Регулирование белкового синтеза

В утверждении о несущественности столь многих нуклеотидов в кодонах молчаливо предполагается, что транспортных тРНК имеется только 20 — по числу аминокислот (и у каждой — только один из «разрешенных» антикодонов). Так ли это? Быть может вырождение имеет место и для тРНК («изоакцепторные тРНК»)? То есть, для доставки аргинина, лейцина и серина в рибосому существует по шесть различных тРНК с разными возможными для этих аминокислот антикодонами. Далее аналогично — по четыре, три и две различных тРНК. И только для метионина и трип-тофана — по одной. В этом случае должны существовать 61 различных тРНК. Экспериментальные данные говорят в пользу такого предположения.

«Изоакцепторных», то есть различных, но присоединяющих к себе одну и ту же аминокислоту транспортных РНК имеется не менее 59-ти. (по некоторым подсчетам их еще больше, но это требует проверки, так как суммарные цифры получали из совокупности работ разных авторов). Изоакцепторные тРНК для одной аминокислоты обнаруживают методом колоночной хроматографии, с которым мы будем знакомиться позже.

Но если транспортных РНК столько же, сколько кодонов, то каждый кодон «узнается» ими целиком и никаких нуклеотидов, не играющих существенной роли в кодонах, нет.

При изучении транспортных РНК возникает еще один вопрос, на который пока никто не ответил. В отличие от всех остальных РНК, транспортные РНК обязательно имеют в своей первичной структуре «модифицированные» нуклеотиды. Иногда это только присоединение к нуклеиновому основанию метильной группы (СНд). А иногда — довольно больших атомардых конструкций, размером чуть ли не в само основание. У разных тРНК модификации разные и модифицированные нуклеотиды расположены в различных местах. Чем организм сложнее, тем модифицированных нуклеотидов в его тРНК больше. Зачем они?

Я предлагаю обсудить довольно смелую гипотезу. Молекула тРНК компактна. В ней много спаренных нуклеотидов («шпилек»), образованных связыванием удаленных друг от друга по одиночной нити тРНК, но комплементарных, участков. Можно утверждать, что каждая молекула тРНК имеет вполне определенную и достаточно жесткую пространственную форму. Модификация некоторых нуклеотидов в молекуле, естественно, влияет на эту форму. У высших организмов таких модификаций достаточно много, чтобы иметь право предположить различие пространственных форм всех изоакцепторных тРНК.

Теперь вернемся к рис. 29. Мы видим, что аа-тРНК № 4 только начинает входить в канал Kg. Связаться со своим код оном, «узнать» его она может только внутри канала. Ошибки при проникновении в Kg разных аа-тРНК, очевидно, нежелательны —ведь неподходящей аа-тРНК пришлось бы возвращаться из рибо-сомы обратно в цитоплазму. (Да и непонятно каким образом — ведь для рибосомы движения в обратную сторону быть не может.) А что, если объемная форма тРНК служит «пропуском» в канал? В этом случае конфигурация входа в канал должна «дышать» — перестраиваться под влиянием каждого «ожидающего» кодона, как бы подающего на вход команду для пропуска подходящей тРНК. Слишком сложно? Но не даром же в рибосомах эукариотов почти вдвое больше разных белков, чем у прокариотов. (Принцип работы рибосом, наверное, в обоих случаях одинаков, но проблемы регулирования биосинтеза белка, как мы увидим, у эукариотов значительно сложнее.)