Что Выявилось В Экспериментах в 1966 Году?

(1) Если аминокислота кодируется более, чем одним кодоном,
то кодоны, кодирующие эту аминокислоту, различаются,
как правило, только по третьему основанию кодона
(см. кодовую таблицу).

(2) Одна и та же тРНК может связываться более, чем с одним кодоном
(в пределах семьи кодонов).

(3) Аденин никогда не присутствует в первом положении антикодона тРНК.

Вот, например здесь. 3-е положение кодона: вверху это Ц, а внизу У.

Есть кодоновые семейства. Первым это разгадал Крик и предложил гипотезу «вихляния». Это вихляние антикодонового 34 положения – располагается на верхушке, там его ничего не ограничивает, он может болтаться. Wobble гипотеза. Вихляние – возможна неточная подгонка. Крик предположил вихляние для 3-его положения кодона, структуры тРНК тогда еще не было.

Сколько не смотрели структуру тРНК, не обнаруживали в антикодоне в первом положении аденин. Он всегда дезаминирован в гипоксантин.

У гипоксантина в 6-ом положении кислород. При дезаминировании в этом положении образуется ОН-группа. Затем происходит кето-енольная таутомеризация, переход с акцептированием водорода кольцевым азотом. Получается прекрасная водородная связь. Вообще, гипоксантин по всем параметрам идентичен гуанину, кроме разницы в одном положении (нет аминогруппы). Пара I-C подобна G-C. В паре I-U происходит небольшое искажение. Вообще, в идеале водородные связи находятся на одной линии. А здесь немного искаженное положение, но, тем не менее, связь образуется. Когда рассматривали изолейциновую тРНК, обнаружили еще одну связь, I-A.

Гипотеза Крика о “вихлянии” положений азотистых оснований при спаривании положения 1 антикодона с положением 3 кодона (Wobble hypothesis, Crick 1966)

Напомню, что Крик считал, что вихляет 3-е положение кодона, поэтому он его закрепил антикодоновое первое положение (в данном случае на картинке аденин) и стал смотреть, какие связи могут образоваться. Он смотрел положения гликозидных связей различных пар относительно стандартных пар. Если пара стандартная, то ничего не сдвигается (нормальные уотсон-криковские взаимодействия). Он допустил, что т.к. третье положение кодона (на самом деле 1-ое антикодона) вихляется, то гликозидная связь будет сдвигаться. Контактные вихляния в определенном пределе, исключая пиримидин-пиримидиновые взаимодействия, возможны. Благодаря этому, Крик предсказал все тРНК для всех возможных кодонов. До сих пор эта гипотеза идеально правильная, хотя тогда не было еще известно и половины кодонов.
Это все потому, что у Крика было физическое мышление.

Почему-то G-A пары нет. Это все также из-за физических причин. Во втором положении сидит NH2группа, она гидратирована, это мешает G связываться с большими нуклеотидами (А например). Существует стерическая помеха между вторыми положениями нуклеотидов (там что-то гидратировано).

Посмотрим снова на все взаимодействия.

В митохондриях при изучении получили почти все также, но там одной тРНК хватало, чтобы связаться со всеми четырьмя кодонами. В первом положении антикодона U (самое простое и доступное), он не модифицирован и при этом вихляние доходит до того, что он связывается прекрасно со всеми 4-мя основаниями в 3-ем положении кодона. Не у митохондрий U в 1-ом положении антикодона всегда модифицирован – например метилирован по С5. Модификация 5-ого положения урацила ограничивает количество узнающей тРНК – до 2 либо 3 тРНК.

Модифицированные нуклеозиды, типичные для первого положения антикодона:

Вопрос для экзамена: Каким минимальным количеством тРНК^Thr (треониновая) можно обойтись, чтобы декодировать все 4 кодона? Ответ: 2. Смотрим внимательно в таблицу генетического кода.

Видим, что для треонина (Thr) характерны следующие кодоны: ACU, ACC, ACA, ACG. Т.е. 3-ему положению кодона (U, C, A, G ) будут как минимум соответствовать два 1-ого положения кодона – это I и С например.

Смыкание блоков малой рибосомной субъединицы при связывании антикодоновой шпильки аминоацил-тРНК («индуцированное соответствие»)

Будем говорить, как взаимодействует антикодон с кодоном в А-участке. Посмотрим, как движутся части рибосомы. Большая субъединица практически не движется, там больше всего движется палец (т.е. выступающие части). Свобода движения функционально полностью совпадает с тепловым спонтанным движением. Малая субъединица очень подвижна. Головка движется относительно тела. Движется слегка боковой выступ, немножко плечо.

Блоки малой субъединицы движутся при связывании Аа-тРНК. Это называется индуцированное соответсвие (термин из физики белка). Т.е. связывание субстрата сопровождается посадкой не просто как ключ в замок (жесткой), но наблюдается определенная максимизация взаимодействия с субстратом. Карман в ферменте меняет конформацию так, что наблюдается такая максимизация. Фактически он сжимается и захватывает субстрат (как пальцы). Физика здесь простая, максимизируется количество возможных взаимодействий с головкой (антикодоновой петлей тРНК). Исследования проводились так, что от тРНК отрезалась только ее антикодоновая шпилька (спиральная часть и антикодон). Малая субъединица связывает именно эту часть тРНК. Смотрели как изолированная субъединица будет реагировать на такое связывание. Удалось увидеть (вроде рентгеном), какие движения происходит при кодон-антикодоновом взаимодействии.

На картинке смотрим на рибосому с контактирующей стороны. Видим шею, клюв, плечо, А-участок, в который должна встать антикодоновая шпилька. В Р-участке уже сидит шпилька тРНК (без пептида). Когда входит антикодоновая петля, то головка кивает, прижимается к плечу, причем как меняется конфигурация головки, так и поднимается плечо (как будто челюсть зажимает входящую Аа-тРНК). Двигаются не только части, обозначенные желтым справа на картинке. Двигается и изгибается также шея, т.е. структура вся живая, подвижная. Если войдет ложная тРНК, то связывания не будет, поскольку не будет сильного притяжения. Субъединица очень точно настроена, только при правильном кодон-антикодоновом взаимодействии (согласно wobble-гипотезе) происходит индуцированное соответствие.