Физические основы генетического кода, способы связи и скорости взаимодействия молекул
http://galicarnax.livejournal.com/24409.html
"Как работает генетический код"
Там по ссылке текст, очень ясно написанный, весьма рекомендую тем, кому. Об устройстве транспортных РНК
О ферментах-синтетазах, которые соединяют аминокислоты с тРНК.
"Теперь вопрос как реализуется генкод можно переформулировать еще раз: как синтетаза узнает свои тРНК? Делает она это "ощупыванием" - одна ее слегка вогнутая сторона предназначена для контакта с тРНК. Со стороны тРНК в процесс узнавания наиболее часто вовлечены акцепторный стебель, антикодон и D-петля. На рис. 4 те нуклеотиды, которые участвуют в распознавании тРНК синтетазой, обозначены фиолетовыми шариками. Чем больше шарик, тем чаще это место используется для распознавания. Числа возле шариков - это порядковый номер нуклеотидов в молекуле тРНК. Например, антикодон образуется нуклеотидами 34, 35 и 36, а нуклеотид 73 находится в акцепторном стебле. Показаны сайты узнавания для двух упомянутых выше классов синтетаз.
Ключевой момент для понимания гибкости генкода здесь в том, что антикодон не является единственным решающим элементом в распозновании тРНК, важна вся ее конфигурация. Более того, в случае некоторых синтетаз (например, лейциновой и сериновой синтетаз у E.coli) антикодон вообще не участвует в распознавании [3]. Что это значит? А то, что какой бы ни был антикодон у такой тРНК, к ней всегда будет присоединяться одна и та же аминокислота. Именно это подразумевается под отсутствием жесткой химической логики, связывающией данные кодон и аминокислоту. В других случаях в распознавании участвует только один нуклеотид антикодона, чего также недостаточно для "жесткого связывания". Даже в тех случаях, когда в распознавании участвует весь антикодон, имеется определенная свобода его изменения. Дело в том, что если в молекуле тРНК искусственно поменять антикодон на другой, оставив всю ее остальную часть нетронутой, то либо тРНК просто станет неактивной, либо она продолжит принимать на себя прежнюю аминокислоту, но с меньшей эффективностью, либо вообще ничего не изменится и она будет принимать прежнюю аминокислоту фактически также эффективно, как и с "родным" антикодоном - конкретный из этих вариантов зависит от нового антикодона [4]. Но чего точно не произойдет - тРНК не начнет принимать новую аминокислоту, соответствующую новому антикодону.
Итак, ответ на вопрос "где физически закодирован генкод" такой: физически он закодирован в молекулах тРНК. А именно: с одной стороны, ее антикодон определяет, какому кодону на мРНК она соответствует; с другой стороны, ее общая пространственная конформация определяет, какой именно синтетазой она будет узнана и, в итоге, какая именно аминокислота к ней будет присоединена.
Наглядная аналогия: 20 синтетаз - это 20 закрытых дверей с надписью "аминокислота такая-то". Молекулы тРНК - это ключи от дверей. Если ключ подошел к двери - она открывается и впускает аминокислоту, которая насаживается на ключ, и вместе они готовы к синтезу белка. Антикодоны на тРНК - это бирки с номерами, которые висят на ключах, и которые можно перевешивать с ключа на ключ. Единственное отличие от реальных ключей здесь в том, что иногда смена бирки может влиять на эффективность работы ключа. Но определенная свобода все же имеется, и бирки на ключах можно в какой-то степени комбинировать.
Можно предположить, что на заре жизни могла иметь место вообще полная свобода в переназначении кодонов аминокислотам. Сегодня молекулы тРНК, соответствующие одной и той же аминокислоте, но работающие в разных организмах, в деталях отличаются друг от друга. Скажем, в лейциновой тРНК у кишечной палочки антикодон в распознавании не участвует, а у дрожжей там задействован один нуклеотид. Зато в валиновой тРНК у палочки участвуют два нуклеотида антикодона, а у дрожжей опять только один. Это наводит на мысль, что такие "зацепки" появлялись в ходе отбора уже после "установления" генетического кода, способствуя его закреплению. А на раннем этапе код мог быть, в принципе, полностью незакрепленным и любой кодон мог быть "назначен" любой аминокислоте.
Теперь вспомним, что сами молекулы тРНК транскрибируются из генома. Поэтому окончательный ответ такой: генетический код "прописан" в геномах! Гибкость генкода можно интерпретировать как его открытость для редактирования. Например, возьмем геном кишечной палочки и найдем в нем все гены, в которых "прошиты" аланиновые тРНК, а также гены с сериновыми тРНК. Меняем во всех этих генах антикодоны - сериновые антикодоны пересаживаем в аланиновые тРНК-гены, и наоборот. Конечно, после этого клетка не выживет, т.к. во всех белках будут вставляться теперь неправильные аминокислоты - вместо серина аланин и наоборот. Поэтому мы также должны заменить во всех белковых генах сериновые кодоны аланиновыми, а аланиновые - сериновыми. Задача, конечно, техничеки трудная, но теоретически выполнимая. И вот после этого клетка уже не почувствует никакой разницы - в белках будут вставляться правильные аминокислоты. Но сам генетический код уже будет другой.
Так почему же, если генетический код настолько гибкий, он не менялся последние 3-4 миллиарда лет? У организмов, живших и живущих в это время, в геноме кодируются сотни и тысячи белков. Если происходит мутация в обычном белковом гене, то она либо нейтральна, либо вредна и отсеивается отбором, либо улучшает функцию белка и закрепляется отбором. То есть эволюцию отдельного белка представить можно, за счет последнего варианта. Но ежели происходит мутация, скажем, в антикодоне тРНК, то эта тРНК будет принимать несоответствующую новому антикодону аминокислоту (в лучшем случае она станет просто неактивной) и все белки будут транслироваться неправильно. Ведь в белковых генах остались прежние кодоны - их никто не заменил, как это сделали мы в воображаемом опыте. Поэтому мутации в антикодонах тРНК должны отсеиваться отбором моментально. Поэтому он и не меняется последние миллиарды лет.
Но значит ли это, что код действительно является замерзшей случайностью? Нет. Универсальный код с биологической точки зрения просто жутко оптимален. Но об этом в другой раз."
--------------------------------
Я попросил разъяснений по поводу скорости реакций - и вот что выяснилось:
ivanov_petrov
скажите, пожалуйста, а можно пояснить насчет скорости? То есть вы разобрали детально и подробно специфичность сочетания РНК, синтетазы, аминокислоты. Там в середине упомянута скорость, с которой идет реакция - (20 в секунду) - и тут же говорится, что происходит это вслепую, ощупыванием и т.п. причем молекул в клетке - таких - насколько я понимаю, небольшое количество, насколько помню, там на какие-то десятки-сотни счет может идти. Но тут я мог спутать, сколько помню, там была речь о крайне малом количестве молекул специфического фермента для нек. реакций. Так вот, вопрос - есть ли идеи, можно ли их так же ясно рассказать, как достигается эта очень большая скорость, если речь о соединении нескольких разных классов молекул вслепую, только методом проб и ошибок, ключа и замка?
galicarnax
***причем молекул в клетке - таких - насколько я понимаю, небольшое количество, насколько помню, там на какие-то десятки-сотни счет может идти***
Нет, в таком малом количестве встречаются лишь некоторые регуляторные белки. Основные молекулы, задействованные в синтезе белков - тРНК, синтетазы, рибосомальные субъединицы - они там кишат просто. Точные цифры сейчас не вспомню, но счет может идти на миллионы и более.
*** есть ли идеи, можно ли их так же ясно рассказать, как достигается эта очень большая скорость, если речь о соединении нескольких разных классов молекул вслепую, только методом проб и ошибок, ключа и замка?***
Это чисто статистический эффект. Причем это относится не только к взаимодействиям тРНК-синтетаза или рибосома-тРНК, но и ко всем ферментам-субстратам (например, полимераза-ДНК). Для примера берем рибосому, в которую уже протянута мРНК. Кругом роятся тРНК с прикрепленными аминокислотами. В каждую секунду к последнему кодону на мРНК может прикрепляться, скажем 100 тРНК. Но бОльшая часть из них не соответсвтует кодону, связь образовывается непрочная, длится какие-нибудь микро-секунды (точный масштаб надо уточнять у химико-кинетиков, могу соврать) и потом разрывается. Если же прикрепляется правильная тРНК, связь получается прочная, рибосома "получает сигнал", происходит образование пептидной связи и т.п. В усреднении это и дает примерно 20 аминокислот в секунду (у бактерий).
ivanov_petrov
А кто-нибудь пробовал проверять? Я имею в виду: допустим, сто соединений в секунду, проверочных. Смотрим число переборов и время, потребное на - совпадает ли. Или нужны какие-то еще факторы, или хватает простого перебора в молекулярном бульоне
galicarnax
Я не представляю, как экспериментально можно проверить, сколько раз в секунду соединяются молекулы (хотя шут знает, может химики это и экспериментально умеют делать).
Но теоретически рассчитать это несложно, наверное. Каждая связь характеризуется своей энергией, и если она примерно равна тепловой, то связь рвется так же быстро, как и образовывается. Если же сошлись две "комплементарные" поверхности макромолекул, то образуется куча слабых связей, но их много (а константа связывания растет с числом связей нелинейно) и связь получается прочной.
Это все и изучает кинетика ферментативных реакций.
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4749.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme_kinetics
ivanov_petrov
Я тоже не представляю. Однако молекула имеет некий размер, все происходит около очень небольшого активного центра, размер которого много меньше молекулы. Можно представить модель - многие... тысячи? миллионы? воздушных шаров сложной формы толкутся около активной площадки 1см2 - испытывая сотню соединений в секунду. Мне кажется, тут какие-то механические проблемы обязательно должны возникать. Белок - ведь не электрон, нельзя сказать, что он как-то там размазан. Ему надо реально облепить активный центр, чтобы убедиться в непригодности.
Но я понял, вы, вроде бы, о таких попытках подсчета не слышали.
galicarnax
Ну конкретные цифры я где-то встречал, не могу вспомнить где... Может, там было и про то, как они их получили.
***все происходит около очень небольшого активного центра, размер которого много меньше молекулы***
Размер активного центра часто как раз не намного меньше самой молекулы. Либо два больших воздушных шара взаимодействуют через сайты, сравнимые с их размером (тРНК+синтетаза), либо маленький воздушный шарик попадает в активный центр большого шара (тРНК в рибосоме). Но такого, чтобы два больших шара взаимодействовали через сайт размером с маленький шарик - такого не бывает.
***Мне кажется, тут какие-то механические проблемы обязательно должны возникать.***
Проблемы, конечно, возникают. И в некоторых случаях клетка решает их локализацией ферментов и их субстратов в одном месте. Induced proximity. Т.е. многие молекулярные машинки формируются либо активируются не в любом месте цитоплазмы, а в определнных, нужных местах. Не спрашивайте почему :)
Другое изобретение - scaffold proteins. Это (часто не очень структурированные) белки, связывающие штук пять других молекул, которые должны взаимодействовать между собой. То есть он просто не дает им разбегаться друг от друга.
ivanov_petrov
очень признателен и простите, что пристал. О локализованных ферментах и пр., конечно, знаю, а вот о scaffold proteins - не знал. Чтобы сразу держали пять разбегающихся молекул, пока те не провзаимодействуют... Шикарно
galicarnax
про "не спрашивайте почему" я имел ввиду, что не особо известно - почему.
Например, рецепторы на мембране снаружи получают сигнальную молекулу, и некоторые киназы тут же бросаются из цитоплазмы к мембранам, чтобы передавать сигнал дальше, внутрь. Наверное, рецепторы по радио передают. "Киназы такие-то, вам посылка".
----------------------------
http://galicarnax.livejournal.com/24615.html
"Только я разъяснил, почему генетический код "заморожен" последние миллиарды лет, как в руки попалась статья http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20702426 двухмесячной давности, где японцы рассказывают о том, как им удалось переназначить СТОП-кодон (UAG) кишечной палочки одной из аминокислот, и при этом сделать всего лишь неколько генетических модификаций во избежание летального исхода! Свой абстракт они заключают так: "Результат обнаруживает неожиданную гибкость генетического кода".
СТОП-кодоны узнаются не молекулами тРНК, как обычные кодоны, а специальными белками, называемыми факторами терминации (release factors). Они запускают цепь реакций, в итоге которых рибосома освобождается от мРНК. Если эти белки по какой-то причине отсутствуют в клетке, рибосома "зависает" на СТОП-кодонах и производство белков останавливается.
Японцы нокаутировали ген, кодирующий фактор терминации RF-1. Он узнает один из стоп-кодонов, а именно UAG. Зато они ввели глутаминовую тРНК с антикодоном для UAG. Это значит, что те гены, которые заканчиваются на UAG, будут транслироваться дальше, до тех пор пока в той же рамке считывания не встретится другой стоп-кодон - UAA или UGA.
Но перед этим они уточнили из других источников, какие из генов E.coli являются ключевыми, т.е. такими, нокаут одного из которых ведет к гибели клетки. Таких генов в геноме палочки менее 10%. Это вовсе не значит, что бактерия будет жить, если остальные 90% генов выключить. Это значит, что если хотя бы один из этих 10% выключен - клетка умирает.
Среди ключевых генов нашлось всего семь штук, которые заканчиваются UAG-кодоном. Остальные заканчиваются другими СТОП-кодонами (UAA или UGA). Японцы методом исключения выяснили, что из этих семи генов только одному необходимо заменить UAG кодон на UAA, чтобы он терминировался правильно. Остальные 6 белков вполне себе переживают тот факт, что у них есть ненужный хвост. Что уж говорить про неключевые гены.
Правда, оказывается, что у E.coli почти половина генов, заканчивающихся на UAG, имеют еще и запасной СТОП-кодон (UAA или UGA) в пределах всего десяти триплетов от конца гена и в той же рамке считывания. Поэтому в этих белках лишний хвост был совсем маленький, примерно из десяти аминокислот. Но есть гены, у которых запасного СТОП-кодона нет и первый попавшийся случайно UAA- или UGA-кодон может оказаться далеко. И ничего - все работает! Как пишут японцы, "эта находка показывает, что белки, сгенерированные из удлиненной рамки считывания, сохраняют свои основные функции, и что протеом E.coli очень толерантен к лишним хвостам на C-концах полипептидов".
Вот поди теперь разбери, почему код не менялся последние миллиарды лет."
"Как работает генетический код"
Там по ссылке текст, очень ясно написанный, весьма рекомендую тем, кому. Об устройстве транспортных РНК
О ферментах-синтетазах, которые соединяют аминокислоты с тРНК.
"Теперь вопрос как реализуется генкод можно переформулировать еще раз: как синтетаза узнает свои тРНК? Делает она это "ощупыванием" - одна ее слегка вогнутая сторона предназначена для контакта с тРНК. Со стороны тРНК в процесс узнавания наиболее часто вовлечены акцепторный стебель, антикодон и D-петля. На рис. 4 те нуклеотиды, которые участвуют в распознавании тРНК синтетазой, обозначены фиолетовыми шариками. Чем больше шарик, тем чаще это место используется для распознавания. Числа возле шариков - это порядковый номер нуклеотидов в молекуле тРНК. Например, антикодон образуется нуклеотидами 34, 35 и 36, а нуклеотид 73 находится в акцепторном стебле. Показаны сайты узнавания для двух упомянутых выше классов синтетаз.
Ключевой момент для понимания гибкости генкода здесь в том, что антикодон не является единственным решающим элементом в распозновании тРНК, важна вся ее конфигурация. Более того, в случае некоторых синтетаз (например, лейциновой и сериновой синтетаз у E.coli) антикодон вообще не участвует в распознавании [3]. Что это значит? А то, что какой бы ни был антикодон у такой тРНК, к ней всегда будет присоединяться одна и та же аминокислота. Именно это подразумевается под отсутствием жесткой химической логики, связывающией данные кодон и аминокислоту. В других случаях в распознавании участвует только один нуклеотид антикодона, чего также недостаточно для "жесткого связывания". Даже в тех случаях, когда в распознавании участвует весь антикодон, имеется определенная свобода его изменения. Дело в том, что если в молекуле тРНК искусственно поменять антикодон на другой, оставив всю ее остальную часть нетронутой, то либо тРНК просто станет неактивной, либо она продолжит принимать на себя прежнюю аминокислоту, но с меньшей эффективностью, либо вообще ничего не изменится и она будет принимать прежнюю аминокислоту фактически также эффективно, как и с "родным" антикодоном - конкретный из этих вариантов зависит от нового антикодона [4]. Но чего точно не произойдет - тРНК не начнет принимать новую аминокислоту, соответствующую новому антикодону.
Итак, ответ на вопрос "где физически закодирован генкод" такой: физически он закодирован в молекулах тРНК. А именно: с одной стороны, ее антикодон определяет, какому кодону на мРНК она соответствует; с другой стороны, ее общая пространственная конформация определяет, какой именно синтетазой она будет узнана и, в итоге, какая именно аминокислота к ней будет присоединена.
Наглядная аналогия: 20 синтетаз - это 20 закрытых дверей с надписью "аминокислота такая-то". Молекулы тРНК - это ключи от дверей. Если ключ подошел к двери - она открывается и впускает аминокислоту, которая насаживается на ключ, и вместе они готовы к синтезу белка. Антикодоны на тРНК - это бирки с номерами, которые висят на ключах, и которые можно перевешивать с ключа на ключ. Единственное отличие от реальных ключей здесь в том, что иногда смена бирки может влиять на эффективность работы ключа. Но определенная свобода все же имеется, и бирки на ключах можно в какой-то степени комбинировать.
Можно предположить, что на заре жизни могла иметь место вообще полная свобода в переназначении кодонов аминокислотам. Сегодня молекулы тРНК, соответствующие одной и той же аминокислоте, но работающие в разных организмах, в деталях отличаются друг от друга. Скажем, в лейциновой тРНК у кишечной палочки антикодон в распознавании не участвует, а у дрожжей там задействован один нуклеотид. Зато в валиновой тРНК у палочки участвуют два нуклеотида антикодона, а у дрожжей опять только один. Это наводит на мысль, что такие "зацепки" появлялись в ходе отбора уже после "установления" генетического кода, способствуя его закреплению. А на раннем этапе код мог быть, в принципе, полностью незакрепленным и любой кодон мог быть "назначен" любой аминокислоте.
Теперь вспомним, что сами молекулы тРНК транскрибируются из генома. Поэтому окончательный ответ такой: генетический код "прописан" в геномах! Гибкость генкода можно интерпретировать как его открытость для редактирования. Например, возьмем геном кишечной палочки и найдем в нем все гены, в которых "прошиты" аланиновые тРНК, а также гены с сериновыми тРНК. Меняем во всех этих генах антикодоны - сериновые антикодоны пересаживаем в аланиновые тРНК-гены, и наоборот. Конечно, после этого клетка не выживет, т.к. во всех белках будут вставляться теперь неправильные аминокислоты - вместо серина аланин и наоборот. Поэтому мы также должны заменить во всех белковых генах сериновые кодоны аланиновыми, а аланиновые - сериновыми. Задача, конечно, техничеки трудная, но теоретически выполнимая. И вот после этого клетка уже не почувствует никакой разницы - в белках будут вставляться правильные аминокислоты. Но сам генетический код уже будет другой.
Так почему же, если генетический код настолько гибкий, он не менялся последние 3-4 миллиарда лет? У организмов, живших и живущих в это время, в геноме кодируются сотни и тысячи белков. Если происходит мутация в обычном белковом гене, то она либо нейтральна, либо вредна и отсеивается отбором, либо улучшает функцию белка и закрепляется отбором. То есть эволюцию отдельного белка представить можно, за счет последнего варианта. Но ежели происходит мутация, скажем, в антикодоне тРНК, то эта тРНК будет принимать несоответствующую новому антикодону аминокислоту (в лучшем случае она станет просто неактивной) и все белки будут транслироваться неправильно. Ведь в белковых генах остались прежние кодоны - их никто не заменил, как это сделали мы в воображаемом опыте. Поэтому мутации в антикодонах тРНК должны отсеиваться отбором моментально. Поэтому он и не меняется последние миллиарды лет.
Но значит ли это, что код действительно является замерзшей случайностью? Нет. Универсальный код с биологической точки зрения просто жутко оптимален. Но об этом в другой раз."
--------------------------------
Я попросил разъяснений по поводу скорости реакций - и вот что выяснилось:
ivanov_petrov
скажите, пожалуйста, а можно пояснить насчет скорости? То есть вы разобрали детально и подробно специфичность сочетания РНК, синтетазы, аминокислоты. Там в середине упомянута скорость, с которой идет реакция - (20 в секунду) - и тут же говорится, что происходит это вслепую, ощупыванием и т.п. причем молекул в клетке - таких - насколько я понимаю, небольшое количество, насколько помню, там на какие-то десятки-сотни счет может идти. Но тут я мог спутать, сколько помню, там была речь о крайне малом количестве молекул специфического фермента для нек. реакций. Так вот, вопрос - есть ли идеи, можно ли их так же ясно рассказать, как достигается эта очень большая скорость, если речь о соединении нескольких разных классов молекул вслепую, только методом проб и ошибок, ключа и замка?
galicarnax
***причем молекул в клетке - таких - насколько я понимаю, небольшое количество, насколько помню, там на какие-то десятки-сотни счет может идти***
Нет, в таком малом количестве встречаются лишь некоторые регуляторные белки. Основные молекулы, задействованные в синтезе белков - тРНК, синтетазы, рибосомальные субъединицы - они там кишат просто. Точные цифры сейчас не вспомню, но счет может идти на миллионы и более.
*** есть ли идеи, можно ли их так же ясно рассказать, как достигается эта очень большая скорость, если речь о соединении нескольких разных классов молекул вслепую, только методом проб и ошибок, ключа и замка?***
Это чисто статистический эффект. Причем это относится не только к взаимодействиям тРНК-синтетаза или рибосома-тРНК, но и ко всем ферментам-субстратам (например, полимераза-ДНК). Для примера берем рибосому, в которую уже протянута мРНК. Кругом роятся тРНК с прикрепленными аминокислотами. В каждую секунду к последнему кодону на мРНК может прикрепляться, скажем 100 тРНК. Но бОльшая часть из них не соответсвтует кодону, связь образовывается непрочная, длится какие-нибудь микро-секунды (точный масштаб надо уточнять у химико-кинетиков, могу соврать) и потом разрывается. Если же прикрепляется правильная тРНК, связь получается прочная, рибосома "получает сигнал", происходит образование пептидной связи и т.п. В усреднении это и дает примерно 20 аминокислот в секунду (у бактерий).
ivanov_petrov
А кто-нибудь пробовал проверять? Я имею в виду: допустим, сто соединений в секунду, проверочных. Смотрим число переборов и время, потребное на - совпадает ли. Или нужны какие-то еще факторы, или хватает простого перебора в молекулярном бульоне
galicarnax
Я не представляю, как экспериментально можно проверить, сколько раз в секунду соединяются молекулы (хотя шут знает, может химики это и экспериментально умеют делать).
Но теоретически рассчитать это несложно, наверное. Каждая связь характеризуется своей энергией, и если она примерно равна тепловой, то связь рвется так же быстро, как и образовывается. Если же сошлись две "комплементарные" поверхности макромолекул, то образуется куча слабых связей, но их много (а константа связывания растет с числом связей нелинейно) и связь получается прочной.
Это все и изучает кинетика ферментативных реакций.
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4749.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme_kinetics
ivanov_petrov
Я тоже не представляю. Однако молекула имеет некий размер, все происходит около очень небольшого активного центра, размер которого много меньше молекулы. Можно представить модель - многие... тысячи? миллионы? воздушных шаров сложной формы толкутся около активной площадки 1см2 - испытывая сотню соединений в секунду. Мне кажется, тут какие-то механические проблемы обязательно должны возникать. Белок - ведь не электрон, нельзя сказать, что он как-то там размазан. Ему надо реально облепить активный центр, чтобы убедиться в непригодности.
Но я понял, вы, вроде бы, о таких попытках подсчета не слышали.
galicarnax
Ну конкретные цифры я где-то встречал, не могу вспомнить где... Может, там было и про то, как они их получили.
***все происходит около очень небольшого активного центра, размер которого много меньше молекулы***
Размер активного центра часто как раз не намного меньше самой молекулы. Либо два больших воздушных шара взаимодействуют через сайты, сравнимые с их размером (тРНК+синтетаза), либо маленький воздушный шарик попадает в активный центр большого шара (тРНК в рибосоме). Но такого, чтобы два больших шара взаимодействовали через сайт размером с маленький шарик - такого не бывает.
***Мне кажется, тут какие-то механические проблемы обязательно должны возникать.***
Проблемы, конечно, возникают. И в некоторых случаях клетка решает их локализацией ферментов и их субстратов в одном месте. Induced proximity. Т.е. многие молекулярные машинки формируются либо активируются не в любом месте цитоплазмы, а в определнных, нужных местах. Не спрашивайте почему :)
Другое изобретение - scaffold proteins. Это (часто не очень структурированные) белки, связывающие штук пять других молекул, которые должны взаимодействовать между собой. То есть он просто не дает им разбегаться друг от друга.
ivanov_petrov
очень признателен и простите, что пристал. О локализованных ферментах и пр., конечно, знаю, а вот о scaffold proteins - не знал. Чтобы сразу держали пять разбегающихся молекул, пока те не провзаимодействуют... Шикарно
galicarnax
про "не спрашивайте почему" я имел ввиду, что не особо известно - почему.
Например, рецепторы на мембране снаружи получают сигнальную молекулу, и некоторые киназы тут же бросаются из цитоплазмы к мембранам, чтобы передавать сигнал дальше, внутрь. Наверное, рецепторы по радио передают. "Киназы такие-то, вам посылка".
----------------------------
http://galicarnax.livejournal.com/24615.html
"Только я разъяснил, почему генетический код "заморожен" последние миллиарды лет, как в руки попалась статья http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20702426 двухмесячной давности, где японцы рассказывают о том, как им удалось переназначить СТОП-кодон (UAG) кишечной палочки одной из аминокислот, и при этом сделать всего лишь неколько генетических модификаций во избежание летального исхода! Свой абстракт они заключают так: "Результат обнаруживает неожиданную гибкость генетического кода".
СТОП-кодоны узнаются не молекулами тРНК, как обычные кодоны, а специальными белками, называемыми факторами терминации (release factors). Они запускают цепь реакций, в итоге которых рибосома освобождается от мРНК. Если эти белки по какой-то причине отсутствуют в клетке, рибосома "зависает" на СТОП-кодонах и производство белков останавливается.
Японцы нокаутировали ген, кодирующий фактор терминации RF-1. Он узнает один из стоп-кодонов, а именно UAG. Зато они ввели глутаминовую тРНК с антикодоном для UAG. Это значит, что те гены, которые заканчиваются на UAG, будут транслироваться дальше, до тех пор пока в той же рамке считывания не встретится другой стоп-кодон - UAA или UGA.
Но перед этим они уточнили из других источников, какие из генов E.coli являются ключевыми, т.е. такими, нокаут одного из которых ведет к гибели клетки. Таких генов в геноме палочки менее 10%. Это вовсе не значит, что бактерия будет жить, если остальные 90% генов выключить. Это значит, что если хотя бы один из этих 10% выключен - клетка умирает.
Среди ключевых генов нашлось всего семь штук, которые заканчиваются UAG-кодоном. Остальные заканчиваются другими СТОП-кодонами (UAA или UGA). Японцы методом исключения выяснили, что из этих семи генов только одному необходимо заменить UAG кодон на UAA, чтобы он терминировался правильно. Остальные 6 белков вполне себе переживают тот факт, что у них есть ненужный хвост. Что уж говорить про неключевые гены.
Правда, оказывается, что у E.coli почти половина генов, заканчивающихся на UAG, имеют еще и запасной СТОП-кодон (UAA или UGA) в пределах всего десяти триплетов от конца гена и в той же рамке считывания. Поэтому в этих белках лишний хвост был совсем маленький, примерно из десяти аминокислот. Но есть гены, у которых запасного СТОП-кодона нет и первый попавшийся случайно UAA- или UGA-кодон может оказаться далеко. И ничего - все работает! Как пишут японцы, "эта находка показывает, что белки, сгенерированные из удлиненной рамки считывания, сохраняют свои основные функции, и что протеом E.coli очень толерантен к лишним хвостам на C-концах полипептидов".
Вот поди теперь разбери, почему код не менялся последние миллиарды лет."