Пять нерешенных проблем науки Артур Уиггинс Чарльз Уинн (стр. 38 из 47)
При ковалентной связи углерода карбоксильной группы аминокислоты с азотом аминогруппы другой аминокислоты выделяется молекула воды и образуется пептидная связь. Белковые молекулы состоят из большой цепи аминокислот, соединенных пептидной связью.
В пищеварительной системе животных аминокислоты выделяются при переваривании белковых молекул, послечего кровотоком доставляются к клеткам организма, где повторно используются.
Аминокислоты идут на «сборку» белков в соответствии с «чертежом», хранящимся в клеточной ДНК и претворяемым в жизнь РНК при содействии белковых катализаторов (ферментов). Таким образом, большинство необходимых организму аминокислот можно собрать из имеющихся в нем аминокислот. Это так называемые заменимые аминокислоты. Те же, которые должны поступать с пищей, относятся к незаменимым аминокислотам.
Более 100 аминокислот встречаются у растений и бактерий, у животных же их 20. В приведенной таблице даны названия, принятые сокращенные обозначения и химические формулы (линейная запись) 20 аминокислот животных.
| Аминокислота | Обозначение | Молекулярная формула |
| Алании | alaA | CHrCH(NH2)-COOH |
| Аринин | arg R | HN=C(NH2)-NH-(CH2)3-CH(NH,)-COOH |
| Аспарагин | asn N | H2N-CO-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Аспарагиновая кислота | asp D | HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Цистеин | cysC | HS-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Глутаминовая кислота | glu E | HOOC-(CH2)2-CH(NH2)-COOH |
| Глутамин | glnQ | H2N-CO-(CH2)2-CH(NH2)-COOH |
| Глицин | gly G | NH2-CH2-COOH |
| Гистидин | his H | NH-CH=N-CH=C-CHrCH(NH2)- COOH |
| Изолейцин | ile I | CH3-CH2-CH(CH3)-CH(NH2)-COOH |
| Лейцин | leu L | (CH3)2-CH-CH?-CH(NH2)-COOH |
| Лизин | lysK | H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COOH |
| Метионин | met M | CH3-S-(CH2)2-CH(NH2)-COOH |
| Фенилаланин | phe F | Ph-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Пролин | pro P | NH-(CH2)3-CH-COOH |
| Серии | ser S | HO-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Треонин | thr T | CH3-CH(OH)-CH(NH2)-COOH |
| Триптофан | trp W | Ph-NH-CH=C-CH2-CH(NH2)- COOH |
| Тирозин | tyr Y | HO-Ph-CH2-CH(NH2)-COOH |
| Валин | val V | (CH3)2-CH-CH(NH2)-COOH |
Источник: http://chemistry.about.com/library/weekly/aa080801a.htm
6. Построение модели ДНК
Крайне малые размеры ДНК не позволяют увидеть ее. Вот почему для некоторых она предстает сугубо отвлеченным понятием, а не действительно существующей молекулой. Лучшему пониманию ДНК может помочь собственноручная сборка ее физической модели.
Детские конструкторы прекрасно подходят для сборки моделей молекул, включая ДНК. Один из авторов этой книги (Артур Уиггинз) воспользовался набором конструктора K'NEX для сборки модели ДНК, которую на рис. 1.4 держат в руках дети, помогавшие ему в этом деле.
Данная модель собрана на основе набора K'NEX 32 ModelBuildingSet в коробке BlueValueTub (34006), который можно приобрести за 30 или 40 долларов (см. www.knex.com).
Рис. 1.4. Модель ДНК, которую держат в руках Рей, Мелисса и Тим Ноу (внуки А. У. Уиггинза)
Руководство по сборке молекулы ДНК можно посмотреть на узле Всемирной Паутины http://c3.biomath.mssm.edu/knex/dna.models.knex.html
По завершении работы вы получите часть молекулы ДНК, содержащую 48 пар оснований. В длину она составит около 1 м.
Получившаяся модель немного отличается от настоящей ДНК. В модели каждый синий стержень находится под углом 20° к предыдущему стержню, тогда как водородные связи в настоящей ДНК параллельны в пределах 6°. Однако модель показывает отдельные повороты спирали, большую и маленькую бороздки и парные основания А-Т и Ц-Г Уотсона—Крика.
При сборке данной модели вы сможете увидеть действие lac-оперона по расщеплению двух нитей ДНК в ходе репликации и работу рестрикционных ферментов, разрезающих ДНК в определенных местах благодаря «подгонке» этих ферментов к молекулам.
7. Кодоны
Почти все формы жизни на Земле используют один и тот же генетический код, ключом к которому служат кодоны. Если нуклеотидные основания в ДНК представить в виде букв генетического кода, то кодоны будут словами, а ген — последовательностью кодонов, образующих предложение. Согласно основному посылу (центральная догма) [занесенного] в ген выражения (экспрессии гена), сообщение от ДНК записывается на мРНК (матричную РНК), которое затем переносится на белки.
Для уяснения работы кодонов рассмотрим ее подробно.
♦ Последовательность содержащихся в ДНК нуклеотидных оснований задается чередованием аденина, тимина, цитозина и гуанина, обычно обозначаемых буква ми А, Т, Ц и Г.
♦ мРНК переписывает нуклеотидные основания ДНК в том же порядке на рибосому, лишь заменив тиминна урацил. В рибосоме происходит сборка белков нанизыванием друг на друга аминокислот (см.: Список идей, 5. Аминокислоты). Порядок следования аминокислот в белке определяет тРНК (транспортная РНК), передающая исходный порядок следования нуклеотидных оснований в ДНК.
Но каким образом четыре нуклеотидных основания определяют, какую из 20 аминокислот необходимо брать при построении белка?
♦ Если бы каждое нуклеотидное основание задавало одну аминокислоту, можно было бы собрать лишь четыре аминокислоты.
♦ Если бы два нуклеотидных основания совместно зада вали одну аминокислоту, выходило бы 42 = 16 аминокислот.
♦ Еслибы три нуклеотидных основания совместно задавали одну аминокислоту, можно было бы получить 43 = 64 аминокислоты, а этого более чем достаточно. Таким образом, кодон должен представлять собой триплет — три идущих вместе основания.
Троичная природа кодона нашла опытное подтверждение в 1961 году благодаря работе Фрэнсиса Крика.
Выяснением вопроса, какие триплеты нуклеотидных оснований определяют аминокислоты, занялся в 1961 году американский биохимик Маршалл Ниренберг, установивший, что УУУ кодирует аминокислоту фенилаланин.
Последующие опыты Ниренберга и других ученых к 1966 году помогли установить полное соответствие между кодона-ми и аминокислотами.
В таблицах приводятся трехбуквенные кодоны и соответствующие им аминокислоты, присоединяемые к выстраиваемой РНК белковой молекуле, а также нуклеотидные основания РНК (У, Ц, А и Г), а не ДНК (Т, Ц, А и Г). Инициирующий [АУГ или ГУГ] и терминирующий [сокр. терм; это УАА (охра-кодон), УАГ (янтарь-кодон) и УГА (опал-кодон)] [трансляцию] кодоны указывают на начало и завершение транскрипции РНК.
| У | Ц | А | Г | ||
| У | УУУ = фен УУЦ = фен УУА = лей УУГ = лей | УЦУ = сер УЦЦ = сер УЦА = сер УЦГ = сер | УАУ = тир УАЦ = тир УАА = стоп УАГ = стоп | УГУ = цис УГЦ = цис УГА = стоп УГЦ = трп | У Ц А Г |
| Ц | ЦУУ = лей ЦУЦ = лей ЦУА = лей ЦУГ = лей | ЦЦУ =про ЦЦЦ = про ЦЦА = про ЦЦГ = про | ЦАУ = хиз ЦАЦ = хиз ЦЦА = глн ЦАГ = глн | ЦГУ = арг ЦГЦ = арг ЦГА = арг ЦГГ = арг | У Ц А Г |
| A | АУУ = иле АУЦ = иле АУА = иле АУГ = мет | АЦУ = тре АЦЦ = тре АЦА = тре АЦГ = тре | ААУ = асн ААЦ = асн ААА = лиз ААГ = лиз | АГУ = сер АГЦ = сер АГА = арг АГГ = арг | У Ц А Г |
| Г | ГУУ = вал ГУЦ = вал ГУА = вал ГУГ = вал | ГЦУ = ала ГЦЦ = ала ГЦА = ала ГЦГ = ала | ГАУ - асп ГАЦ = асп ГАА = гл ГАГ = глу | ГГУ = гли ГЦЦ = гли ГГА = гли ГГГ - гли | У Ц А Г |
Заметим, что большинство аминокислот задается не одним кодоном. Такая избыточность нередко означает, что одна и та же аминокислота задается независимо от того, какое азотистое основание находится на третьем месте в кодоне. Поскольку именно третье положение часто неверно считывается, подобная избыточность сводит к минимуму последствия от ошибок в считывании.
| СТАРТ | АУГ, | ГУГ | Лей | УУА, | УУГ, | |
| ЦУУ, | ЦУЦ, | |||||
| ЦУА, | ЦУГ | |||||
| Ала | ГЦУ, ГЦЦ, | ГЦА, ГЦГ | Лиз | ААА, | ААГ | |
| Apr | ЦГУ, ЦГЦ, | ЦГА, ЦГГ, | Мет | АУГ | ||
| АГА, АГГ | ||||||
| Асн | ААУ, ААЦ | Фен | УУУ, | УУЦ | ||
| Асп | ГАУ, ГАЦ | Про | ЦЦУ, | ЦЦЦ, | ЦЦА, | ццг |
| Цис | УГУ, УГЦ | Сер | УЦУ, | УЦЦ, | УЦА, | УЦГ, |
| АГУ, | АГЦ | |||||
| Глн | ЦАА, ЦАГ | Тре | АЦУ, | АЦЦ, | АЦА, | АЦГ |
| Глу | ГАА, ГАГ | Три | УГГ | |||
| Гли | ГГУ, ГГЦ, | ГГА, ГГГ | Тип | УАУ, | УАЦ | |
| Хиз | ЦАУ, ЦАЦ | Вал | ГУУ, | ГУЦ, | ГУА, | ГУ1 |
| Иле | АУУ, АУЦ, | АУА | СТОП | УАГ, | УГА, | УАА |
8. Укладка белков
Белки, плодусилий ДНК, РНК и белковых ферментов, несут на себе бремя жизни — в буквальном и переносном смысле. На два вида белков, из-за своего строения названных глобулярными [округлыми] и фибриллярными[**********] [вытянутыми], возложены многочисленные обязанности: