У •• |
У(2Н) |
|
|
|
|
|
",.., |
|
Пир |
|
т |
_Ц |
|||
ц |
|
гМи |
|
|
|
|
Г_о'" |
|
ПУР- |
|
|
|
'" |
|
...... Ч'~ |
||
г |
А |
|
|
г |
|
|
|
|
|
• |
."-0 у о, |
|
|
||||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
...., |
I |
|
|
|
|
ГУ |
|
|
|
|
|
|
• -'о |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2Н) |
ц···г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пир |
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
Ц···Г |
|
|
|
|
|
п!р " |
|
п'w |
|
|
|
||||
|
|
Ц"'Г |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
Ц"'Г |
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
||||
|
|
у 11 |
ч' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИГЦ |
|
|
|
|
|
|
АНТИЖОДОН |
|
|
|
|
||||
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• - основаНИII. СВllзанные водородными СВIIЗIIМИ |
|
0- неcnареиныс осиоваНИII |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Пур-пуриновое основание |
Пир -пиримидиновос осиоваиие |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 75. Структура тРНК:
А-первичнаи в вторичная структуры аланиновой тРНК; Б-обобщенная структура тРНК в виде клеверного листа;
Ч'-остатоJC псевдоуридиловой JCислоты; м1 Г-остаток N1-метилгуаниловой КИСЛОТЫ; Mfr -остаток N 1- диметилгуаниловой кислоты; м1И-остато:к N1-метилинозиновой кислоты; И-остаток яяозиновой IRСЛОТЫ,
У (2Н)-остаток дигидроуридиловой кислоты; l-дигидроуридиловая петля; II-антикодоновая петля; 1l1-поев' доуридиловая петля; lY-акцептирующий конец; У-добавочная петля; .-основания. связанные водородными
связями; О-веспаренпые ОСНОВaJIIIJI; Пур-пурввовое основание; Пир-пиримидниовое основание
в период наивысшего расцвета модели тРНК типа клеверного листа каж
дой ее отграниченной части приписывали строго определенНОе функциональ ное значение. Особенно большую роль в выяснении функций тех или иных
полинуклеотидных последовательностей в молекуле тРНК сыграл метод раз
резанных молекул, предложенный в лаборатории акад. А. А. Баева и образно названный акад. В. А. Энгельгардтом методом хирургии молекул. Сущность его сводится к расщеплению в молекуле тРНК ферментаrnвным или химиче
ским путем оrраниченного числа межнуклео1ИДНЫХ связей, разделении полу
ченных фрагментов и реассоциации из них молекул тРНК, дефицитных по одному из фрагментов. Реассоциация молекул тРНК из того или иного набора ее фрагментов идет при участии сил слабых взаимодействий и осуществляется по принципу самосборки. Испытание биологической акrnвности таких моле
кул показало, что представления об однозначной роли дигидроуридиловой,
псевдоуридиловой и других петель и частей молекулы тРНК не вполне спра
ведливы. Например, за связывание аминоацил-тРНК-синтетазы отвечает не
только дигидроуридиловая петля, но и другие участки молекулы тРНК.
Решение проблемы функциональной активности как фрагментов. так и це
лой молекулы тРНК, безусловно, связано с прогрессом в изучении ее третич
ной структуры. На основании расшифровки рентгенограмм, вьmолненных при
разрешении от 0,6 до 0,25 нм, построены модели молекул ряда тРНК, в част
ности трНКфеи дрожжей, кишечной палочки и термофильных бактерий,
трнкасп, трнктри, формилметиониновой тРНК кишечной палочки и многих
других трнк. Наиболее детально отработана А. Ричем третичная структура
дрожжевой трНКфен (рис. 76).
215
N-
0'1
rrtpll
лtnМlI
А
32
,4нmш(оDоноdОJl
Лf:mАД
Рис. 76. Третичная структура дрожжевой фенилаланиновой тРНК:
А-Схематичeclое изображение. Арабскими цифрами указаны номера нуклео'!1lДllЬ!X остатков. Молекула имеет Г·образную ФОРМУ. причем антподоваl петц
R lW\еnтирующнй [онец находятся, каж и в ПJIосжостной модели типа жлеверного листа, на противоположIIыx концах молеку!Iы. ДlП1lдроуриднлоВ8JI и псеВДОУРИДНЛО&all петли вследствие их взанмодеiiствИJI друг с другом и обраэовaниJI вoдopoдIIыJI связей между комплементарными азотистыми освовaниntИ
сближены и наХОДЯТС!l на сравнительно небольшом расстоSlНИИ от продольной оси молеКУЛЫ. Биспиральные структуры остаются прекрасно выраженными в антикодоновой и акпептирующих части молеку!Iы. В ФУIIIЦIIОlШЛЬные взанмодействИJI тРНК с ферментом, рибосомой и субстратами вовлекаютс. нуклеотидllыe остатки, расположенные в раэJпIчных частях иуrлеотидноii цепи, но сближенные в процессе формированИJI пространственной структуры молекулы.
В какой,то мере это напоминает механизм возникновения arrивных центров в молекулах белков. Б-простракствеННaJI модель
Рис. 77. Предполагаемая вторичная структура 16S рРНК кишечной палочки, выведенная на
основании максимального спаривания комплементарных оснований:
/-H·-дoMeвы. СУЩСI:ТDeниые Д.1UI понимания .акономервО(:ТeiI l:Тавовлеввя ее третичвоil l:Тpyxтypы (их rpаницы уха""""
cnлоwвыми и пувктирвыми .nиниями)
217
Для тРНК характерны неканонические ФУНКЦИИ, которым в последнее время
уделяют все большее внимание: сигнальная в геноме вирусов; нематричного
(внерибосомального) переноса аминокислотных остатков на растущие при
биосинтезе пептидогликанов клеточной стенки бактерий или существующие полипептиды при участии аминоацил-тРНК-протеинтрансфераз; затравочная для обеспечения действия обратной транскриптазы (см. ниже) и др.
Структура и Функции рибосомальных рнк. На долю рибосомальных РНК
(рРНК) приходится основная масса клеточной РНК (80-85% от тотальной РНК клетки). У всех организмов найдено три вида рРНК, различающихся по
молекулярным массам и локализации в рибосомах (см. гл. VII), обязательной
составной частью которых они являются. Две рРНК высокомолекулярны,
а третья сравнительно низкополимерна. Кроме того, в рибосомах эукариот
присутствует еще одна низкомолекулярная ррнк. |
. |
Взависимости от класса рибосом (70S или 80S) константы седиментации
имолекулярные массы двух (большой и малой) высокополимерных рРНК
несколько различаются. Малая молекула высокополимерной рРНК (констан
та седиментации 16,O-18,OS, М=О,55 '106-0,79 '106) локализована в 304OS, а большая (константа седиментации 23-29S, М= 1,07 '106 -1,6 ·106)-в
50-60S субчастицах рибосом.
Во всех без исключеl;lИЯ рибосомах присутствует низкополимерная 5S рРНК с молекулярной массой 40 тыс. Да. Она локализована в 50-60S субча стицах рибосом. Низкополимерная рРНК с константой седиментации 5,8S (М", 50 000) характерна только для эукариотических рибосом.
Нуклеотидный состав высокополимерных рРНК варьирует в довольно
широких пределах и по мере усложнения организма все более смещается
в сторону преобладания Щ-пар. РНК, выделенные из рибосом митохондрий,
отличаются резким преобладанием АУ-пар, что является одним из аргумен
тов в пользу выделения митохондриальных РНК в особую группу. Высокомо лекулярные рРНК содержат в 2-5 раз меньше минорных оснований, чем тРНК, и список их гораздо короче.
Нуклеотидный состав 5S рРНК своеобразен-в нем совершенно не пред
ставлены метилированные основания и лишь в некоторых случаях (например,
у дрожжевых грибков) обнаружена псевдоуридиловая кислота (около
1,3 мол. %). Соотношение главных нуклеотидов у 5S рРНК характеризуется
отчетливым ГЦ-типом.
В последние годы наметились большие успехи в познании первичной
и вторичной структур ррнк. Прежде всего это касается 5S ррнк. Их первич
ная структура выяснена уже более чем в 500 случаях. Во всех исследованных до сих пор 5S рРНК, за единичными исключениями, найдено ровно 120 н. о., чередование которых в определенной, но небольшой мере варьирует у 5S
рРНКиз разных источников, что используется в химической таксономии. Ниже представлена первичная структура 5S р'РНК кишечной п~лочки:
10 |
20 |
30 |
40 |
so |
(р)УГЦЦУГГЦГГЦЦГУАГЦГЦГГУГГУЦЦЦАЦЦУГАЦЦЦЦАУГЦЦГААЦУЦАГААГУГ
БО |
70 |
80 |
90 |
100 |
]]0 |
АААЦГЦЦГУАГЦГЦЦГАУГГУЛГУГУГГГГУЦУЦЦЦЦАУГЦГАГАГУ\ГГГААЦУГГЦАГ
120
ГЦАУ(он)
Расшифрована также первичная структура нескольких десятков 5,8S рРНК
и их предшественников. В подавляющем числе они содержат 158 н. о.
218
|
|
|
|
|
гУл |
Г |
|
|
|
ц, |
|
ции |
|
|||||||||
1 |
|
10 |
|
U |
|
20 |
|
уи |
UЛ |
|
30 |
|
Лу40 |
|||||||||
S' угииуггцгг" |
|
|
|
|
"гиггугГ |
|
|
|
|
|
UuуглU |
|
|
|
||||||||
••••• • • • |
|
|
|
|
|
|
|
• •• |
• |
|
|
|
|
|
|
•••• |
|
|
|
J |
||
3 улцгглuuг У |
|
|
|
|
|
УГUUГUЛ |
|
|
|
|
|
ЛГ |
ЛUУц |
|
|
|
||||||
120 |
|
л |
U |
У |
Г |
|
|
Л |
60 |
Ал |
г |
|
г |
Л |
|
50 |
ЛЛ |
г |
Ц |
|||
гЛ |
|
|
|
|
|
у. г |
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
гл·уг.u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Г |
|
гг |
|
u·гиол г 70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Г |
Л |
|
|
ц.г |
|
|
у.и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Л |
Г |
|
|
|
и.г |
|
|
г.и |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
Л 100 |
9ОЦ. Г |
|
ГУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Г |
|
|
|
|
У |
У |
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U
А
Рис. 78, Модели вторичной «А) и третичной (Б) структуры
5SpPHK
Большие успехи достигнуты в установлении первичной структуры 16-,18S ррнк. Впервые в 1974 г. Ж. Эбель (Франция) сообщил данные о первичной
структуре 16S рРНК кишечной палочки. Вслед за этим была выяснена первич
ная структура более ста 16-18S ррнк. Число нуклеотидных звеньев в 16S
рРНК кише'чной палочки (рис. 77)-1542, в 18S рРНК печени крысы-1874. Завершены аналогичные исследования 23S рРНК кишеу:ной палочки, 25S рРНК пекарских дрожжей и ряда других. 23S рРНК кишечной палочки вклю чает 2904 н. о., 28S рРНК печени крысы-4718 н. о. Всего на апрель 1993 г.
выяснено расположение рибонуклеотидных звеньев у 1850 16-18S рРНК (у
100-из археобактерий, у 1400-из эубактерий и хлоропластов, у 350-"из эукариот), а также у 23-28S рРНК, выделенных из 150 представителей про
и эукариот.
Вторичная структура рРНК характеризуется спирализацией самой на себя
полирибонуклеотидной цепи как у низко-, так и у высокополимерных рРНК.
Спирализация идет за счет взаимодействия комплементарных (г-ц
и А-У) оснований, в результате чего в молекулах рРНК возникает то или иное количество биспиральных участков. Оно достаточно существенно в мо
лекулах 5S и 5,8S рРНК и несколько менее выражено в молекулах 16-18S ррнк. Вторичную структуру 5S рРНК иллюстрирует рис. 78, А.
219