Отсутствие пространственных структур облегчает синтез белков
Представьте, что вы читаете текст где между словами нет пробелов, читать такой текст будет очень сложно, так как не легко определить где заканчивается одно слово и начинается другое. В случае с кодом ДНК, когда с нее синтезируется РНК и затем с последней, рибосомы синтезируют полипептидную цепь, — ферменты так же находятся в аналогичной сложной ситуации. Они должны найти правильную отправную точку для синтеза белка. И действительно, в организме прокариотов (организмов без ядра), существует точка отсчета – последовательность нуклеотидных пар расположенных рядом со стартовым кодоном, с которой ферменты образуют наиболее устойчивую связь. Это помогает им найти отправную точку для себя. Но тем не менее, к удивлению ученых, существуют гены, которые не имеют этой стартовой последовательности, но при этом также надежно транслируются в белковые последовательности. Ученые из Института Макса Планка молекулярной физиологии растений в Потсдаме (Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam), обнаружили, что сама пространственная структура РНК, вероятно, играет решающую роль в этом процессе.
ДНК всех организмов состоит из четырех оснований: аденина, цитозина, тимина и гуанина, которые сокращенно в английской транскрипции обозначаются буквами A, T, С и G. В РНК тимин заменен на другое основание — урацил (U). С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы. В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали». ДНК читается в виде не отдельных пар нуклиотидов а в виде триплетов – три пары нуклиотидов кодирующие в общей сложности 20 аминокислот – биологических кирпичиков всей жизни на земле. Эти триплеты сопоставимы с буквами в нашем алфавите, которые можно поставить вместе, чтобы сформировать слова. Поскольку между триплетами ДНК нет пустых пространств, в этом и заключается главная сложность распознавания, с какой пары оснований нужно начать чтение триплетами. Например, при расшифровке генома используется метод трехкратного чтения каждой цепочки ДНК сдвигаясь при каждом варианте дешифровки на одн нуклеотид, итого для двух цепочек получается 6 вариантов прочтения из которых ученые выбирают те которые в конечном итоге являются осмысленными – т.е. в которых прослеживается структурные образования, как то: гены, интроны, экзоны, стартовые кодоны и стоп-кодоны, а так же регуляторные последовательности.
Прежде чем белки могут быть синтезированы, ДНК транскрибируется в свою форму матричной (информационной) РНК (мРНК), после чего мРНК транспортируется в плазму клетки. Далее рибосомы, считывают код с мРНК и участвуют в месте с транспортными РНК (тРНК) в создании белковых цепочек, которые затем при помощи энзимов преобретают свою конечную трехмерную форму.
Рибосомы начинают считывание мРНК ни в самом начале цепочки ни в каком либо случайном месте, но всегда с стартового триплета AUG.
Этот триплет кодирует аминокислоту метионин, которая таким образом, представляет собой первую аминокислоту в каждом белке. Тем не менее, метионин так же может появиться и в других местах белковой цепочки . Таким образом, возникает вопрос о том, как рибосомы узнают AUG кодирует старт синтеза белка или просто кодирует метионин.
С целью распознавания метионина и стартового кодона прокариотам приходит на помощь так называемая последовательность Шайна-Дальгарно (англ. Shine-Dalgarno sequence, Shine-Dalgarno box) которая была описана австралийскими учеными Джоном Шайном и Линн Дальгарно и является сайтом связывания рибосом на молекуле мРНК прокариот, обычно на расстоянии около 10 нуклеотидов до стартового кодона AUG.
.Последовательность SD является последовательностью сайта мРНК , который остается практически неизменным на протяжении длительного периода эволюции.
Рибосомы имеют анти-Шайн-Дальгарно последовательности, которые могут образовывать прочную связь с последовательностью SD. Кoмплементарное взаимодействие между последовательностями Шайна-Дальгарно и анти-Шайна-Дальгарно служит для помещения старт-кодона мРНК в P-сайт рибосомы для начала биосинтеза белка. Тем не менее, существуют мРНК, которые не имеют Шайн-Дальгарно последовательности, их рибосомы, тем не менее все равно удается разыскать правильный триплет AUG.
До настоящего времения механизм, который позволяет правильно определить стартовый сигнал был совершенно непонятен.
По последним данным, структура — или, точнее отсутствие структуры — мРНК оказывается решающим фактором в этой игре. Ларс Шарф (Lars Scharff) и Лиам Чайлдс (Liam Childs) из Института Макса Планка молекулярной физиологии растений в Потсдаме (Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam) рассмотрели десятки тысяч генов из разных прокариот и клеточных органелл на наличие Шайн-Дальгарно последовательности. Они обнаружили, что, в зависимости от организма, от 15 до 50 процентов всех генов не имеют SD последовательности. И тот факт что тем не менее рибосомы легко узнают стартовый кодон на этих мРНК, вероятно следует отнести к тому, что структура мРНК сама предоставляет легкий доступ к такому сайту, в отличии от других где AUG должна транслироваться в метионин. мРНК, как правило, не присутствует в виде длинной нити как часто она изображается в учебниках, — на самом деле она образует петли и так называемые структурные шпильки.
В результате исследований оказалось что рибосомы могут связываться только с неструктурированной областью мРНК: "В отличие от генов с Шайн-Дальгарно последовательностью в мРНК где Шайн-Дельгарно последовательность отсутствует рядом со стартовый кодоном не наблюдается ни каких двухмерных или трехмерных структур " – так прокомментировал это открытие участник исследования Чайлдс.
В эксперименте, исследователи ввели мутацию гена — они уничтожили SD последовательность, и скорость, с которой мРНК была транслетированна в белок резко сократилась. «Как только мы вставили вторую мутацию, которая развернула структуру мРНК непосредственно в месте нахождения стартового кодона, этот эффект был уменьшен и производство белка вновь возросло», объясняет Чайлдс. Несмотря на отсутствие последовательности SD, AUG – стартовый кодон был определен рибосомой, так как она могла получить доступ к сайту где находился стартовый кодон, в отличии от предыдущего опыта где доступ к кодону был осложнет так как он был скрыт в струкрурных образованиях.
Теперь на основе структурного анализа мРНК, можно будет прогнозировать скорость синтеза белка. Кроме того, теперь появляются возможности влиять на количество производимого белка путем изменения структуры мРНК в том или ином направлении. Это открытие может стать важным шагом для оптимизации многих биотехнологических процессов, что в свою очередь может привести к уменьшению стоимости многих лекарств синтезируемых сегодня при помощи бактерий и дрожжей в биореакторах.
По материалам оригинальной статьи www.sciencedaily.com/releases/2011/06/110628094839.htm
Это неверно.У РНК все нуклеотиды другие, свой стандартный набор + нестандартные, как инозин.
И как они комплементарны A, T, C, G в ДНК?
Шпильки образованы слабыми водородными связями. Именно так и выглядит RNA схематично.
Шпильки, разумеется, образованы слабыми водородными связями, но они то должны быть свободными для соединения с тРНК, несущей соответствующую аминокислоту в комплексе с АРС и АТФ. Иначе, трансляция белка не состоится.
Eukaryotes have 80S ribosomes, each consisting of a small (40S) and large (60S) subunit. Their large subunit is composed of a 5S RNA (120 nucleotides), a 28S RNA (4700 nucleotides), a 5.8S subunit (160 nucleotides) and ~49 proteins. The 40S subunit has a 1900 nucleotide (18S) RNA and ~33 proteins.[9]The identification of the tRNA-Binding Sites on Rat Liver Ribosomes by Affinity Labeling was performed by A.P. Czernilofsky et al. 1977, several proteins including L32/33, L36, L21, L23, L28/29 and L13
Вам на схеме все надо было указать?
Что касается RNA — то она не образует трехмерных структур только в прокариотах так как процесс трансляции начинается непосредственно вместе с синтезом RNA. В эукариотах — RNA всегда имеет пространственную структуру замкнутую саму на себя, а так же часто имеет связи с специальными защищающими от энзимной деградации белками. В цитоплазме имеются соответствующие энзимы что бы расщеплять двухцепочную RNA для непосредственной трансляции рибосомами...
А разговор шел, между прочим, о стартовом кодоне.
https://www.google.com/search?pq=rna+3d+structure&hl=ru&cp=1&gs_id=4&xhr=t&q=rna+3d+structure&newwindow=1&gs_sm=&gs_upl=&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.,cf.osb&biw=1440&bih=749&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=dBvrTs_XNcWZiQKrna2HBA