Аминокислотный код и процесс рекогниции

Как известно, последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков зашифрована в виде последовательности триплетов дезоксирибонуклеотидов в значащей цепи гена ДНК или в виде последовательности триплетов рибонуклеотидов в зоне трансляции мРНК.

Из четырех главных нуклеотидов РНК с учетом последовательности их расположения можно получить 64 триплета или кодона. 3 из них не кодируют ни одной аминокислоты и служат сигналами об окончании сборки полипептидной цепи, это терминирующие кодоны УАА, УАГ и УГА. Таким образом, на 20 аминокислот приходится 61 кодон.

Основные свойства генетического кода следующие:

а). Код триплетный.

б). Код вырожденный — большинство аминокислот кодируются с помощью нескольких кодонов. Например, для Лей — 6 кодонов, для Ала — 4 кодона; только Мет и Три имеют по одному кодону.

в). Код однозначен — каждый триплет кодирует только 1 аминокислоту.

г). Код универсален — на всех уровнях живых систем конкретная аминокислота кодируется одними и теми же триплетами. Исключения из этого правила встречаются крайне редко.

д). Код неперекрывающийся — соседние кодоны не имеют общих нуклеотидов.

е). Код без запятых — между кодонами нет вставочных нуклеотидов

ж). Код однонаправленный — считывание кодонов идет только в направлении 5'3' по ходу молекулы мРНК

Между кодонами мРНК и соответствующими им аминокислотами нет комплементарности, в связи с чем сама последовательность кодонов мРНК не может определять последовательность соединения аминокислот в полипептид, подобно тому, как это происходит при репликации или в ходе транскрипции.

Необходимы молекулы-адапторы, которые, с одной стороны, могли бы связывать определенную аминокислоту, а с другой — за счет комплементарного взаимодействия с кодонами мРНК обеспечивать нужную последовательность соединения аминокислот между собой в соответствии с последовательностью кодонов мРНК. Эту функцию выполняют тРНК.

Каждая тРНК в своей структуре имеет антикодон, способный к комплементарному взаимодействию с соответствующим кодоном мРНК, однако тРНК не имеют в своей структуре участков, комплементарных той или иной аминокислоте.

Присоединение аминокислоты к “своей” тРНК, например, Ала к тРНК^Ала, осуществляется с помощью специальных ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз.

Каждая аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует двухстадийную реакцию:

• на первом этапе которой в активном центре фермента связывается молекула ”своей” аминокислоты и молекула АТФ, с образованием аминоациладенилата - остатка аминокислоты, связанного макроэргической связью с фосфатной группой АМФ.

Аминоацил-тРНК- синтетаза

Аминокислота + АТФ ----------------> Аминоацил ~АМФ + ФФ

• На втором этапе к активному центру фермента присоединяется тРНК, антикодон которой комплементарен кодону аминокислоты, связанной в активном центре в виде аминоациладенилата. Фермент (аминоацил-тРНК-синтетаза) катализирует реакцию переноса аминокислоты с АМФ на акцепторный тринуклеотид тРНК (3'-АСС-тРНК), причем перенос аминокислотного остатка сопровождается и переносом энергии, т.е. связь между остатком аминокислоты и тРНК также макроэргическая. Образуется аминоацил-тРНК:

Аминоацил- тРНК-синтетаза

Аминоацил~АМФ + АСС-тРНК  Аминоацил~АСС-тРНК + АМФ

В каждой клетке имеется как минимум 20 различных аминоацил-тРНК-синтетаз, по одной на каждую из 20 аминокислот. Точность работы этих ферментов чрезвычайно важна, так как дальнейшая судьба аминокислоты, т.е. место ее включения в полипептидную цепь, зависит только от тРНК.

Аминоацил-тРНК-синтетазы в определенной степени способны контролировать точной своей работы: если на первом этапе в активном центре фермента образовался “неправильный” аминоациладенилат, содержащий “чужую” аминокислоту, то на втором этапе в ходе связывания в активном центре своей тРНК происходит опознание возникшей ошибки и “неправильный” аминоациладенилат расщепляется. Наличие такого контролирующего механизма позволяет существенно снизит частоту ошибок при последующей сборке полипептидных цепей белков.