Задача 27
В начале кодирующей части гена инфузории есть стоп-кодоны. Однако в начале гена рибосома при встрече с первым стоп-кодоном в иРНК сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3' конца и продолжает синтез полипептида. Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется от 5' к 3' концу зрелой иРНК. Фрагмент начала гена инфузории имеет следующую последовательность (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5'-ГАЦТАТГГТТЦТАТААГГГГАГЦА-3'
3'-ЦТГАТАЦЦААГАТАТТЦЦЦЦТЦГТ-5'
Определите нуклеотидную последовательность информационной РНК и образующийся на ней фрагмент полипептида. При ответе учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты мет. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Решение:
1. Определим последовательность иРНК. Транскрипция происходит с матричной (транскрибируемой) цепи ДНК, которая в данном случае является нижней цепью. Синтез иРНК происходит в направлении от 5' к 3' концу, комплементарно матричной цепи ДНК, которая читается от 3' к 5' концу. При этом вместо тимина (Т) в РНК встраивается урацил (У).
Матричная цепь ДНК: 3'-ЦТГАТАЦЦААГАТАТТЦЦЦЦТЦГТ-5'
Последовательность иРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
2. Определим последовательность аминокислот, учитывая сдвиг рамки считывания. Рибосома начинает движение от 5' к 3' концу иРНК. Полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет.
ИРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
Первая рамка считывания (начиная с первого нуклеотида):
ГАЦ (Асп)
УАУ (Тир)
ГГУ (Гли)
УЦУ (Сер)
АУА (Иле)
АГГ (Арг)
ГГА (Гли)
ГЦА (Ала)
В условии сказано, что в начале гена рибосома при встрече с первым стоп-кодоном сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3' конца. Также указано, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет.
Найдем кодон Мет (АУГ) в иРНК. В данной последовательности иРНК кодон АУГ отсутствует.
Давайте перепроверим условие: "В начале кодирующей части гена инфузории есть стоп-кодоны. Однако в начале гена рибосома при встрече с первым стоп-кодоном в иРНК сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3' конца и продолжает синтез полипептида."
Это означает, что мы должны найти стоп-кодон в первой рамке считывания, а затем сдвинуть рамку. Также, полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет. Это может означать, что Мет является первым аминокислотным остатком после сдвига рамки, или что мы должны найти Мет в одной из рамок считывания.
Рассмотрим все возможные рамки считывания, начиная с 5' конца иРНК:
Рамка 1 (начиная с 1-го нуклеотида):
5'-ГАЦ УАУ ГГУ УЦУ АУА АГГ ГГА ГЦА-3'
Кодоны: ГАЦ, УАУ, ГГУ, УЦУ, АУА, АГГ, ГГА, ГЦА
Аминокислоты: Асп, Тир, Гли, Сер, Иле, Арг, Гли, Ала
В этой рамке нет стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА) и нет кодона Мет (АУГ).
Рамка 2 (начиная со 2-го нуклеотида):
5'-Г АЦУ АУГ ГУУ ЦУА УАА ГГГ ГАГ ЦА-3'
Кодоны: АЦУ, АУГ, ГУУ, ЦУА, УАА, ГГГ, ГАГ
Аминокислоты: Тре, Мет, Вал, Лей, СТОП, Гли, Глу
В этой рамке есть кодон Мет (АУГ) и стоп-кодон (УАА).
Рамка 3 (начиная с 3-го нуклеотида):
5'-ГА ЦУА УГГ УУЦ УАУ ААГ ГГГ АГЦ А-3'
Кодоны: ЦУА, УГГ, УУЦ, УАУ, ААГ, ГГГ, АГЦ
Аминокислоты: Лей, Три, Фен, Тир, Лиз, Гли, Сер
В этой рамке нет стоп-кодонов и нет кодона Мет.
Согласно условию, полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет. В Рамке 2 мы находим кодон Мет (АУГ). После него идет кодон ГУУ (Вал), затем ЦУА (Лей), а затем стоп-кодон УАА.
Условие: "рибосома при встрече с первым стоп-кодоном в иРНК сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3' конца и продолжает синтез полипептида."
В Рамке 2, после Мет, мы встречаем стоп-кодон УАА. После этого стоп-кодона рибосома сдвигает рамку на один нуклеотид в сторону 3' конца.
ИРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
Рамка 2: АЦУ АУГ ГУУ ЦУА УАА ГГГ ГАГ ЦА
Аминокислоты: Тре Мет Вал Лей СТОП
После стоп-кодона УАА, следующий нуклеотид - Г. Сдвигаем рамку на один нуклеотид. То есть, мы начинаем считывание со следующего нуклеотида после стоп-кодона, но уже в новой рамке.
ИРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
После стоп-кодона УАА, следующий нуклеотид - Г. Начинаем новую рамку с Г.
Новая рамка после сдвига: ГГГ ГАГ ЦА
Аминокислоты: Гли, Глу
Таким образом, последовательность полипептида будет состоять из аминокислот, синтезированных до стоп-кодона, и аминокислот, синтезированных после сдвига рамки.
Полипептидная цепь начинается с Мет. Значит, мы берем Мет из Рамки 2.
Мет (АУГ)
Вал (ГУУ)
Лей (ЦУА)
Затем стоп-кодон УАА. После него происходит сдвиг рамки.
После сдвига рамки на один нуклеотид в сторону 3' конца, мы начинаем считывание со следующего нуклеотида после стоп-кодона. То есть, с Г.
Новая рамка: ГГГ ГАГ ЦА
Аминокислоты: Гли, Глу
Окончательная последовательность полипептида:
Мет-Вал-Лей-Гли-Глу
Пояснение:
1. Сначала была определена последовательность иРНК, комплементарная матричной цепи ДНК (нижней цепи), с заменой Т на У и указанием направления 5' к 3'.
Матричная цепь ДНК: 3'-ЦТГАТАЦЦААГАТАТТЦЦЦЦТЦГТ-5'
ИРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
2. Затем были рассмотрены рамки считывания. Учитывая, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет, была найдена рамка считывания, содержащая кодон АУГ (Мет).
Вторая рамка считывания (начиная со второго нуклеотида иРНК):
5'-Г АЦУ АУГ ГУУ ЦУА УАА ГГГ ГАГ ЦА-3'
Кодоны: АЦУ, АУГ, ГУУ, ЦУА, УАА, ГГГ, ГАГ
Аминокислоты: Тре, Мет, Вал, Лей, СТОП, Гли, Глу
3. Рибосома начинает синтез с кодона Мет (АУГ). Далее синтезируются Вал (ГУУ) и Лей (ЦУА). При встрече со стоп-кодоном УАА, рибосома сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3' конца.
4. После стоп-кодона УАА, следующий нуклеотид в иРНК - Г. Сдвиг рамки означает, что считывание продолжится с этого нуклеотида, формируя новую рамку.
Новая рамка после сдвига: ГГГ ГАГ ЦА
Кодоны: ГГГ, ГАГ
Аминокислоты: Гли, Глу
5. Таким образом, последовательность аминокислот в фрагменте полипептида будет:
Мет-Вал-Лей-Гли-Глу
Ответ:
Последовательность иРНК: 5'-ГАЦУАУГГУУЦУАУААГГГГАГЦА-3'
Последовательность фрагмента полипептида: Мет-Вал-Лей-Гли-Глу