Кодон — триплет азотистых оснований, кодирующий место одной аминокислоты в полипептиде.[ ...]
Состав кодонов показывает, что каждое замещение аминокислоты связано с заменой одного основания в триплете (в соответствии с правилами, установленными для вырожденного кода).[ ...]
Согласно кодонному составу гены RMEcoR I [148,277], EcoR V [88], PstR I [385] и BsuR I [206] могут быть отнесены к слабо экспрессирующимся в E. coli. В случае RMTaq I [350] он соответствует распределению, характерному для ДНК этого микроорганизма. Выделяется в этом отношении структура генов RMPaeR7, кодонный состав которых соответствует таковому сильно экспрессируемых генов кишечной палочки [370].[ ...]
Замены оснований приводят к изменениям смысла кодонов, вследствие чего они приобретают способность кодировать другую аминокислоту (миссенс-мутации). Это ведет к превращению гемоглобина в новый вариант мутантного гемоглобина (например, типа Бристоль). В результате замен оснований возникают также нонсенс-мутации, когда на измененных кодонах обрывается чтение информации гена (как правило, такими кодонами являются триплеты УАГ, УАА и УГА). Одновременно в результате замен образуются кодоны, сохраняющие исходный смысл.[ ...]
Возможно этот фактор оказался решающим в реализации опережающей экспрессии модифицирующего компонента при установлении клонированных генов RMBsuR I в E. coli.[ ...]
Когда один из этих кодонов подойдет к А-сайту рибосомы, то полипептид, тРНК в Р-сайте и мРНК освобождаются, а рибосомные субъединицы диссоциируют. Окончание синтеза белка связано с активностью белковых факторов освобождения — 11Р-1 и КГ-2. Диссоциировав, рибосомные субъединицы начинают трансляцию другой молекулы мРНК. Например, цепь гемоглобина из 150 аминокислот синтезируется на пентарибосомном комплексе. У прокариот синтез и трансляция мРНК происходят в направлении от 5 -конца к З -концу. Далее, у них нет ядерной мембраны. Поэтому трансляция мРНК начинается еще до завершения ее синтеза. Напротив, у эукариот транскрипция и трансляция разделены во времени, поскольку требуется время для перехода мРНК из ядра через ядерную мембрану в цитоплазму.[ ...]
В случае генов RMPst I отмечается наличие в составе иРНК, расположенных за терминаторным кодоном последовательностей, способных образовать шпилечные структуры [385]. Вопрос об их участии в регуляции экспрессии остается открытым.[ ...]
Код является линейным по той причине, что молекулы ДНК являются линейными полимерами. Кодоны в виде триплетов азотистых оснований следуют вдоль молекулы ДНК без перерывов в направлении от 5 -конца к З -концу, причем между кодонами нет свободных пространств, нет пунктуации.[ ...]
В соответствии с третьей гипотезой предполагают, что ранний архетиповой код был дуплетным, состоя из 16 кодонов-дуплетов. Каждый из 15 дуплетов кодировал каждую из 15 аминокислот, из которых, как предполагают, состояли белки примитивной клетки, тогда как оставшийся свободным 60-й дуплет обеспечивал свободное пространство («брешь») между генами. В связи с установлением каталитической способности РНК и высокой концентрации РНК в рибосомах предполагают, что в примитивных клетках молекулы тРНК сами катализировали свое связывание с аминокислотами, а роль рибосом выполняли первые рРНК. Триплетный код возник тогда, когда в процессе эволюции образовались остальные пять аминокислот, причем его возникновение связано с добавлением третьего основания в каждый кодон.[ ...]
Все тРНК характеризуются специфической последовательностью нуклеотидов. Их антикодоны комплементарны кодонам мРНК. Антикодоны располагаются в центре тРНК. Известно 55 антикодонов. Каждая тРНК способна присоединять и переносить только одну аминокислоту, но на каждую аминокислоту имеется 1-4 молекул тРНК.[ ...]
Неперекрываемость генетического кода означает, что любое азотистое основание является членом только одного кодона. Ни одно азотистое основание не входит одновременно в два кодона.[ ...]
Вырожденность кода определяется тем, что место в полипептиде одной и той же аминокислоты может кодироваться одновременно несколькими кодонами, но не совместно, а раздельно. Это распространяется на все аминокислоты, кроме метионина и триптофана, которым соответствуют одиночные кодоны (рис. 135).[ ...]
Генетический код ядерной ДНК универсален, т. к. он одинаков у всех живых существ, т. е. у всех живых существ используются одинаковые наборы кодонов. Признание универсального характера генетического кода является выдающимся современным доказательством единства происхождения органических форм (см. главы XIV, XV и XVI).[ ...]
Анализ структуры генов RMPaeR7 указывает на возможность существования и других уровней контроля экспрессии, а именно на уровне использования кодонов. Согласно этому показателю гены RMPaeR7 близки к сильно экспрессируемым генам E. coli.[ ...]
Молекула информационной РНК поступает в рибосому и как бы прошивает ее. Тот ее отрезок, который находится в данный момент в рибосоме, определенный кодоном (триплет), взаимодействует совершенно специфично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту. Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определенному кодону и-РНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку и-РНК присоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой и так далее, до тех пор пока не будет считана вся цепочка и-РНК и пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулу белка. А т-РНК, которая доставила аминокислоту к определенному участку полипептидной цепи, освобождается от своей аминокислоты и выходит иэ рибосомы. Затем снова в цитоплазме к ней может присоединиться нужная аминокислота, и она снова перенесет ее в рибосому. В процессе синтеза белка участвует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы.[ ...]
Каждый антикодон в случае митохондриального генетического кода способен спариваться с несколькими кодонами мРНК.[ ...]
Стрептомицин блокирует различные пути метаболизма у бактерий и нарушает биосинтез белка, связываясь с рибо-сомными субъединицами и препятствуя узнаванию кодона антикодоном. Он используется в борьбе со стафилококковыми и пневмококковыми инфекциями; его угнетающее действие на биосинтез белка также обусловлено связыванием с рибосомными структурами. К группе антибиотиков-макролидов относятся также магнамицин (63), выделенный из S. halstedii, мощный фунгицид нистатин, выделенный из 5. noursei, и продуцируемый 5. mediterranei рифамицин В (64) [91 ]. Однако структура ангибиотиков не всегда так сложна. Иногда это весьма простые соединения, например азасерин (65) или хлорам-феникол (66), называемый также хлоромицетином и продуцируемый 5. venezuelae.[ ...]
Что касается свойств генетического кода, то их несколько. Код является неперекрывающимся, линейным, не имеющим пунктуации («запятых»), обеспечивающей свободные пространства между кодонами, и вырожденным.[ ...]
Влияние вторичной структуры иРНК генов гш на их экспрессию обсуждалось только в нескольких случаях [88,206]. Наиболее подробно этот вопрос рассмотрен в случае иРНК рестриктазы EcoRV [88]. Оказалось, что за терминаторным кодоном в составе иРНК находится GC богатая область протяженностью в 110 нуклеотидов, содержащая несколько инвертированных повторов. Согласно расчетам их наличие позволяет образоваться нескольким стабильным двухспиральным структурам с одноцепочечной петлей, характерным для сигналов тер-минации транскрипции. Петля, входящая в состав одной из рассматриваемых структур, содержит последовательность из 7-ми нуклеотидов комплементарных с последовательностью, включающей и окружающей инициаторный кодон, что может привести к образованию дуплекса в этой области иРНК. Если предсказанная на основании расчетов структура действительно реализуется, то это могло бы привести к прекращению инициации трансляции сразу после синтеза полной последовательности иРНК- Таким образом трансляция могла бы осуществляться только в ходе транскрипции. Поэтому можно предположить, что в случае клонирования генов RMEcoR V этот механизм регуляции обеспечивает опережающую экспрессию мети-лазного гена.[ ...]
Что касается митохондриального кода, то его считают более примитивным по сравнению с ядерным. Предполагают, что, например, антикодон УАА в современном митохондриальном коде мог быть также и антикодоном архетипового кода для кодонов, в которых первые два основания являются У, а третье могло быть У, Ц, А или Г. Но можно предполагать, что митохондриальный код возник в результате упрощения бактериального кода, если признать происхождение митохондрий от бактерий. Оценивая особенности белкового синтеза, контролируемого митохондриальным генетическим кодом в сравнении о хлоропластным, остается неясным, почему хло-ропластный генетический код кодирует намного больше белков по сравнению с митохондриальным генетическим кодом.[ ...]
Для митохондриального генетического кода характерны те же структуры и свойства и те же механизмы транскрипции и трансляции, что и в случае ядерного генетического кода. Однако известны и отличия. В митохондриальной ДНК все нуклеотиды входят в состав кодонов, кодирующих либо белки, либо рРНК и тРНК. Митохондриальная ДНК человека и других млекопитающих содержит 64 кодона, из которых 4 являются стоп-кодонами.[ ...]
Молекулярные механизмы генных мутаций заключаются в изменениях последовательности азотистых оснований в молекулах ДНК. Эти изменения происходят в результате замен, делеций (выпадений), включений и дупликаций оснований, что ведет к изменению содержания кодонов.[ ...]
Благодаря определенному расположению комплементарных нуклеотидов полинуклеотидная цепочка т-РНК свернута в виде клеверного листа (рис. 14). Каждая т-РНК имеет двойную специфичность. Вместе с тем т-РНК специфична по отношению к ферментам (амипоацилсип-тетазам), ответственным за их взаимодействие с определенной аминокислотой. Каждой аминоацилсинтетазе соответствуют своя т-РНК и своя аминокислота.[ ...]
Затем и-РНК высвобождается из информосомы и одноцепоч чпая неспирализоваиная молекула прикрепляется к малой субъединице рибосомы, к тому ее участку, который примыкает к большой субъединице. При этом в каждый момент к рибосоме прикрепляется небольшой участок цени и-РНК, содержащий один кодон. Таким образом, первый этап синтеза белка заключается в образовании комплекса между и-РНК и рибосомой.[ ...]
Наследственные свойства бактерий или отдельные признаки закодированы в единицах наследственности — генах, линейно расположенных в хромосоме вдоль нити ДНК. Следовательно, ген является фрагментом нити ДНК- Каждому признаку соответствует определенный ген, а часто еще меньший отрезок ДНК — кодон. Иначе говоря, в нити ДНК в линейном порядке расположена информация обо всех свойствах бактерий. При этом у бактерий есть еще одна особенность. В ядрах эукариотов содержится обычно несколько хромосом, число их в ядре постоянно у каждого вида. Нуклеоид бактерий содержит лишь одно кольцо из нити ДНК, т. е. одну хромосому. Однако запасом информации, заключенным в одной хромосоме или в кольцеобразно сомкнувшейся двунитчатой спирали ДНК, сумма наследственных признаков бактериальной клетки не исчерпывается. Плазмиды содержат ДНК, также несущую генетическую информацию, передаваемую от материнской клетки к дочерней.[ ...]
С тех пор как были определены основные черты структуры генетического кода, стали формулировать также гипотезы относительно его эволюции, причем к настоящему времени известно несколько таких гипотез. В соответствии с одной гипотезой первоначальный код (в примитивной клетке) состоял из очень большого количества двусмысленных кодонов, что исключало правильную трансляцию генетической информации. Поэтому в процессе эволюции организмов развитие генетического кода шло по линии сокращения ошибок в трансляции, что привело к коду в его современном виде. Напротив, по другой гипотезе код возник в результате сведения до минимума летальных эффектов мутации в процессе эволюции, причем селективное давление вело к устранению бессмысленных кодонов и к ограничению частоты мутаций в кодонах, изменения которых не сопровождались изменениями в последовательности аминокислот, либо сопровождались заменами лишь одной аминокислоты на другую, но функционально связанную. Развившись в процессе эволюции, код однажды стал «замороженным», т. е. таким, каким мы видим его сейчас.[ ...]
Все рассматриваемые системы характеризуются тестным сцеплением генов irm—межгенный участок в большинстве случаев исчисляется несколькими (RMDde I) или десятками (RMEcoR I, RMHha II, RMTaq I) нуклеотидных пар. Выделяются в этом отношении гены RMBsuR I, расстояние между которыми равняется 783 нп. Другой крайний случай характерен для RMPaeR7, гены которой практически не разделены — сразу за терминирующим кодоном метилазного гена стоит инициирующий кодон рестриктазы.[ ...]
Однако наряду с молекулами мРНК на ДНК образуются и другие транскрипты. В частности, транскрибируются молекулы рибо-сомной и транспортных РНК, которые также имеют важное значение в реализации генетической информации. Все эти РНК называют еще ядерными. Размеры транскриптов (транскрибируемых молекул РНК) зависят от посылаемых с цепи ДНК-шаблона сигналов начала и остановки синтеза (кодонов инициации и терминации).[ ...]
Синтез белков является исключительно точным механизмом. Обобщенные результаты исследований частоты ошибок в белковом синтезе показывают, что одна ошибка, т. е. одно включение «неправильной» аминокислоты, происходит лишь на каждые 10 ООО включенных аминокислот. Точность механизма белкового синтеза обеспечивается точностью связывания аминокислот со своими тРНК и точностью спаривания кодонов мРНК с антикодонами тРНК.[ ...]
Инициация полипептидной цепи у кишечной палочки начинается с образования комплекса между мРНК, формилметионин-тРНК и рибосомной единицей 30 в, которое обеспечивается факторами (белками) инициации 1И, №2 и №3, а также ГТФ. Этот комплекс вступает в комбинацию с 50 й-рибосомной единицей, в результате чего формилметионин-тРНК становится связанной с пептидиловым сайтом. Энергия для этого обеспечивается гидролизом одной молекулы ГТФ. Можно сказать, что эти кодоны являются специфическими инициаторами белкового синтеза. Наиболее активным является кодон АУГ.[ ...]
Помимо модификации ядерной про-мРНК путем «вырезания» и сплайсинга ее сегментов нередко имеет место так называемое «редактирование» РНК, которое заключается в конверсии одного основания в другое в мРНК. Например, в клетках печени синтезируемый белок аполидопротеин имеет молекулярную массу порядка 512 ООО дальтон, а в клетках кишечника лишь 242 ООО. Это является результатом конверсии цитозина в урацил (в клетках кишечника), что ведет к образовании) стон-кодона, а, следовательно, и к синтезу более короткого белка.[ ...]
Количество рестриктазы PaeR7 в клетках значительно превышает таковое метилазы [370]. В связи с тем, что эти гены входят в состав оперона и предположительно котранскриби-руется уровень их экспрессии вряд ли контролируется механизмами транскрипции. Поэтому причину наблюдаемого явления следует искать в разнице эффективности трансляции сравниваемых генов. Действительно перед геном m не имеется последовательности SD, которая наблюдается на расстоянии 3—9 нп от инициаторного кодона гена эндонуклеазы. Кроме того не исключено, что наличие в составе метилазного гена редко используемого инициаторного кодона GTG, вместо обычного ATG, сказывается на эффективности трансляции соответствующей иРНК.[ ...]
Каждый нуклеотид состоит из азотистого (пуринового или пиримидинового) основания, пятиуглеродного сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Из азотистых оснований в состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин и тимин,2 причем двойная цепь ДНК построена так, что против аденина одной цепи находится тимин другой, а против гуанина располагается цитозин. Между этими парами (так называемыми комплементарными) и образуются связи между двумя цепями ДНК. Каждой входящей в состав того или иного белка аминокислоте соответствует тройка (триплет, или кодон) последовательно соединенных оснований; порядок же аминокислот в белке определяется соответствующим расположением триплетов.[ ...]
Выход рестриктазы после индукции составил 2ХЮ7 ед./г биомассы. Интересно отметить, что белка метилазы было получено в 30 раз меньше по сравнению с эндонуклеазой. Авторы это наблюдение объясняют отсутствием канонической (или производной) SD последовательностью предшествующей метилазному гену [272]. Конструирование продуцента рестриктазы EcoR I проводили путем раздельного клонирования генов rm. Было установлено, что расстояние от промотора Рь до инициаторного кодона гена рестриктазы не имеет существенного влияния на уровень синтеза фермента. Доля рестриктазы после индукции составила 30% от суммарного белка [53]. В случае REcoRV, наоборот, на уровень синтеза рестриктазы влияло расстояние Рь промотора от инициаторного кодона гена. Выход рестриктазы в оптимальном варианте составил 5% от суммарного клеточного белка. При конструировании продуцента метилазы EcoRV это расстояние не имело значения. Выход метилазы составил 5—10% от суммарного клеточного белка [55]. Тандемно расположенные гены rm Dpn II были поставлены под контроль промотора из фага Т7 [259]. Выход рестриктазы и метилазы повысился в 100 раз по сравнению с исходным штаммом и составил 20% от суммарного клеточного белка [82].[ ...]
Генетический код. ДНК как носитель наследственности предопределяет и свойства белков, синтезируемых в клетке. Иначе говоря, в ДНК закодированы свойства белков каждого вида микроорганизмов, т. е. присущая им специфичность. Особенности белков, их индивидуальные свойства находятся в зависимости от последовательности расположения аминокислот, входящих в состав пептидной цепи, которая в свою очередь предопределяется конкретным участком ДНК, состоящим из нескольких пар азотистых оснований, точнее — из нескольких нуклеотидов. То число нуклеотидов, от которых зависит включение при биосинтезе белка одной аминокислоты, получило название кодона. Один кодон содержит, как правило, три азотистых основания. Отсюда термин триплетный кодон, или триплет. Аденин, тимин, гуанин и цитозин — это азотистые основания, компоненты ДНК, из которых и состоят кодоны. Последовательный порядок триплетов ГНК предопределяет последовательный порядок аминокислот поли-пептидной цепочки. Если один триплет (кодон) обусловливает включение одной аминокислоты, тогда код называют невырожденным. Если же включение одной аминокислоты детерминировано несколькими кодонами, код называется вырожденным.[ ...]
Третий этап трансляции осуществляется на рибосомах и заключается в декодировании мРНК. Как отмечено выше, мРНК, отошедшая от ДНК в ядре и прошедшая через ядерную мембрану в цитоплазму, прикрепляется к РНК-последовательности меньшей (30 в) субъединицы рибосомы. Между тем каждая рибосома имеет два сайта, связывающих тРНК. Первое и второе основания кодона всегда спариваются с третьим и вторым (соответственно) основаниями антикодона, тогда как третье основание кодона, если оно является урацилом, спаривается с гуанином или гипоксантином антикодона, если же оно является аденином — то с гипоксантином антикодона, но если гуанином — то с урацилом антикодона.[ ...]
Исследования Крика показали, что наследственный код триплет-ный. В опытах, проведенных на бактериофаге воздействием различных химических веществ вызывалось выпадение нуклеотидов в молекуле ДНК. Оказалось, что при выпадении одпого или двух нуклеотидов образуются белки с нарушенной последовательностью амипокис-лот по всей длине полилентицной цепочки. При вынадепии трех нуклеотидов нарушения происходят только пенооредствепно в поврежденной зопе, а далее последовательность аминокислот сохраняется. Следовательно, каждая аминокислота кодируется определенной последовательностью из трех азотистых оснований. Генетический код обладает еще рядом свойств: оп не перекрывающийся— каждый триплет следует один за другим, между триолетами пет промежутков (запятых), одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (вырожденный). Последнее понятно, так как всего из четырех азотистых оснований по три можпо составить 64 комбинации, а аминокислот, входящих в состав белков (протеиногепных), всего 20. Вместе с тем одип и тот же триплет не может кодировать две разные аминокислоты. Было расшифровано большинство триплетов, или кодонов (рис. 13).[ ...]
Клонирование генов рестрикции-модификации применяется и для получения повышения продукции этих ферментов клетками. Учитывая тот факт, что клонирование проводится в мно-гокопийные векторные плазмиды, следовало бы ожидать достижения поставленной цели за счет эффекта дозы гена. В ряде случаев это действительно наблюдалось, например, содержание рестриктаз Xba I и FnuD I в результате клонирования соответствующих генов в E. coli в составе плазмиды равнялась 3X105 и 106 ед./г биомассы соответственно [279], что значительно превысило аналогичные показатели, характерные для исходных продуцентов X. badri и F. nucleatum. Отмечено увеличение продукции и ряда метилаз: BspR I в 3 раза [270J, Msp I в 3—4 раза [285], Dpn II в 5 раз [82]. В случае клонирования в E. coli генов rm Pst I выход рестриктазы был близок к ее уровню в исходном штамме Р. stuartii [284]. Однако, перенос рекомбинантной плазмиды, содержащей эти гены, в гомологичный хозяин (Р. stuartii 164) дал 10-кратное увеличение синтеза рестриктазы Pst I, по сравнению с природным проду’ центом. Отсутствие влияния дозы гена в случае его экспрессии в гетерологичном хозяине может быть обусловлено рядом факторов: структурой промоторных последовательностей, кодон-ным составом, стабильностью иРНК и белка и т. д. (см. 9, часть I).[ ...]
Биологический синтез белка представляет собой сложный, многофазный или многоступенчатый процесс. Помимо РНК в синтезе белков принимают участие многочисленные ферменты. На первой ступени активируются аминокислоты, соединяющиеся потом в пептидные цепочки. Вторая ступень — транспорт активированных аминокислот к рибосомам. Третья ступень представляет собой упорядочение и сочетание инициированных аминокислот и расположение их в необходимой последовательности на матричной РНК с последующим замыканием пептидных связей. Четвертая ступень — формирование из линейной молекулы объемной структуры, свойственной данному белку. Повышение реакционной способности, активация аминокислот увеличивает возможности взаимодействия их друг с другом; осуществляется этот процесс при взаимодействии аминокислот с аденозинтри-фосфорной кислотой (АТФ). При этом происходит передача энергии одной макроэргической связи АТФ на аминокислоту, переходящую на более высокий энергетический уровень. Реакция активации аминокислот протекает с участием фермента аминоацил-РНК-синтетазы. Для активации различных аминокислот необходимы разные ферменты — синтетазы. Аминокислотная последовательность при синтезе осуществляется кодонами (фрагментами цепи ДНК).[ ...]