Первичная структура
тРНК и мРНК
Под первичной структурой нуклеиновых
кислот понимают порядок, последовательность
расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной
цепи РНК. Такая цепь стабилизируется
3',5'-фосфодиэфирными связями. Поскольку
молекулярная масса нуклеиновых кислот
колеблется в широких пределах (от 2•104
до 1010–1011), установить первичную структуру
всех известных РНК и особенно ДНК весьма
сложно. Тем не менее во всех нуклеиновых
кислотах (точнее, в одноцепочечной нуклеиновой
кислоте) имеется один и тот же тип связи
– 3',5'-фосфодиэфирная связь между соседними
нуклеотидами. Эту общую основу структуры
можно представить следующим образом:
Установлено, что в образовании межнуклеотидной
связи участвуют гидроксильные группы
в 3'- и 5'-положениях остатков углевода.
К настоящему времени удалось определить
первичную структуру почти всех тРНК,
ряда молекул 5S рРНК, 16S рРНК E.coli, вирусных
РНК, в состав которых входят сотни и тысячи
нуклеотидных остатков. Ниже приводится
примерная схема последовательности нуклеотидов
в молекуле РНК. Все клеточные РНК в основном
состоят из одноцепочечной по-линуклеотидной
цепи: 5'-Г–У–Г–Ц–А–А–...–У–Ц–Г–Ц–Ц–А–3'
Полинуклеотидная цепь молекулы РНК имеет
на одном конце почти всегда свободный
монофосфорный эфир, который принято обозначать
как 5'-конец; на противоположном конце
цепи такой фосфат отсутствует, а содержится
нуклеотид со свободными 2'- и 3'-гидроксильными
группами. Если подвергнуть щелочному
гидролизу молекулу РНК, то в качестве
концевого нуклеотида будут обнаружены
ЦМФ со свободным фосфатом у 5'-конца и
свободный аденозин в виде свободного
нуклеозида у 3'-конца полинуклеотидной
цепи. В выяснении первичной структуры
РНК решающую роль сыграли методы ступенчатого
гидролиза, осуществленного в основном
экзонуклеа-зами и заключающегося в последовательном
отщеплении по одному мононуклеотиду
с одного конца молекулы нуклеиновой кислоты.
Ниже представлена первичная структура
первой РНК, имеющей 77 нуклеотидов, для
которой была расшифрована нуклеотидная
последовательность в 1965 г. Р. Холли и сотр.,
а именно аланиновой тРНК: В этой структуре
Р – остаток фосфата, ψ – псевдоУМФ, МеГ
– метилгуа-нин, ДиНУ – дигидроурацил,
ДиМеГ – диметилгуанин, МеИ – метилинозин.
Следует особо указать на две существенные
особенности первичной структуры всех
тРНК. Первая из них заключается в том,
что 5'-концом всегда является гуаниловая
(редко цитидиловая) кислота, несущая свободный
остаток фосфата у С-5'. Вторая особенность
– наличие на противоположном конце молекулы
остатков трех мононуклеотидов с одинаковой
последовательностью – ЦЦА, причем остаток
адениловой кислоты содержит свободную
3'-ОН-группу. Между этими структурами в
строго определенной последовательности
располагаются все остальные нуклеотидные
остатки, среди которых на долю минорных
нуклеотидов приходится до 10%. Полинуклеотидная
цепь разных типов тРНК содержит около
75 нуклеотидов. Матричные (информационные)
РНК относятся к наиболее гетерогенному
классу нуклеиновых кислот, отличающихся
по массе (см. табл. 3.1), структуре, размерам,
стабильности и функциям. Основной функцией
мРНК является перенос информации от ДНК
(точнее, от гена) на белоксинте-зирующую
систему клетки. мРНК выполняет роль матрицы
и, следовательно, определяет первичную
структуру синтезируемого белка (подробнее
см. главу 14). мРНК наделены рядом особенностей
первичной структуры; в частности, на 5'-конце
все они содержат определенную последовательность
рибонуклеотидов, получившую название
шапочки (кэп). Первым нуклеотидом является
7-метилгуанозинтрифосфат, который присоединяется
к 5'-гидроксилу соседнего мононуклеотида,
представленного 2'-О-метилпуриновым нуклеотидом.
На другом 3'-конце большинства (но не всех)
мРНК содержится полиадениловая последовательность
(поли-А), насчитывающая от 150 до 200 нуклеотидов.
Роль «кэпирования» и «полиаденилирования»
мРНК в белковом синтезе окончательно
не выяснена. Предполагают, что кэп необходим
для специфического узнавания в процессе
трансляции, в то время как поли-А отводится
роль фактора стабилизации всей молекулы
мРНК. В последние годы расшифрована первичная
структура не только низкомолекулярных
5S рРНК разных бактерий и 5,8S рРНК клеток
животных, но и высокомолекулярных 16S и
18S рРНК, насчитывающих до 1200–1500 нуклеотидных
звеньев. Более того, уже выяснены нуклеотидные
последовательности 23S рРНК E.coli и 25S рРНК
дрожжевой клетки, а также первичные структуры
высокомолекулярных (28S) рРНК клеток эукариот,
насчитывающих около 4700 нуклеотидов.