stringtranslate.com

Пара оснований колебания

Пары оснований для инозина и гуанина

Пара оснований с колебанием — это спаривание двух нуклеотидов в молекулах РНК , которое не подчиняется правилам пар оснований Уотсона-Крика. [1] Четыре основные пары оснований с колебанием — это гуанин - урацил ( GU ), гипоксантин - урацил ( IU ), гипоксантин - аденин ( IA ) и гипоксантин - цитозин ( IC ). Для поддержания единообразия номенклатуры нуклеиновых кислот для гипоксантина используется «I», поскольку гипоксантин является азотистым основанием инозина ; [2] в противном случае номенклатура следует названиям азотистых оснований и соответствующих им нуклеозидов (например, «G» для гуанина и гуанозина , а также для дезоксигуанозина ). Термодинамическая стабильность пары оснований с колебанием сопоставима со стабильностью пары оснований Уотсона-Крика. Пары оснований с колебаниями играют основополагающую роль во вторичной структуре РНК и имеют решающее значение для правильной трансляции генетического кода .

Краткая история

В генетическом коде существует 4 3 = 64 возможных кодона (последовательности из трех нуклеотидов ). Для трансляции каждому из этих кодонов требуется молекула тРНК с антикодоном, с которым она может стабильно дополняться. Если каждая молекула тРНК спаривается с ее комплементарным кодоном мРНК с использованием канонического спаривания оснований Уотсона-Крика, то потребуется 64 типа молекулы 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 каноническое спаривание потребовало бы 61 вида тРНК. Поскольку у большинства организмов менее 45 типов тРНК, ⁣ [3] некоторые типы тРНК могут спариваться с несколькими синонимичными кодонами, все из которых кодируют одну и ту же аминокислоту. В 1966 году Фрэнсис Крик предложил гипотезу колебания, чтобы объяснить это. Он предположил, что основание 5' на антикодоне, которое связывается с основанием 3' на мРНК , не так пространственно ограничено, как два других основания, и может, таким образом, иметь нестандартное спаривание оснований. [4] Крик творчески назвал его из-за небольшого количества «игры» или колебания, которое происходит в этой третьей позиции кодона. Движение («колебание») основания в позиции 5' антикодона необходимо для небольших конформационных корректировок, которые влияют на общую геометрию спаривания антикодонов тРНК. [5] [6]

Например, дрожжевая тРНК Phe имеет антикодон 5'-GmAA-3' и может распознавать кодоны 5'-UUC-3' и 5'-UUU-3'. Поэтому возможно, что не-Уотсон-Криковское спаривание оснований произойдет в третьей позиции кодона, т. е. 3' нуклеотид кодона мРНК и 5' нуклеотид антикодона тРНК. [7]

гипотеза колебания

Эти представления привели Фрэнсиса Крика к созданию гипотезы колебания — набора из четырех соотношений, объясняющих эти естественные свойства.

  1. Первые два основания в кодоне создают специфичность кодирования, поскольку они образуют прочные пары оснований Уотсона-Крика и прочно связываются с антикодоном тРНК.
  2. При чтении от 5' до 3' первый нуклеотид в антикодоне (который находится на тРНК и спаривается с последним нуклеотидом кодона на мРНК) определяет, сколько нуклеотидов тРНК фактически различает.
    Если первый нуклеотид в антикодоне - это C или A, спаривание является специфическим и признает исходное спаривание Уотсона-Крика, то есть: только один конкретный кодон может быть спарен с этой тРНК. Если первый нуклеотид - это U или G, спаривание менее специфично, и фактически два основания могут быть взаимозаменяемо распознаны тРНК. Инозин демонстрирует истинные качества колебания, в том смысле, что если это первый нуклеотид в антикодоне, любое из трех оснований в исходном кодоне может быть сопоставлено с тРНК.
  3. Из-за специфичности, присущей первым двум нуклеотидам кодона, если одна аминокислота кодируется несколькими антикодонами и эти антикодоны различаются во второй или третьей позиции (первой или второй позиции в кодоне), то для этого антикодона требуется другая тРНК.
  4. Минимальное требование для удовлетворения всех возможных кодонов (61, исключая три стоп-кодона) составляет 32 тРНК. То есть 31 тРНК для аминокислот и один инициирующий кодон. [8]

Схемы спаривания оснований тРНК

Правила спаривания по принципу колебания. Пары оснований Уотсона-Крика выделены жирным шрифтом . Скобки обозначают связи, которые работают, но будут пользоваться меньшим спросом. Ведущий x обозначает производные (в общем случае) основания, которое следует за ним.

Биологическое значение

Помимо необходимости колебания, наши клетки имеют ограниченное количество тРНК, а колебание обеспечивает большую гибкость, было показано, что пары оснований колебания облегчают многие биологические функции, наиболее наглядно продемонстрированные на примере бактерии Escherichia coli , модельного организма . Фактически, при исследовании тРНК E. coli для аланина существует пара оснований колебания, которая определяет, будет ли тРНК аминоацилирована . Когда тРНК достигает аминоацил-тРНК-синтетазы , работа синтетазы заключается в присоединении Т-образной РНК к ее аминокислоте. Эти аминоацилированные тРНК продолжают трансляцию транскрипта мРНК и являются основными элементами, которые соединяются с кодоном аминокислоты. [1] Необходимость пары оснований колебания иллюстрируется с помощью эксперимента, в котором пара гуанин-урацил изменяется на ее естественную пару гуанин-цитозин. Олигорибонуклеотиды были синтезированы на Gene Assembler Plus, а затем распространены по последовательности ДНК, которая, как известно, кодирует тРНК для аланина, затем 2D-ЯМР запускаются на продуктах этих новых тРНК и сравниваются с колебательными тРНК. Результаты показывают, что с изменением этой колебательной пары оснований структура также изменяется, и альфа-спираль больше не может быть сформирована. Альфа-спираль была узнаваемой структурой для аминоацил-тРНК-синтетазы, и, таким образом, синтетаза не связывает аминокислоту аланин с тРНК для аланина. Это колебательное спаривание оснований необходимо для использования аминокислоты аланина в E. coli , и его значение здесь будет подразумевать значение во многих родственных видах. [10] Более подробную информацию можно найти об аминоацил-тРНК-синтетазе и геномах тРНК E. coli по внешним ссылкам, Информация об аминоацил-тРНК-синтетазах и База данных геномных тРНК .

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Эти отношения можно дополнительно рассмотреть, а также полные кодоны и антикодоны в правильной рамке считывания по адресу: SBDR (2008-04-15). "Genetic Code and Amino Acid Translation". Society for Biomedical Diabetes Research . Архивировано из оригинала 2014-11-04 . Получено 2014-09-14 .Современный взгляд на эти пары см. здесь: doi:10.1093/nar/gkh185.

Ссылки

  1. ^ ab Кэмпбелл, Нил; Рис, Джейн Б. (2011). Биология (9-е изд.). Бостон: Benjamin Cummings. стр. 339–342. ISBN 978-0321558237.
  2. ^ Кучин, Сергей (19 мая 2011 г.). «Охват всех оснований генетики: простые сокращения и диаграммы для обучения парным основаниям студентов-биологов». Журнал микробиологии и биологического образования . 12 (1): 64–66. doi :10.1128/jmbe.v12i1.267. PMC 3577215. PMID 23653747.  Архивировано из оригинала 17 октября 2013 г. Правильное название основания в инозине (который является нуклеозидом) — гипоксантин, однако для соответствия номенклатуре нуклеиновых кислот более уместно сокращение [I]... 
  3. ^ Лоу, Тодд; Чан, Патрисия (18 апреля 2011 г.). «База данных геномных тРНК». Калифорнийский университет, Санта-Круз . Архивировано из оригинала 30 мая 2015 г. Получено 31 октября 2015 г.
  4. ^ Crick, FHC (август 1966). "Codon—anticodon pairing: The wobble hypothesis" (PDF) . Journal of Molecular Biology . 19 (2): 548–555. CiteSeerX 10.1.1.693.2333 . doi :10.1016/S0022-2836(66)80022-0. PMID  5969078. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 года . Получено 31 октября 2015 года . 
  5. ^ Мэтьюз, Кристофер К.; Ван Холде, К. Э.; Эпплинг, Дин; и др., ред. (2012). Биохимия (4-е изд.). Торонто: Prentice Hall. стр. 1181. ISBN 978-0-13-800464-4.
  6. ^ Воэт, Дональд; Воэт, Джудит (2011). Биохимия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 1360–1361. ISBN 9780470570951.
  7. ^ Варани, Габриэль; МакКлейн, Уильям Х (июль 2000 г.). «Пара оснований G·U wobble». EMBO Reports . 1 (1): 18–23. doi :10.1093/embo-reports/kvd001. PMC 1083677. PMID  11256617 . 
  8. ^ Кокс, Майкл М.; Нельсон, Дэвид Л. (2013). «Метаболизм белка: колебание позволяет некоторым тРНК распознавать более одного кодона». Lehninger Principles of Biochemistry (6-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 1108–1110. ISBN 9780716771081. Получено 31 октября 2015 г.
  9. ^ Murphy IV, Frank V; Ramakrishnan, V (21 ноября 2004 г.). «Структура пары оснований пурин-пуринового колебания в декодирующем центре рибосомы». Nature Structural & Molecular Biology . 11 (12): 1251–1252. doi :10.1038/nsmb866. PMID  15558050. S2CID  27022506.
  10. ^ Limmer, S.; Reif, B.; Ott, G.; Arnold, L.; Sprinzl, M. (1996). "ЯМР-доказательства изменений геометрии спирали с помощью пары оснований GU-wobble в акцепторном плече тРНК E. Coli (Ala)". FEBS Letters . 385 (1–2): 15–20. Bibcode : 1996FEBSL.385...15L. doi : 10.1016/0014-5793(96)00339-0 . PMID  8641457.

Внешние ссылки