Codul genetic se bazează pe corespondența unică a fiecărui codon (triplet de nucleotide) cu un anumit aminoacid. Această regulă, care părea inviolabilă, nu se realizează în Euplotes infusoriene, care, în cadrul aceleiași gene, codonul UGA poate codifica doi aminoacizi diferiți, cisteină sau selenocisteină. Adevăratul înțeles al fiecărui codon UGA particular este determinat de o secvență de reglare specială a nucleotidelor în porțiunea non-codificatoare a genei.
Codul genetic standard. Cercul central corespunde primei litere a codonului (triplet de nucleotide), cea centrală corespunde celei de-a doua litere, cercul exterior corespunde celui de-al treilea. În afara cercurilor, 20 de aminoacizi standard sunt codificați de tripletele corespunzătoare. Alături de codonii UGU și UGC care codifică cisteina (Cys), există trei codoni stop care codifică sfârșitul sintezei proteinelor: UAA, UAG și UGA. Ultimul dintre aceste codoni stop "codifică" simultan selenocisteina, iar în Euplotes infusoriene nu este un codon stop și în mod implicit codifică cisteina
Selenocisteina (selenocisteina) este un aminoacid non-standard "douăzeci și unu", care diferă de cisteina convențională prin faptul că în loc de un atom de sulf, compoziția sa include un atom de seleniu. Selenocisteina este o componentă esențială a câtorva enzime importante din corpul animalelor (inclusiv omul), protozoarele, bacteriile și arhaia. Proteinele care conțin selenocisteină sunt numite selenoproteine (selenoproteine). În genomul uman conține mai mult de 20 de gene de selenoproteine, astfel încât seleniul este o componentă esențială a nutriției, iar lipsa de alimente duce la diferite boli.
Codul genetic standard cu toate acestea, oferă posibilitatea de a codifica numai douăzeci de „canonice“ aminoacizi, și pentru a codifica douăzeci și unulea, evoluția a trebuit să meargă la truc. Pentru codificarea selenocisteinei se utilizează un codon UGA, care implicit este un codon stop, adică semnalează sfârșitul sintezei moleculei de proteină. Cu toate acestea, în cazul în care regiunea de codificare a secvenței de gene specifică de nucleotide pentru a fi numit SECIS (secvența de inserție selenocysteine), aparatul de sinteza proteinelor interpretează codon care codifică UGA ca selenocysteine.
In organisme, genomului care au gene selenoproteins, există un ARN special de transfer selenoproteinovaya care recunoaste UGA codon folosind anticodon complementară UCA. Secvența SECIS în timpul transcrierii este inclusă în compoziția ARN matrice sintetizată pe baza genei selenoproteinei. Odată ce un ARN șablon compoziție, SECIS se pliază într-o anumită structură tridimensională - „ac de păr“ cu două ocheți (a se vedea figura.), Care servește ca un semnal forțând aparatul sinteza proteinelor conectate la codon UGA transfer ARN care transportă selenocysteine.
Anton Turanov si Vadim Gladyshev de la Universitatea din Nebraska (Lincoln, SUA) si colegii de la mai multe instituții de cercetare din SUA au studiat mecanismul de codificare selenocisteină în ciliate Euplotes. Această infuzorie este interesantă deoarece, spre deosebire de alți infuzorieni și marea majoritate a lucrurilor vii, codonul UGA nu este un codon stop și implicit "cisteină". Cercetatorii au crezut ca, daca exista Euplotes selenoproteine, acest infuzorii poate fi singurul organism care are același triplet de nucleotide care codifică, în funcție de context, doi aminoacizi diferiți.
Opt gene care codifică selenoproteine au fost găsite în genomul Euplotes infusoria. În partea necodată a fiecăreia dintre ele are o secvență de reglementare Secis, care „explica“ celula care a codonilor UGA din selenocisteină genei codifica (alta implicit codoni UGA codifica cisteină). Figura prezintă structura secvenței de reglementare SECIS pentru toate cele opt gene (nume top-genă). Această configurație a SECIS are loc după efectuarea transcrierii, iar SECIS a devenit parte a matricei ARN
Și sa dovedit. Cercetatorii au descoperit opt gene de selenoproteine in genomul Euplotes, fiecare cu o secventa SECIS si cel putin un codon UGA. În patru dintre aceste gene, s-a găsit mai mult de un astfel de codon. După cum sa dovedit, numai unul dintre codonii UGA din fiecare genă codifică selenocisteina. Restul sunt interpretați de către celulă ca cisteină care codifică. Astfel, codonul UGA din Euplotes poate codifica doi aminoacizi diferiți chiar și în cadrul aceleiași gene.
Structura genei eTR1, care codifică enzima tioredoxin reductaza. Coloanele verticale colorate indică localizarea codonilor care codifică cisteina (UGU - benzi albe, UGC - verde, UGA - roșu). Literele multicolore C deasupra codonilor indică faptul că acest codon codifică cisteina. Cel mai drept, cel mai apropiat de codonul SECIS UGA codifică selenocisteina (U). Fig. din materiale adiționale la articolul în discuție în știință
În genomul nuclear al Euplotes, se găsesc trei gene de transport ARN care recunosc codonul UGA: tRNA de selenocisteină și două variante de ARN cisteinic. În genomul Euplotes mitocondrial, codonul UGA codifică triptofanul și, în consecință, există un al patrulea tRNA triptofan mitocondrial care recunoaște acest codon.
Pentru a testa cât de universal este mecanismul de codificare a selenocisteinei în diferite organisme, cercetătorii au transplantat genele selenoproteinelor infusoriei (împreună cu secvențele SECIS) în celulele embrionare umane. S-a dovedit că aparatul de sinteză a proteinelor umane înțelege în mod corect semnificația acelor codoni ai UGA în genele infuzorii care codifică selenocisteina. Celulele umane au sintetizat cu succes selenoproteine pe baza de gene ciliate, folosind ARN-ul selenocisteinei umane. Totuși, acest lucru sa întâmplat numai cu acele gene selenoproteine ale infuzorienei, în care codonul UGA este unul și codifică selenocisteina. După ce sa dat peste codul UGA, codificând cisteina în infuzoriene, celulele umane au interpretat-o ca un codon stop și au întrerupt sinteza moleculei de proteină. Acest lucru este de înțeles, deoarece o persoană nu are cRNA cisteină care recunoaște codonul UGA.
Cercetatorii au incercat, de asemenea, sa afle cum celulele intelege care dintre codonii de UGA intr-o anumita gena ar trebui sa fie interpretate ca cisteina si care ca selenocisteina. După cum sa dovedit, depinde de structura SECIS. Fiecare varianta a secvenței SECIS indică celulei o porțiune definită strict a genei cu câteva zeci de nucleotide lungi, în care toți codonii UGA sunt interpretați ca selenocisteină. În afara acestui site, codonii UGA sunt tratați în funcție de valoarea lor implicită: infuzorienii - ca cisteina, la oameni - ca codoni stop.
Din structura SECIS secvență depinde de distanța de la porțiunea de capăt a genei va fi localizată, în care va fi difuzat toate UGA selenocysteine. Semnificația diferențelor subtile în structura SECIS este înțeleasă în același mod de infuzorieni și celule umane. Pentru a găsi toate acestea, cercetătorii au proiectat și inserat în celule umane diverse realizări modificate selenoproteinovyh gene (a fost mutat din loc în loc de codoni UGA, înlocuit SECIS un exemplu de realizare la altul, și așa mai departe. D.).
Astfel, codul genetic, "normal" folosit pentru a codifica 20 de aminoacizi, poate fi extins dacă este necesar. În plus față de selenocisteina, care este considerat cel de-al 21-lea aminoacid, există și a 22-a pirolizină (pirolizină). Este o parte a unor enzime importante din organisme, considerate una dintre cele mai vechi de pe planeta - metanogeni arheeni (a se vedea metanogeneza). Pirolizina ca selenocysteine este codificat canonic codon stop, dar altele (UAG), și, de asemenea, în combinație cu un „ac de păr“ reglementare specială în regiunea necodificatoare a genei.
Poate că aceste moduri ciudate, non-canonice de codificare a aminoacizilor vor ajuta la aruncarea luminii asupra misterului originii codului genetic. Articolul nu spune acest lucru, ci pentru că putem presupune că, în timpul evoluția mecanismelor specifice de sinteză a polipeptidelor din lume ARN și strict-o corespondență între codonii și aminoacizi formați imediat, iar la început codul genetic întreg a avut loc „pe tocuri“.
Trimiteți-le prietenilor: