Колебание базовой пары
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( июнь 2024 г. ) |
Колеблющаяся пара оснований — это пара между двумя нуклеотидами в молекулах РНК , которая не соответствует правилам пар оснований Уотсона-Крика . [1] Четыре основные пары оснований колебания: гуанин - урацил ( GU ), гипоксантин - урацил ( IU ), гипоксантин - аденин ( IA ) и гипоксантин - цитозин ( IC ). Чтобы обеспечить единообразие номенклатуры нуклеиновых кислот, для гипоксантина используется буква «I», поскольку гипоксантин является основанием инозина нуклеиновым ; [2] в противном случае номенклатура следует за названиями азотистых оснований и соответствующих им нуклеозидов (например, «G» для гуанина и гуанозина , а также для дезоксигуанозина ). Термодинамическая стабильность колебательной пары оснований сравнима с термодинамической стабильностью пары оснований Уотсона-Крика. Колеблющиеся пары оснований играют фундаментальную роль во вторичной структуре РНК и имеют решающее значение для правильной трансляции генетического кода .
Краткая история
[ редактировать ]В генетическом коде имеется 4 3 = 64 возможных кодона (3 нуклеотидные последовательности). Для трансляции каждому из этих кодонов требуется молекула тРНК с антикодоном, с которым она может стабильно комплементировать. Если каждая молекула тРНК соединяется с комплементарным ей кодоном мРНК с использованием канонического спаривания оснований Уотсона-Крика, то потребуется 64 типа молекул тРНК. В стандартном генетическом коде три из этих 64 кодонов мРНК (UAA, UAG и UGA) являются стоп-кодонами. Они завершают трансляцию, связываясь с факторами высвобождения, а не с молекулами тРНК, поэтому для канонического спаривания потребуется 61 вид тРНК. Поскольку у большинства организмов имеется менее 45 типов тРНК, [3] некоторые типы тРНК могут соединяться с несколькими синонимичными кодонами, каждый из которых кодирует одну и ту же аминокислоту. В 1966 году Фрэнсис Крик предложил гипотезу колебания, объясняющую это. Он предположил, что 5'- антикодона, которое связывается с 3'- основанием мРНК основание , не так пространственно ограничено, как два других основания, и, таким образом, может иметь нестандартное спаривание оснований. [4] Крик творчески назвал его из-за небольшого «игры» или колебания, которое происходит в этом третьем положении кодона. Перемещение («раскачивание») основания в положении 5'-антикодона необходимо для небольших конформационных корректировок, которые влияют на общую геометрию спаривания антикодонов тРНК. [5] [6]
Например, дрожжевая тРНК Пхе имеет антикодон 5'-GmAA-3' и может распознавать кодоны 5'-UUC-3' и 5'-UUU-3'. Следовательно, возможно, что спаривание оснований, не относящееся к Уотсону-Крику, происходит в третьем положении кодона, т.е. 3'- нуклеотиде кодона мРНК и 5'-нуклеотиде антикодона тРНК. [7]
Гипотеза колебания
[ редактировать ]Эти представления привели Фрэнсиса Крика к созданию гипотезы колебания — набора из четырех взаимосвязей, объясняющих эти естественные атрибуты.
- Первые два основания кодона создают специфичность кодирования, поскольку они образуют сильные пары оснований Уотсона-Крика и прочно связываются с антикодоном тРНК.
- При чтении от 5' до 3' первый нуклеотид в антикодоне (который находится на тРНК и образует пару с последним нуклеотидом кодона на мРНК) определяет, сколько нуклеотидов фактически различает тРНК.
Если первым нуклеотидом в антикодоне является C или A, спаривание является специфичным и подтверждает исходное спаривание Уотсона-Крика, то есть: с этой тРНК может быть спарено только один конкретный кодон. Если первый нуклеотид — U или G, спаривание менее специфично, и тРНК может распознавать два основания взаимозаменяемо. Инозин демонстрирует истинные качества колебания: если это первый нуклеотид в антикодоне, любое из трех оснований исходного кодона может сопоставляться с тРНК. - Из-за специфичности, присущей первым двум нуклеотидам кодона, если одна аминокислота кодируется несколькими антикодонами и эти антикодоны различаются либо во втором, либо в третьем положении (первом или втором положении в кодоне), тогда требуется другая тРНК. для этого антикодона.
- Минимальное требование для удовлетворения всех возможных кодонов (61, исключая три стоп-кодона) составляет 32 тРНК. Это 31 тРНК для аминокислот и один инициирующий кодон. [8]
схемы спаривания оснований тРНК
[ редактировать ]Правила спаривания вобблов. Пары оснований Уотсона-Крика выделены жирным шрифтом . Круглые скобки обозначают привязки, которые работают, но пользуются меньшим предпочтением. Ведущий x обозначает производные (вообще) от следующей базы.
| 5'-антикодоновое основание тРНК | 3'-кодоновое основание мРНК (Крик) [примечание 1] | Основание 3'-кодона мРНК (пересмотренное) [9] |
|---|---|---|
| А | В | U , C, G или (A) |
| С | Г | Г |
| Г | С или У | С или У |
| В | А или Г | A , G, U или (C) |
| я | А, С или U | А, С или U |
| к 2 С | А | |
| х м 5 с 2 U , х м 5 Один , Один , х м 5 В | А или (Г) | |
| х о 5 В | U, A или G |
Биологическое значение
[ редактировать ]Помимо необходимости колебания, поскольку наши клетки имеют ограниченное количество тРНК, а колебание обеспечивает большую гибкость, было показано, что колебание пар оснований облегчает многие биологические функции, что наиболее четко продемонстрировано на бактерии Escherichia coli , модельном организме . Фактически, при исследовании E. coli на тРНК тРНК предмет аланина обнаружено колебание пары оснований, которое определяет, будет ли аминоацилироваться . Когда тРНК достигает аминоацил-тРНК-синтетазы , задача синтетазы состоит в том, чтобы соединить Т-образную РНК с ее аминокислотой. Эти аминоацилированные тРНК участвуют в трансляции транскрипта мРНК и являются фундаментальными элементами, которые соединяются с кодоном аминокислоты. [1] Необходимость колебательной пары оснований иллюстрируется экспериментами, в которых пара гуанин-урацил заменяется на ее естественную пару гуанин-цитозин. Олигорибонуклеотиды были синтезированы на Gene Assembler Plus, а затем распределены по последовательности ДНК, которая, как известно, кодирует тРНК для аланина. Затем 2D-ЯМР анализируется на продуктах этих новых тРНК и сравнивается с нестабильными тРНК. Результаты показывают, что с изменением этой колебательной пары оснований структура также меняется, и альфа-спираль больше не может образовываться. Альфа-спираль была узнаваемой структурой аминоацил-тРНК-синтетазы, и, таким образом, синтетаза не соединяет аминокислоту аланин с тРНК аланина. Эта колеблющаяся пара оснований важна для использования аминокислоты аланина в E. coli , и ее значение здесь подразумевает значимость для многих родственных видов. [10] Дополнительную информацию об аминоацил-тРНК-синтетазах и геномах тРНК E. coli можно найти по внешним ссылкам , в разделе «Информация об аминоацил-тРНК-синтетазах» и в базе данных геномных тРНК .
См. также
[ редактировать ]Сноски
[ редактировать ]- ^ Эти отношения можно дополнительно наблюдать, а также полные кодоны и антикодоны в правильной рамке считывания по адресу: СБДР (15 апреля 2008 г.). «Генетический код и трансляция аминокислот» . Общество биомедицинских исследований диабета . Архивировано из оригинала 4 ноября 2014 г. Проверено 14 сентября 2014 г. Современный взгляд на пары см. в doi:10.1093/nar/gkh185.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Кэмпбелл, Нил; Рис, Джейн Б. (2011). Биология (9-е изд.). Бостон: Бенджамин Каммингс. стр. 339–342 . ISBN 978-0321558237 .
- ^ Кучин, Сергей (19 мая 2011 г.). «Охват всех основ генетики: простые сокращения и диаграммы для обучения студентов-биологов составлению пар оснований» . Журнал микробиологии и биологического образования . 12 (1): 64–66. дои : 10.1128/jmbe.v12i1.267 . ПМЦ 3577215 . ПМИД 23653747 . Архивировано из оригинала 17 октября 2013 года.
Правильное название основания инозина (который является нуклеозидом) — гипоксантин, однако для соответствия номенклатуре нуклеиновых кислот более подходящим является сокращение [I]…
- ^ Лоу, Тодд; Чан, Патрисия (18 апреля 2011 г.). «База данных геномных тРНК» . Калифорнийский университет, Санта-Круз . Архивировано из оригинала 30 мая 2015 года . Проверено 31 октября 2015 г.
- ^ Крик, FHC (август 1966 г.). «Спаривание кодонов и антикодонов: гипотеза колебания» (PDF) . Журнал молекулярной биологии . 19 (2): 548–555. CiteSeerX 10.1.1.693.2333 . дои : 10.1016/S0022-2836(66)80022-0 . ПМИД 5969078 . Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 31 октября 2015 г.
- ^ Мэтьюз, Кристофер К.; Ван Холде, Кентукки; Эпплинг, Дин; и др., ред. (2012). Биохимия (4-е изд.). Торонто: Прентис Холл. п. 1181. ИСБН 978-0-13-800464-4 .
- ^ Фут, Дональд; Фут, Джудит (2011). Биохимия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 1360–1361. ISBN 9780470570951 .
- ^ Варани, Габриэле; Макклейн, Уильям Х (июль 2000 г.). «Пара оснований колебания G·U» . Отчеты ЭМБО . 1 (1): 18–23. дои : 10.1093/embo-reports/kvd001 . ПМЦ 1083677 . ПМИД 11256617 .
- ^ Кокс, Майкл М.; Нельсон, Дэвид Л. (2013). «Белковый метаболизм: колебание позволяет некоторым тРНК распознавать более одного кодона» . Ленингерские принципы биохимии (6-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 1108–1110 . ISBN 9780716771081 . Проверено 31 октября 2015 г.
- ^ Мерфи IV, Фрэнк В.; Рамакришнан, В. (21 ноября 2004 г.). «Структура пурин-пуриновой колебательной пары оснований в декодирующем центре рибосомы». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (12): 1251–1252. дои : 10.1038/nsmb866 . ПМИД 15558050 . S2CID 27022506 .
- ^ Лиммер, С.; Рейф, Б.; Отт, Г.; Арнольд, Л.; Спринцл, М. (1996). «ЯМР-доказательства модификаций геометрии спирали за счет пары оснований GU-колебания в акцепторном плече тРНК (Ala) E. Coli» . Письма ФЭБС . 385 (1–2): 15–20. Бибкод : 1996FEBSL.385...15L . дои : 10.1016/0014-5793(96)00339-0 . ПМИД 8641457 .