Многие считают, что будто бы мРНК защищена от самосклеивания. Однако широкое внедрение метода интерферирования малых РНК доказало, что мРНК не защищены от взаимодействия с гибридизирующими РНК молекулами. Никто пока не описал защитных белков, которые присоединяются к мРНК с целью ее защиты от такого склеивания (по крайней мере я не нашел таких работ в современной литературе).
В цитологической литературе обычно склеивание двух цепей нуклеиновых кислот обозначают словом гибридизация. Слово гибридизация мне лично не очень нравится, так как оно уже имеет несколько значений ("замазано разнозначием"). В русском языке слово гибридизация имеет несколько значений.
1. Гибридизация (скрещивание) чистых гомозиготных пород или сортов или видов.
2. Вегетативная гибридизация. Пересадка одного растения на другое (привоя на подвой).
3. Гибридизация ин ситу (in situ) (см. Приложение II.21). Микроскопический и биохимический метод определения известной последовательности нуклеотидов.
4. Гибридизация соматическая ― создание клеточных гетерокарионов.
5. Молекулярная гибридизация ин виво (интерференция РНК, склеивание комплементарных участков мРНК и, видимо, других РНК. С другой стороны, склеивание малой РНК с мРНК называют интерференцией.
Поэтому чаще всего я буду употреблять термины склеивание, интерференция и гибридизация нуклеиновых кислот. По аналогии с термином гибридизация ин ситу можно использовать термин гибридизация ин виво (in vivo).
Так как мРНК считывается на рибосоме кодон за кодоном, она не должна складываться в стабильную третичную структуру. Вроде бы спариванию оснований (гибридизации) цепочек мРНК препятствуют белки, ассоциированные с мРНК. Насколько надежно они защищают от гибридизации не совсем ясно из-за различного объема информации, которую могут нести мРНК, РНК этого типа сильно варьируют по размерам.
Поскольку молекула мРНК как следует не предохранена ни от свертывания, но от контакта с другими молекула мРНК, то возможны ситуации, когда возникает склеивание (гибридизация, интерференция) внутри молекулы мРНК, или гибридизация (по-другому ― интерференция) данной мРНК с мРНК другого белка. Склеивание мРНК может быть также между интронами уже в ядре, склеивание между экзонами может происходить и в ядре и в цитоплазме.
Возможны следующие варианты склеек: внутримолекулярные (внутри одной мРНК) параллельные склейки с образованием спиралей, внутримолекулярные антипараллельные склейки в виде шпилек, межмолекулярные (между двумя мРНК) параллельные и антипараллельные склейки.
Склеивание РНК может быть сплошное и с перерывами. Сплошная внутримолекулярная и межмолекулярная гибридизация может быт параллельная, когда обе склеивающиеся молекулы или участки одной и той же молекулы направлены в ту же сторону, и антипараллельная, когда участки направлены в противоположные стороны.
Несплошное ― с маленькой или в большой петлей только на одной молекуле или с петлями на обеих сторонах: маленькими, большими и разными по размеру с той и другой стороны. Может быть такая ситуация, когда одна комплементарная часть гибридизирующихся молекул или частей одной молекулы мРНК прямая, вторая может содержать петлю, в зависимости от длины петли. Склейка в таком виде будет менее прочной и, следовательно, функциональный эффект от склейки будет варьировать.
Может быть склеивание с петлей, как встречная застежка молния, с образованием шпильки, склейки молекул РНК могут быть с включением петли: петлеобразные, как застежка молния, где замки направленные друг против друга и между ними образуется расхождение застежки-молнии.
Вообще эффект от склеивания мРНК (зрелых и незрелых) зависит от длины комплементарных (способных к склеиванию) участков (числа комплементарных нуклеотидов) и их положения в молекуле незрелой и зрелой мРНК. Если длина комплементарных участков небольшая, то склеивание очень слабое. А значит, краткосрочное. Скорее всего, склейка размеров в один или несколько нуклеотидов может быть разорвана во время синтеза белка при трансляции. Если очень длинная, то очень трудно сопоставить правильно, следовательно, эффективность склеивания снижается. При длине 20–25 нуклеотидов эффективность максимальная. Если длина комплементарной склейки достигает 20 и более нуклеотидов, то прочность склейки становится значительной и склеенные участки не позволяют рибосоме передвигаться вдоль мРНК. Синтез белка останавливается.
После склеивания двух мРНК в ядре они, видимо, не могут выйти из ядра. Точно также возникают проблемы экспорта мРНК из ядра, если в ней произошло внутримолекулярное склеивание.
Однако вернемся к нашим генам, кодирующих один и тот же белок. Первый ген дает следующую последовательность нуклеотидов в мРНК
1) АУГ-ЦЦУ-ААЦ-ГАУ-УЦГ-ГГА-ГГУ-ГГГ-ГГЦ-ГГУ-ГГА-АУЦ-ЦГА-УГГ-ЦУУ-АЦГ
Второй дает совершено другую мРНК
2) АУГ-ЦЦГ-ААУ-ГАЦ-УГУ-ГГГ-ГГА-ГГУ-ГГГ-ГГЦ-ГГУ-АУА-ЦГЦ-УГГ-ЦУЦ-АЦЦ
В первой мРНК последовательности:
АУГ-ЦЦУ-ААЦ-ГАУ-УЦГ
АУЦ-ЦГА-УГГ-ЦУУ-АЦГ
вроде бы не комплементарны друг другу. Однако они становятся комплементарны друг другу, если их наложить друг на друга в противоположных направлениях.
АУГ ЦЦУ ААЦ ГАУ УЦГ ГЦА УУЦ ЦЦУ АГЦ ЦУА
Следовательно, если мРНК изогнуть в области расположения нескольких гуанинов, то возникнет внутренняя гибридизация и информация с данной мРНК не может быть превращена в белок.
Проверьте. Последовательности в одинаковом направлении:
АУГ-ЦЦГ-ААУ-ГАЦ-УГУ
АУА-ЦГЦ-УГГ-ЦУЦ-АЦЦ
После поворота:
АУГ ЦЦГ ААУ ГАЦ УГУ ЦЦА ЦУЦ ГГУ ЦГЦ АУА
Второй ген таким дефектом не страдает.
Следующие два белка будут подвергаться гибридизации — склеиваться своими хвостовыми отделами.
1) АУГ-ЦЦУ-ААЦ-ГАУ-УЦГ — ГГА-ГГУ-ГГГ-ГГЦ-ГГУ-ГГА-АУЦ-ЦГА-УГГ-ЦУУ-АЦГ
2) АУГ-ЦЦГ-ААУ-ГАЦ-УГУ-ГГГ- ГГА- ГГУ-ГГГ-ГГЦ-ГГУ-ГЦА-УУЦ-ЦЦУ-АГЦ-ЦУА
Так как мРНК считывается на рибосоме кодон за кодоном, она не должна складываться в стабильную третичную структуру. Вроде бы спариванию оснований (гибридизации) цепочек мРНК препятствуют белки, ассоциированные с мРНК. Насколько надежно они защищают от гибридизации не совсем ясно. То, что защита от склеивания довольно слаба, свидетельствует широкое использование в исследованиях так называемых малых интерферирующих (взаимодействующих) молекул РНК. Склеивание цепей РНК происходит, скорее всего, уже после разделения длинной цепи незрелой мРНК, полученной с оперона ДНК на отдельные мРНК.
Внутримолекулярные гибридизации РНК важны для образования рибозимов и транспортных РНК. Здесь отбор как раз и шел по подбору таких склеиваний. Каков уровень склеивания цепочки нуклеотидов между двумя мРНК не ясно. В цитоплазме имеется масса малых молекул РНК, которые могут связываться с мРНК, но не так сильно. Комплементарные нити мРНК для разных белков могут склеиваться. Длина склевываемых участков и прочность их склеивания зависит от комплементарности цепочек нуклеотидов РНК. Склеивание (гибридизация) двух нуклеотидов слишком непрочно для того, чтобы противостоять энтропийной растворимости молекул силы сцепления становится определенной при наличии сцепления 20 и более нуклеотидов. Думаю, что мРНК должны быть как-то защищены против такого склеивания и против склеивания друг с другом, либо это результат тщательного отбора таких нуклеотидных последовательностей, кодирующих гены, которые бы в принципе не содержали комплементарные зоны длиной более 10 нуклеотидов.
3.5. РОЛЬ КОМПЛЕМЕНТАРНОГО СКЛЕИВАНИЯ (ИНТЕРФЕРЕНЦИИ) МОЛЕКУЛ РНК
Итак, в клетке вполне возможна ситуация, когда из-за того, что генетический код вырожденный, даже без проявления мутаций на уровне последовательности аминокислот возможны тяжелые повреждения функции, особенно если белок имеет только одну изоформу. Изолирование места синтеза и созревания рРНК от других РНК имеет очень большое значение. В ядрышко не входят незрелые и зрелые мРНК иначе может быть склеивание между мРНК и рРНК, сРНК, тРНК.
Кроме того, организм может заменять куски генов, не меняя аминокислотную последовательность белка. Зачем это клетке? Почему природа создала такой механизм? Какой смысл в том, чтобы заменять огромные участки ДНК, не меняя кода? Моя гипотеза такова ― чтобы избегать гибридизации мРНК. Затем, чтобы избегать ситуации, когда гибридизация молекул РНК склеивание мешает переносу информации на машинки, синтезирующие белок.
Итак, я кратко и сверхпопулярно изложил основные постулаты молекулярной биологии, связанные с вопросом функционирования системы передачи наследственной информации. Более подробно и наукообразно все это изложено в Приложениях II и III.
ГЛАВА 4. ЧТО ТАКОЕ ГЕН?
«Ген ― ругательное слово из трех букв, которого даже на заборах не пишут»
В данной главе я попробую установить, а что же такое ген, как менялось это понятие по мере развития формальной генетики и молекулярной биологии и есть ли в организме те самые гены-шарики, о которых говорили Морган и формальные генетики.
4.1. ЕСТЬ ЛИ ОСОБОЕ НАСЛЕДСТВЕННОЕ ВЕЩЕСТВО?
Формальные генетики утверждали, что существует ли некое, отдельное от тела организма 'наследственное вещество', посредством которого и только посредством которого передаются наследственные признаки. В то время формальные генетики связывали наследственность только с ядром и хромосомами и поэтому не могли признать результаты вегетативной гибридизации (см. раздел 9.1), полученные Мичуриным.
Формальные генетики считали, что ядру принадлежит монополия в передаче признаков по наследству, что гены сосредоточены ТОЛЬКО в хромосомах, а потому передавать наследственные признаки при гибридизации можно, ЛИШЬ передавая хромосомы. Лысенко это отрицал, полагая, что роль цитоплазмы также существенна и наследственность может передаваться через ассимиляты. Лысенко и мичуринцы, исходя из