Генетичний код, активація амінокислот
Велика частина генетичної інформації, що міститься в ДНК, кодує послідовність амінокислот. Процес експресії генетичної інформації включає транскрипцію «тексту», записаного на «мові нуклеїнової кислоти», в текст, записаний на «мові білків». Таке походження терміна трансляція (дослівно - переклад), використовуваного для позначення процесу біосинтезу білків. Правила, яких слід трансляція, називають генетичним кодом.
Оскільки в біосинтезі беруть участь 20 амінокислот, які називаються протеіногенних, «мова» нуклеїнових кислот повинен містити принаймні 20 слів (кодонів) Однак в аминокислотном «алфавіті» є тільки чотири «букви» (А, Г, Ц і У або Т [або в англ. транскрипції: A, G, С і U або Т *]), так що для отримання 20 різних слів кожне має складатися принаймні з трьох букв. Кодони дійсно включають три азотистих підстави (триплет нуклеотидів). На схемі 1 представлено стандартний код ДНК (послідовність триплетів в некодирующей ланцюга), зображений у вигляді кола. Схема читається від центру назовні, так що, наприклад, триплет CAT кодує амінокислоту гістидин. ДНК-кодони ідентичні таким в мРНК (mRNA), за винятком того, що в мРНК замість урацилу (U), характерного для ДНК, варто тимін (Т).
Як приклад прочитання коду на схемі 2 показані короткі ділянки нормального і мутантного гена # 946; -глобіна разом з відповідними послідовностями мРНК і амінокислот. Тут показані щодо часто зустрічаються точкові мутації, в результаті яких залишок глутамінової кислоти в положенні 6 # 946; -ланцюга замінений на валін. Такий мутантний гемоглобін в дезоксіформ схильний до агрегації, що викликає деформацію еритроцитів і зменшує ефективність транспорту кисню (серповидноклітинна анемія).
У тріплетном генетичному коді для 20 амінокислот потенційно існує 4 3 = 64 кодону. Таким чином, більшість амінокислот записується декількома кодонами, т. Е. Генетичний код є виродженим. Крім того, є три триплета, які позначають кінець транскрипції (стоп-кодони). Ще один спеціальний кодон, стартовий (який ініціює) кодон, маркує початок трансляції. Генетичний код, показаний на малюнку, є майже універсальним. Цьому стандарту в повному обсязі відповідають тільки мітохондрії (див. С. 212) і деякі мікроорганізми.
Б. Активація амінокислот
Для кожної з 20 амінокислот є відповідна аміноацил-тРНК-лігаза, яка в цитоплазмі з'єднує амінокислоту з тPHK (tRNA) (див. С. 88). Цей процес активації амінокислот здійснюється в дві стадії. Спочатку амінокислота зв'язується з ферментом і реагує з АТФ (АТР), утворюючи Макроергічні змішаний ангідрид - аміноаціладенілат. Потім аміноацільний залишок переноситься на кінцеву 3'-ОН-групу кінцевого залишку рибози тРНК (іншою групою лигаз аминоацил переноситься на 2'-ОН-групу). У аміноацил-тРНК карбоксильная група амінокислотного залишку етерифікування залишком рибози 3'-кінцевого залишку аденозину, що входить в послідовність. ССА-3 '.
Точність трансляції залежить, перш за все, від субстратної специфічності аміноацил-тРНК-лігази. Коригувальний механізм активного центру лігази забезпечує негайне видалення помилково приєднаних амінокислотних залишків. В середньому зустрічається тільки одна помилка на 1300 амінокислотних залишків - разюче висока точність «роботи», якщо уявити, наскільки близькі структури деяких амінокислот.
В. Asp-тРНК-лігаза (димер)
Процес активації амінокислот представлений на прикладі лігази, специфічною для аспарагінової кислоти. Молекули ферменту (пофарбовані в оранжевий колір) пов'язані між собою в димер, причому кожна субодиниця асоційована з однією молекулою тРНК (пофарбовані в блакитний колір). В активному центрі присутній залишок АТФ (забарвлений в зелений колір), пов'язаний з 3'-кінцем тРНК Інший домен білка (зліва вгорі) відповідає за «впізнавання» антикодону тРНК.
* Ці букви позначають підстави, що входять в нуклеотиди, і походять від їх англійських назв: аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і урацил (U) або тимін (Т). - Прим. ред.