0000022 3

GENETYKA

ncgo. Często więc poznanie istoty formowania danej cechy lub cech jest bardzo trudne, jednak na poziomic elementarnym proces realizacji (ściślej ekspresji) informacji genetycznej został dość dokładnie poznany i opisany. Zwykle polega on na zbudowaniu białka enzymatycznego odpowiedzialnego, np. za wykształcenie czerwonego barwnika w komórkach płatków korony u grochu. Jeśli więc dana roślina posiada taki gen, będzie wykształcała czerwone kwiaty. Trzeba jednak zadać sobie pytanie, co właściwie powinna kodować matryca biorąc pod uwagę bardzo złożoną strukturę przestrzenną białek? Otóż zupełnie wystarczające jest. aby gen zawierał informację o strukturze I-rzędowcj białka, ponieważ należy ono do makrocząsteczek samoorganizujących się (por. MOLEKULARNE PODŁOŻE..., ROZDZ: 2.2). Przyjmijmy więc teraz, że interesuje nas tylko jeden gen. O tym, że można w nim zawrzeć informację już wiesz. Teraz kolej na pytanie, jak jej użyć ?

Rzecz w tym. że na początku lat 50-tych nie można było całkowicie wykluczyć bezpośredniego udziału DNA w samej syntezie białka. Dopiero szereg pomysłowych doświadczeń pozwoli! przyjąć założenie, że musi istnieć inna ..ścieżka" biosyntezy białka niż ta, którą zaproponował Gamow. Przykładowo, mikrochirurgiczne usunięcie jądra z komórki Acetabularia nie upośledzało biosyntezy białek nawet przez kilka tygodni. A przecież należało tego oczekiwać zważywszy, że niemal cały komórkowy DNA u Eucaryota zawarty jest w jądrze komórkowym. W innych doświadczeniach rozbijano komórki tworząc bezkomórkowe homogenaty, które traktowano enzymami rozkładającymi DNA. Mimo to dodawane do homogenatów znakowane radioaktywnie aminokwasy były włączane w nowo syntetyzowane białka. Prawidłowe wnioski z tego rodzaju faktów wyprowadził sam Crick. Ten zdolny Brytyjczyk szybko dostrzegł, że DNA jest związkiem chemicznym, który stanowi matrycę dla cząsteczek tzw. adaptorów — nieznanych substancji wykazujących kilka istotnych właściwości (por. Ryc. 22). Do najważniejszych należałoby zaliczyć zdolność jednoczesnego rozpoznawania:

A) trójek kodujących;    B) konkretnych, odpowiadających tym trójkom aminokwasów.

TACGATCGATC...

ATGCTAGCTAG...

cząsteczka adaptora

-1-1-1”

Am,—Anw-- Am$ -

Ryc. 22. Zasada użycia adaptora zaproponowana przez F. Cńcka.

Najważniejsza jest tu kwestia „dopasowania” takiego adaptora zarówno do odpowiednio ułożonych nuklcotydów DNA i ..przełożenie” tego dopasowania na aminokwasy. Najlepiej pasowałoby tutaj jakieś białko, ale jest to wewnętrznie sprzeczne założenie (pomyśl, dlaczego?). Hipoteza adaptorowa zakładała więc już na wstępie, że „pośrednicy” są substancjami niebiałko-wymi. Jest to wspaniały przykład, gdy logiczne myślenie ułatwia prowadzenie poszukiwań. Nic dziwi więc, że wkrótce potem w cytoplazmie badanych komórek wykryto specjalny rodzaj niewielkiego RNA. Dokładniejsza analiza wykazała, że cząsteczki te różnią się od siebie sekwencjami nuklcotydowymi w pewnych rejonach. W sumie wykazano istnienie ponad 20 rodzajów takiego RNA, a każdy z nich do jednego końca cząsteczki mógł przyłączać jeden, charakterystyczny aminokwas. Po przeciw nej stronic cząsteczki takiego RNA znajdowała się pętla zawierająca trójkę nukleotydów zdolną do rozpoznawania matrycy. Pasowało to idealnie do właściwości postulowanych adaptorów. a wykryte cząsteczki elegancko nazwano transportującym RNA (tRNA, bo transfer RNA; por. Ryc. 23 A).

aaa

miejsce -

rozpoznawania matrycy mRNA

miejsce

przyłączenia

konkretnego

aminokwasu

Ryc. 23 A.

Uproszczony model konstrukcji tRNA wskazujący na funkcję lego plinu-kleotydu.

Dzisiaj budowa tRNA została już dokładnie poznana (por. Ryc. 23 B). Jedna dojrzała cząsteczka tRNA składa się z ok. 75—94 nukleotydów, chociaż zarówno u Pro- jak i u Eucaryota prekursory tRNA to bardzo duże cząsteczki powstające na matrycy DNA i ulegające skomplikowanej obróbce. Polega ona zasadniczo na wycinaniu zbędnych fragmentów oraz na modyfikacji chemicznej niektórych nukleotydów (stąd obecne w tRNA „specjalne" zasady, np. pseudoura-cyl, jego symbol to y). Parowanie niektórych odcinków nici pozwala tworzyć dwuniciowc fragmenty struktury II-rzędowcj, przedstawianej modelowo jako liść koniczyny (por. Ryc. 23 B a). Ponadto każdy powstający po obróbce tRNA ulega charakterystycznym sfaldowaniom przestrzennym (struktura M-rzędowa) przyjmując kształt odwróconej litery ,,L’ (por. Ryc. 23 B b). Pomimo, iż różne rodzaje tRNA mają odmienną sekwencję nukleotydów w licznych odcinkach nici, to wykazują też cały szereg cech wspólnych. Przede wszystkim w każdej cząsteczce tRNA formują się cztery charakterystyczne ramiona, spełniające specyficzne zadania;

a)    ramię akceptorowe składa się z tzw. szypuły, tworzonej przez dwuniciowy odcinek kończący się niesparowaną sekwencją CCA (5’ -»3’). Do wolnego końca 3’-OH przyłączany jest aminokwas (por. dalej);

b)    ramię D, które tworzy tzw. pętlę DHU (dihydrouracylową). Sekwencja nukleotydowa tej ostatniej rozpoznawana jest przez enzym, który przyłącza aminokwas do tRNA. Upraszczając — ramię D zawiera informację, jaki aminokwas ma być przyłączony akurat do tego tRNA;

c)    ramię TyC tworzące tzw. pętlę pseudouracylową. Umożliwia ona przymocowanie tRNA do rybosomu;

d)    ramię antykodonowc tworzące tzw. pętlę antykodonową. Ta wyeksponowana część tRNA zawiera charakterystyczną trójkę nukleotydową — antykodon, rozpoznający kodon na odczytywanej matrycy;

e)    ramię zmienne spełniające mniej istotne funkcje pomocnicze. Tą częścią cząsteczki tRNA nie będziemy się zajmować.

Pomiędzy pętlami DHU i TyC powstają dodatkowe wiązania wodorowe powodujące, że ^cała cząsteczka przyjmuje wspomnianą konformację przestrzenną litery „L”. Na jej długiej „laseczce" znajduje się pętla antykodonowa, natomiast na krótszej miejsce akceptorowe (por. Ryc.

23 Bb).

43