XII. Логика первичного кодирования

XII.1. Код RRY

Наиболее привлекательная спекулятивная модель возникновения матричного синтеза белков, предложенная совсем недавно [3], основана на целом ряде соображений, относящихся к проблеме связного считывания без запятых. Первичный код должен иметь определенную структуру рамок, иначе информация не сможет считываться согласованным образом. Случайные смещения фазы будут приводить к сдвигу рамки трансляции на каких-то участках информационной РНК и к искажению смысла. Поэтому авторы предлагают определенную последовательность оснований, которой должны придерживаться все кодоны. Или, другими словами, функционировать в качестве мРНК могут лишь те последовательности нуклеотидов, которые несут определенный паттерн («образ»). Единообразие паттерна может возникнуть благодаря инструкции, которую содержит выступающая антикодоновая петля тРНК, а также благодаря внутреннему самоконированию. Среди паттернов,

которые гарантируют неперекрывающееся считывание, авторы выбрали последовательность оснований пурин — пурин — пиримидин (или, в обычных обозначениях, RRY) как общую для всех кодонов, образующих сообщение. Этот выбор был продиктован регулярностью последовательности, которая была обнаружена в антикодоновой петле современных тРНК. Упомянутая последовательность такова: где антикодон, любой из четырех нуклеотидов, а пурин и пиримидин соответственно. Другой предпосылкой возникновения трансляции без рибосом является стабильность комплекса, образованного мРНК и растущей полипептидной цепью. Пептидил-тРНК не должна отделяться до того, как осуществится перенос следующей аминоацил-тРНК, т. е. пока не закончится трансляция всей мРНК, в противном случае синтезировались бы только функционально неэффективные белковые фрагменты. На основании известных данных о стабильности пар оснований очевидно, что простое взаимодействие кодон — антикодон не гарантирует необходимой стабильности комплекса мРНК - тРНК. Поэтому для обоснования модели существенны три вспомогательных допущения:

1. Структура антикодоновой петли адаптора (предшественника тРНК) такова, что если конкретизирован общий паттерн кодона, то РНК может всегда образовать пять пар оснований с мРНК. Таким образом, антикодоновой петле первичных тРНК приписывается следующая общая последовательность:

где антикодон.

2. Антикодоновая петля каждой первичной тРНК может принимать две разные конформации, изображенные на рис. 48. Обе они были описаны в более ранней статье Вёзе [60], который обозначил их и (Обозначение образовано из первых букв фамилий Фуллера и Ходжсона [61] — ученых,

которые предположили, что из семи неспаренных оснований в антикодоновой петле стопку образуют пять оснований, расположенных с З-конца; по Вёзе, обозначает дополнительную конфигурацию в которой стопку образуют пять оснований на -конце петли.) Вёзе предположил, что переход между этими конфигурациями играет важную роль в синтезе белка на рибосомах, но указал также и на его возможное значение для прежних, более примитивных механизмов.

3. Какая из этих двух конфигураций действительно реализуется, зависит от того, с чем связана тРНК - с аминокислотой или с пептидной цепью. При переносе аминокислоты на пептидную цепь тРНК скачкообразно переходит из в -конфигурацию (см. рис. 49).

Дополнительный, четвертый постулат, не абсолютно необходимый для обоснования модели, вводит взаимодействие между двумя соседними тРНК на мРНК, которое делает энергетически выгодной необходимую конфигурацию и вносит (дальнейший) вклад в стабилизацию комплекса полипептид — мРНК.

Рис. 49 показывает более детально, как может облегчаться синтез полипептидов, если учесть приведенные соображения. Растущая полипептидная цепь перемещается вдоль мРНК, используя в качестве «топлива» свободную энергию реакции переноса. Эта реакция может ускоряться общим неспецифическим катализатором, но такой механизм не требует

Рис. 48. Две возможные конфигурации антикодоновой петли тРНК (конфигурация по Фуллеру и Ходжсону [61], по Вёзе [601). Антикодонный паттерн (в рамках) — по модели Крика и др. [3].

Рис. 49. (см. скан) Примитивный механизм трансляции требует «липкого» которого растущая полипептидная цепь остается связанной с транспорт осуществляется скачками, при которых изменяется цепь всегда связана с мРНК с помощью пяти пар оснований, соседняя аминоацил-тРНК. Частичное перекрывание при спаридированного триплетами оснований.

никакого сложного аппарата типа современных рибосом. Хотя взаимодействие между кодоном и антикодоном стабилизируется пятью парами оснований, существенно, что код в действительности использует триплеты оснований. Ранее уже подчеркивалось [62], что первичный код, использующий не триплеты оснований, не может объяснить возникновение современного кода.

(см. скан)

взаимодействия между мРНК и пептидил-тРНК, в результате мРНК, пока не закончится трансляция. По Крику и др. [3], конформация Новообразованная пептидная причем некоторую дополнительную стабилизацию обеспечивает вании оснований гарантирует связное чтение сообщения, зако-

Эта модель хорошо объясняет, как в отсутствие сложного аппарата трансляции может происходить

— спонтанное,

— последовательное,

— полное, т. е. не по частям, и

— воспроизводимое, т. е. при строгом сохранении заданной рамки кодонов, считывание мРНК.

Такой код неразрывно связан с определенными структурными особенностями антикодоновой петли современных тРНК, и это позволяет допустить, что указанные молекулы являются потомками первых функционально организованных единиц. Четыре аминокислоты, кодируемые по этой модели, таковы:

Содержание некоторых из них в первичном бульоне было очень высоким [63].

С другой стороны, модель сталкивается и с некоторыми трудностями. В последовательности RRY имеется большой избыток пуринов и поэтому она не сможет легко складываться на себя с образованием стабильной структуры.

Вследствие этого такие последовательности

— очень легко гидролизуются (если они находятся в виде одиночных цепей),

— имеют повышенную тенденцию к образованию дуплексов (которые не могут легко реплицироваться с помощью примитивных механизмов),

— не имеют внутренней симметрии и

— производят минус-цепи с другим общим кодовым паттерном (т. е.