[53] замечательного Соровского Образовательного Журнала. Насинтересуют здесь лишь основные характеристики этих ферментов. Википедия — вполне корректно — трактует АРСазу следующим образом:
'Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определенной аминокислоты с соответствующей ей молекулой т РНК. Для каждой аминокислоты существует своя АРСаза. АРСазы обеспечивают соответствие подготавливаемых ими к встраиванию в белок аминокислот и нуклеотидных триплетов антикодона тРНК, таким образом, обеспечивая равильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосоме.
На первом этапе происходит активация аминокислоты АТРазой:
аминокислота+ АТР>аминоацил-AMP +РРi (пирофосфат).
На втором этапе активированная аминокислота соединяется с соответствующей тРНК:
аминоацил-AMP + тРНК>аминоацил-тРНК + АМР.
Суммарное уравнение двух реакций:
аминокислота + тРНК + ATP >аминоацил-тРНК + AMP + PPi
Сначала в активном центре синтетазы связываются соответствующая аминокислота и АТФ. Из трёх фосфатных групп АТФ две отщепляются, образуя молекулу пирофосфата (PPi), а на их место становится аминокислота. Образованное соединение (аминоацил-аденилат) состоит из ковалентно связанных высокоэнергетической связью аминокислотного остатка и АТФ. Энергии, содержащейся в этой связи, хватает на все дальнейшие этапы, необходимые для того, чтобы аминокислотный остаток занял своё место в полипептидной цепи (то есть в белке). Аминоацил-аденилаты нестабильны и легко гидролизуются, если диссоциируют из активного центра синтетазы. Когда аминоацил-аденилат сформирован, с активным центром синтетазы связывается 3’-конецтРНК, антикодон которой соответствует активируемой этой синтетазой аминокислоте. Происходит перенос аминокислотного остатка с аминоацил-аденилата на 2’- либо 3’-ОН группу рибозы, входящей в состав последнего на 3’-концеаденинатРНК. Таким образом синтезируется аминоацил-тРНК, то естьтРНК несущая ковалентно присоединённый аминокислотный остаток. От аминоацил-аденилата при этом остаётся только АМФ. И аминоацил-тРНК, и АМФ освобождаются активным центром.
Каждая из двадцати аминоацил-тРНКсинтетаз должна всегда прикреплять ктРНК только свою аминокислоту, узнавая только одну из 20-ти протеиногенных аминокислот, и не связывая другие похожие молекулы, содержащихся в цитоплазме клетки. Аминокислоты значительно меньшетРНК по размерам, неизмеримо проще по структуре, поэтому их узнавание является значительно большей проблемой, чем узнавание нужной тРНК. В действительности, ошибки имеют место, но их уровень не превышает одной на 10,000 — 100,000 синтезированных аминоацил-тРНК. Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (I иV,A и G). Для таких случаев во многих аминоацил- тРНКсинтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты. Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием...
Все аминоацил-тРНКсинтетазы произошли от двух предковых форм, и объединены на основе структурного сходства в два класса. Эти классы отличаются по доменной организации, структуре главного (амино-ацилирующего)домена, способу связывания и аминоацилированиятРНК. Аминоацилирующий домен аминоацил-тРНКсинтетаз 1-го класса образован так называемой укладкой Россмана, в основе которой лежит параллельный ?-лист. Ферменты 1-го класса являются в большинстве случаев мономерами. 76-й аденозин тРНК они аминоацилируют по 2’-ОН группе. Ферменты 2-го класса имеют в основе структуры аминоацилирующего домена антипараллельный ?-лист. Как правило, они являются димерами, то есть имеют четвертичную структуру. За исключением фенилаланил-тРНКсинтетазы все они аминоацилируют 76-й аденозин тРНК по 3’-ОН группе. Каждый класс дополнительно делится на 3 подкласса — a,b и c по структурному сходству...
Глобула аминоацил-тРНКсинтетазы состоит из двух основных доменов — аминоацилирующего, в котором располагается активный центр и происходят реакции, и антикодон-связывающего, узнающего последовательность антикодонатРНК...«
Этот довольно пространный отрывок дает только самое общее впечатление о сложности структуры и функции АРСаз. Помимо основных описанных функций, они выполняют в клетке и другие, называемые неканоническими; мы касаться их не будем.
И все же функция упомянутого выше антикодон-связывающего домена не является абсолютным условием аминоацилированиятРНК. Нина Энтелис в связи с этим отмечает, что «для аланиновойАРСазы, например, основным элементом узнавания служит неканоническая пара G-U в аминоакцепторном стебле. При замене этой пары на G-C, A-U и даже на U-G аланиноваятРНК теряет способность аминоацилироватьсяаланином. Если же в любой другой тРНК заменить третью пару аминоакцепторного стебля на G-U, то эта тРНК приобретает сродство к аланиновойАРСазе и способность присоединять аланин. Таким образом, для распознавания своей тРНКаланиновойАРСазе(и она не исключение) достаточно небольшого участка аминоакцепторного стебля». У сериновой и лейциновойАРСазE.coli антикодон также не участвует во взаимной рекогниции. Это, в частности, значит, что изменение антикодона в таких случаях — а иногда и в других, когда даже весь антикодон участвует в узнавании своей АРСазой, — не сможет повлиять на исходную специфичность аминокислоты — разве что сделает ее несколько менее эффективной.
Стоит еще раз упомянуть две особенности АРСаз. Во-первых, это очень различные в структурном отношении белковые молекулы, преимущественно классифицированные только по узнаваемому субстрату. Во-вторых, они обладают столь высокой специфичностью, что для ее характеристики даже используется особый термин — сверхспецифичность. Это свойство, отмечает Ольга Лаврик, тем более уникально, что «задачу специфичности АРСазы решают дважды: на стадии активации аминокислоты и на стадии взаимодействия с тРНК». И это при скорости роста полипептидной цепи в 20 аминокислот в секунду (для прокариот; у эукариот эта скорость на порядок меньше).
А теперь — имея в виду все, о чем мы только что рассказали, — отметим следующие два обстоятельства:
— тРНК транскрибируются на геномной матрице, где естественно — как и всякие гены — подвергаются мутациям, которые приводят к точечным и другим изменениям в транскриптах (в том числе — и в антикодонах);
— любая мутация по основаниям антикодона или по другим основаниям тРНК, участвующим в рекогницииАРСазами, которая может привести к изменению соответствия кодон- аминокислота, то есть к изменению кодировки немедленно исключит мутант из процесса декодирования;
и зададимся такими вопросами: если генетический код столь феноменально консервативен, что оказался способным практически не измениться за три с половиной миллиарда лет (о чем свидетельствует его универсальность), то:
— как быстро он сформировался?
— почему он стал именно таким?
— какие варианты могли ему предшествовать?
