Базовая пара колебаний - Wobble base pair

Базовые пары колебаний для инозин и гуанин

А базовая пара колебания это пара между двумя нуклеотиды в РНК молекулы, не соответствующие Уотсону-Крику базовая пара правила.[1] Четыре основные пары оснований колебания: гуанин -урацил (G-U), гипоксантин -урацил (I-U), гипоксантин -аденин (Я), и гипоксантин -цитозин (IC). Чтобы сохранить последовательность номенклатуры нуклеиновых кислот, «I» используется для гипоксантина, потому что гипоксантин является азотистое основание из инозин;[2]в остальном номенклатура следует за названиями азотистых оснований и их соответствующих нуклеозидов (например, «G» для гуанина и гуанозин - а также для дезоксигуанозин ). Термодинамическая стабильность пары оснований колебания сравнима с термодинамической стабильностью пары оснований Уотсона-Крика. Колебательные пары оснований являются фундаментальными в РНК вторичная структура и имеют решающее значение для правильного перевода генетический код.

Краткая история

в генетический код, всего 43 = 64 возможных кодона (три-нуклеотид последовательности). За перевод, каждый из этих кодонов требует тРНК молекула с антикодоном, с которой она может стабильно строить пары антикодон. Если каждая молекула тРНК соединена с ее комплементарным кодоном мРНК с использованием канонического спаривания оснований Уотсона-Крика, то потребуется 64 типа (вида) молекулы тРНК. В стандартном генетическом коде три из этих 64 кодонов мРНК (UAA, UAG и UGA) являются стоп-кодонами. Они завершают перевод путем привязки к факторы выпуска а не молекулы тРНК, поэтому для канонического спаривания потребуется 61 вид тРНК. Поскольку большинство организмов имеет менее 45 видов тРНК,[3] некоторые виды тРНК могут сочетаться с несколькими синонимичными кодонами, каждый из которых кодирует одну и ту же аминокислоту. В 1966 г. Фрэнсис Крик предложил Гипотеза колебания чтобы учесть это. Он постулировал, что 5' базы на антикодоне, который связывается с 3' основываться на мРНК, не был так ограничен пространством, как два других основания, и, таким образом, мог иметь нестандартные пары оснований.[4] Крик творчески назвал это из-за небольшого количества люфта, которое происходит в этой позиции третьего кодона. Движение («колебание») основания в позиции 5'-антикодона необходимо для небольших конформационных корректировок, которые влияют на общую геометрию спаривания антикодонов тРНК.[5][6]

В качестве примера, дрожжи тРНКPhe имеет антикодон 5'-GmAA-3 'и может распознавать кодоны 5'-UUC-3' и 5'-UUU-3 '. Следовательно, возможно образование пары оснований, отличных от Ватсона-Крика, в положении третьего кодона, то есть в положении 3 ' нуклеотид кодона мРНК и 5'-нуклеотида антикодона тРНК.[7]

Гипотеза колебания

Эти представления привели Фрэнсис Крик к созданию гипотезы колебания - набора из четырех взаимосвязей, объясняющих эти естественные атрибуты.

  1. Первые два основания в кодоне создают кодирующую специфичность, поскольку они образуют сильные пары оснований Уотсона-Крика и прочно связываются с антикодоном тРНК.
  2. При чтении 5' к 3' первый нуклеотид в антикодоне (который находится на тРНК и спарен с последним нуклеотидом кодона на мРНК) определяет, сколько нуклеотидов фактически различает тРНК.
    Если первым нуклеотидом в антикодоне является 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 первым нуклеотидом является U или G, спаривание менее специфично, и фактически два основания могут взаимозаменяемо распознаваться тРНК. Инозин показывает истинные качества колебания, в том, что если это первый нуклеотид в антикодоне, то любое из трех оснований в исходном кодоне может быть сопоставлено с тРНК.
  3. Из-за специфичности, присущей первым двум нуклеотидам кодона, если один аминокислота кодируется множеством антикодонов, и эти антикодоны различаются во втором или третьем положении (первом или втором положении в кодоне), тогда для этого антикодона требуется другая тРНК.
  4. Минимальное требование для удовлетворения всех возможных кодонов (61, исключая три стоп-кодона) - 32 тРНК. Это 31 тРНК для аминокислот и один кодон инициации.[8]

схемы спаривания оснований тРНК

Правила сопряжения колебаний. Пары оснований Watson-Crick показаны на смелый. Круглые скобки обозначают привязки, которые работают, но будут менее предпочтительны. Старший x обозначает производные (в общем случае) следующей базы.

тРНК 5 'основание антикодонамРНК 3 'кодонное основание (Crick)[примечание 1]мРНК 3 'кодонное основание (пересмотренное)[9]
АUU, C, G или (A)
Cграммграмм
граммC или UC или U
UА или GА, G, U или (C)
яA, C или UA, C или U
k2CА
Иксм5s2U, Иксм5Гм, Гм, Иксм5UА или (G)
Иксо5UU, A или G

Биологическое значение

Помимо очевидной необходимости колебания, что наши тела имеют ограниченное количество тРНК, а колебание допускает широкую специфичность, было показано, что колебательные пары оснований облегчают многие биологические функции, что наиболее ярко продемонстрировано на бактериях. кишечная палочка, а модельный организм. Фактически, в исследовании Кишечная палочка's тРНК за аланин существует пара оснований колебания, которая определяет, будет ли тРНК аминоацилирована. Когда тРНК достигает аминоацил тРНК синтетаза, работа синтетазы заключается в соединении t-образной РНК с ее аминокислотой. Эти аминоацилированные тРНК переходят к трансляции транскрипта мРНК и являются основными элементами, которые соединяются с кодоном аминокислоты.[1] Необходимость пары оснований колебания проиллюстрирована экспериментами, в которых пара гуанин-урацил заменяется его естественной парой 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 запускаются на продуктах этих новых тРНК и сравниваются с колеблющимися тРНК. Результаты показывают, что с изменением пары оснований колебания структура также изменяется и альфа спираль больше не может быть сформировано. Альфа-спираль была узнаваемой структурой для аминоацил тРНК синтетазы, и, таким образом, синтетаза не связывает аминокислоту аланин с тРНК аланина. Эта пара колебательных оснований необходима для использования аминокислоты аланина в Кишечная палочка и его значение здесь подразумевает значимость для многих родственных видов.[10] Более подробную информацию можно увидеть об аминоацил тРНК синтетазе и геномах Кишечная палочка тРНК на внешняя ссылка, Информация об аминоацил тРНК синтетазах и База данных геномной тРНК.


Смотрите также

Сноски

  1. ^ Эти отношения можно наблюдать в дальнейшем, а также полные кодоны и антикодоны в правильной рамке считывания по адресу: SBDR (15 апреля 2008 г.). «Генетический код и перевод аминокислот». Общество биомедицинских исследований диабета. В архиве из оригинала от 04.11.2014. Получено 2014-09-14. Современный взгляд на пары см. В doi: 10.1093 / nar / gkh185.

Рекомендации

  1. ^ а б Кэмпбелл, Нил; Рис, Джейн Б. (2011). Биология (9-е изд.). Бостон: Бенджамин Каммингс. стр.339–342. ISBN  978-0321558237.
  2. ^ Кучин, Сергей (19 мая 2011 г.). «Охват всех основ генетики: простые сокращения и диаграммы для обучения базовым парам для студентов бакалавриата биологии». Журнал микробиологии и биологии образования. 12 (1): 64–66. Дои:10.1128 / jmbe.v12i1.267. ЧВК  3577215. PMID  23653747. Архивировано из оригинал 17 октября 2013 г.. Получено 16 октября, 2013. Правильное название основания в инозине (который является нуклеозидом) - гипоксантин, однако для согласования с номенклатурой нуклеиновых кислот более подходящим является сокращение [I] ...
  3. ^ Лоу, Тодд; Чан, Патрисия (18 апреля 2011 г.). «База данных геномных тРНК». Калифорнийский университет в Санта-Крус. В архиве с оригинала 30 мая 2015 г.. Получено 31 октября 2015.
  4. ^ Крик, F.H.C. (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. PMID  5969078. В архиве (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г.. Получено 31 октября 2015.
  5. ^ Мэтьюз, Кристофер К .; Van Holde, K.E .; Апплинг, Дин; и др., ред. (2012). Биохимия (4-е изд.). Торонто: Прентис Холл. п. 1181. ISBN  978-0-13-800464-4.
  6. ^ Воет, Дональд; Воет, Джудит (2011). Биохимия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. С. 1360–1361. ISBN  9780470570951.
  7. ^ Варани, Габриэле; Макклейн, Уильям H (июль 2000 г.). «Базовая пара G · U-колебания». EMBO отчеты. 1 (1): 18–23. Дои:10.1093 / embo-reports / kvd001. ЧВК  1083677. PMID  11256617.
  8. ^ Кокс, Майкл М .; Нельсон, Дэвид Л. (2013). «Белковый метаболизм: колебание позволяет некоторым тРНК распознавать более одного кодона». Принципы биохимии Ленингера (6-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен. стр.1108–1110. ISBN  9780716771081. Получено 31 октября 2015.
  9. ^ Мерфи IV, Франк V; Рамакришнан, В. (21 ноября 2004 г.). «Структура пурин-пуриновой пары оснований колебания в декодирующем центре рибосомы». Структурная и молекулярная биология природы. 11 (12): 1251–1252. Дои:10.1038 / nsmb866. PMID  15558050.
  10. ^ Limmer, S .; Reif, B .; Ott, G .; Арнольд, Л .; Спринцл, М. (1996). «ЯМР доказательства модификаций геометрии спирали парой оснований колебания G-U в акцепторном плече тРНК E. Coli (Ala)». Письма FEBS. 385 (1–2): 15–20. Дои:10.1016/0014-5793(96)00339-0. PMID  8641457.

внешняя ссылка