Отсутствие пространственных структур облегчает синтез белков
Представьте, что вы просматриваете текст где между словами нет пробелов, просматривать таковой текст будет весьма сложно, поскольку не легко выяснить где заканчивается одно слово и начинается второе. При с кодом ДНК, в то время, когда с нее синтезируется РНК и после этого с последней, рибосомы синтезируют полипептидную цепь, — ферменты так же находятся в подобной сложнойситуации. Они должны отыскать верную отправную точку для синтеза белка.
И вправду, в организме прокариотов (организмов безядра), существует точка отсчета – последовательность нуклеотидных паррасположенных рядом состартовым кодоном, с которой ферменты образуют самая устойчивую сообщение. Это оказывает помощь им отыскать отправную точку для себя. Но однако, к удивлению ученых, существуют гены, каковые не имеют данной стартовой последовательности, но наряду с этим кроме этого надежно транслируются вбелковые последовательности.
Исследователи из института Макса Планка молекулярной физиологии растений в Потсдаме (Max на данный момент Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam), нашли, чтосама пространственная структура РНК, возможно, играется решающую роль в этом ходе.
ДНК всех организмов складывается из четырех оснований: аденина, цитозина, гуанина и тимина, каковые сокращенно в британской транскрипции обозначаются буквами A,T,С и G. В РНК тимин заменен на второе основание — урацил (U). С химической точки зрения ДНК — это долгая полимерная молекула, складывающаяся из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Любой нуклеотид складывается из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.
Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт фосфатной группы и дезоксирибозы. Практически во всех случаях (не считая некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК складывается из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована.
В целом структура молекулы ДНК стала называться «двойной спирали». ДНК читается в виде не отдельных пар нуклиотидов а в виде триплетов – три пары нуклиотидов кодирующие в общем итоге 20 аминокислот – биологических кирпичиков всей жизни на земле. Эти триплеты сопоставимы с буквами в отечественном алфавите, каковые возможно поставить совместно, дабы организовать слова.
Посколькумежду триплетами ДНК нет безлюдных пространств, в этом и содержится основная сложность распознавания, с какой пары оснований необходимо начать чтение триплетами. К примеру, при расшифровке генома употребляется способ трехкратного чтения каждой цепочки ДНК сдвигаясь при каждом варианте дешифровки на одн нуклеотид, итого для двух цепочек получается 6 вариантов прочтения из которых ученые выбирают те каковые в конечном счете являются осмысленными – т.е. в которых прослеживается структурные образования, как то: гены, интроны, экзоны, стартовые стоп кодоны и-кодоны, конечно регуляторныепоследовательности.
Перед тем как белки смогут быть синтезированы, ДНК транскрибируется в собственную форму матричной (информационной) РНК (мРНК), по окончании чего мРНК транспортируется в плазму клетки. Потом рибосомы, считывают кодс мРНК и участвуют в месте с транспортными РНК (тРНК) в создании протеиновых цепочек, каковые после этого при помощи энзимов преобретают собственную конечную трехмерную форму.
Рибосомы начинают считывание мРНК ни в начале цепочки ни в каком или случайном месте, но всегдас стартового триплетаAUG.
Данный триплет кодирует аминокислоту метионин, которая так, представляет собой первую аминокислоту в каждом белке. Однако, метионин так же может показаться и в других местахбелковой цепочки . Так, появляется вопрос о том, как рибосомы определят AUG кодирует старт синтеза белка либо метионин.
С целью стартового кодона и распознавания метионина прокариотам приходит на помощь так называемая последовательность Шайна-Дальгарно (англ. Shine-Dalgarno sequence, Shine-Dalgarno box) которая была обрисована австралийскими учеными Джоном Шайном и Линн Дальгарно и есть сайтом связывания рибосом на молекуле мРНК прокариот, в большинстве случаев на расстоянии около 10 нуклеотидов до стартового кодона AUG.
.Последовательность SD есть последовательностью сайта мРНК , что остается фактически неизменным в течении долгого периода эволюции.
Рибосомы имеют анти-Шайн-Дальгарно последовательности, каковые смогут образовывать прочную сообщение с последовательностью SD. Кoмплементарное сотрудничество между последовательностями Шайна-Дальгарно и анти-Шайна-Дальгарно помогает для помещения старт-кодона мРНК в P-сайт рибосомы для начала синтеза белка. Однако, существуют мРНК, каковые не имеют Шайн-Дальгарно последовательности, их рибосомы, однако все равно удаетсяразыскать верный триплет AUG.
До настоящего времения механизм, что разрешает верно выяснить стартовый сигнал был совсем непонятен.
По последним данным, структура — либо, правильнее отсутствие структуры — мРНК выясняется решающим причиной в данной игре. Ларс Шарф (Lars Scharff) и Лиам Чайлдс (Liam Childs)из Университета Макса Планка молекулярной физиологии растений в Потсдаме (Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam) разглядели десятки тысяч генов из различных прокариот и клеточных органелл на наличие Шайн-Дальгарно последовательности.
Они поняли, что, в зависимости от организма, от 15 до 50 процентов всех генов не имеют SD последовательности. И тот факт что однако рибосомы легко определят стартовый кодон на этих мРНК, возможно направляться отнести к тому, что структура мРНК сама предоставляет легкий доступ к такому сайту, в отличии от вторых где AUG обязана транслироваться в метионин.мРНК, в большинстве случаев, не присутствует в виде долгой нити как довольно часто она изображается в книжках, — в действительности онаобразует петли и без того именуемые структурные шпильки.
Механизм распознаваниярибосомой (выделена синим цветом)стартового кодона AUG в отсутствие Шайна-Дальгарно последовательности. Стартовый AUG кодон (зеленый) отличается от всех других триплетов AUG (выделены красным цветом) на однонитевоей РНК своейнеструктурированной областью информационной РНК (тёмные линии).
В результатеисследований выяснилось что рибосомы смогут связываться лишь с неструктурированной областью мРНК: В отличие от генов с Шайн-Дальгарно последовательностью вмРНК гдеШайн-Дельгарно последовательностьотсутствует рядом со стартовый кодоном не отмечается ни каких двухмерных либо трехмерных структур– так прокомментировал это открытие участник изучения Чайлдс.
В опыте, исследователи ввели мутацию гена — они стёрли с лица земли SD последовательность, и скорость, с которой мРНК была транслетированна вбелок быстро сократилась. «Когда мы засунули вторую мутацию, которая развернула структуру мРНК конкретно в месте нахождения стартового кодона, данный эффект был уменьшени производство белка снова возросло», растолковывает Чайлдс. Не обращая внимания на отсутствие последовательности SD, AUG – стартовыйкодон был выяснен рибосомой, поскольку она имела возможность получить доступ к сайту где был стартовый кодон, в отличии от прошлого опыта где доступ к кодону был осложнет так как он был скрыт в струкрурных образованиях.
Теперьна базе структурного анализа мРНК, можнобудет прогнозировать скорость синтеза белка. Помимо этого, сейчас появляются возможностивлиять на количество создаваемого белка методом трансформации структуры мРНК в том либо другом направлении. Это открытие может стать ответственным шагом для оптимизации многих биотехнологических процессов, что со своей стороны может привести к уменьшению цены многих лекарств синтезируемых сейчас при дрожжей и помощи бактерий в биореакторах.
По данным уникальной статьи www.sciencedaily.com/releases/2011/06/110628094839.htm
