Биофизика познает рак

В терминах модели А. С. Спирина повышенная вероятность сомкнутого состояния рибосомы должна приводить к повышению ложного кодирования. Все факторы, ускоряющие стабилизацию сомкнутого состояния рибосомы, должны увеличивать ошибочное включение аминокислот в пептидную цепь. Среди них изучено влияние ионов магния, кальция, марганца и некоторых других. Противоположным действием обладают ионы натрия, калия и другие одновалентные катионы.

Таблица 3. Аминокислотный код (указаны нуклеотиды кодонов и соответствующие им аминокислоты)

		Второй нуклеотид кодона
		У	Ц	А	Г
Первый нуклеотид кодона	У	(УУУ, УУЦ) Фенилалацин; (УУА, УУГ) Лейцин	(УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ) Серин	(УАУ, УАЦ) Тирозин; (УАА) —; (УАГ) —	(УГУ, УГЦ) Цистеин; (УГА) —; (УГГ) Триптофан	УЦАГ	Третий нуклеотид кодона
	Ц	(ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ) Лейцин	(ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ) Пролин	(ЦАУ, ЦАЦ) Гистидин; (ЦАА, ЦАГ) Глютаминовая кислота	(ЦГУ, ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ) Аргинин	УЦАГ
	А	(АУУ, АУЦ, АУА) Изолейцин; (АУГ) Метионин	(АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ) Треонин	(ААУ, ААЦ) Аспарагиновая кислота; (ААА, ААГ) Лизин	(АГУ, АГЦ) Серин; (АГА, АГГ) Аргинин	УЦАГ
	Г	(ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ) Валин	(ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ) Аланин	(ГАУ, ГАЦ) Аспарагин; (ГАА, ГАГ) Глютамин	(ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ) Глицин	УЦАГ

Таблица 4. Принципиально возможные ошибки чтения кодонов, обнаруженные в экспериментах in vitro в бесклеточной среде на синтетических матрицах

Категория ошибки	Исходный кодон	Ошибочное чтение
Ошибка в чтении одного из нуклеотидов кодона	УУУ (фенилаланин)	УУГ (лейцин) УЦУ (серин)ГУУ (валин)
Сдвиг рамки чтения	ЦАУ (гистидин)	АУЦ (изолейцин) УЦА (серин)
Ошибка в чтении двух нуклеотидов (очень редко встречавшаяся)	УУУ (фенилаланин)	УГЦ (цистеин) ААУ (аспарагиновая кислота)АУГ (метионин)

Следовательно, изменение ионной среды рибосомы значительно влияет на частоту аминокислотных замен при синтезе белка. Важно также, что сочетание разных ионов может взаимно усиливать или ослаблять это влияние. Кроме ионов, спонтанный уровень ошибок включения аминокислот в пептидную цепь могут изменять сдвиги pH, температура, этанол и другие изменения в среде, окружающей рибосому.

Выяснено, что при таких ошибках в пептидную цепь включаются не случайные аминокислоты, а ближайшие по кодовой специфичности. Так, в экспериментах вместо фенилаланина чаще всего включается на полиуридиновой матрице УУУ лейцин, кодируемый кодонами ЦУУ, УУА, УУГ и др. (табл. 4). Это ошибка в прочтении одного из нуклеотидов. Реже всключались изолейцин (АУУ), серин (УЦУ), тирозин (УАУ) и валин (ГУУ), хотя в этих случаях была также ошибка лишь по одному нуклеотиду. Более частое замещение на лейцин связано с тем, что из всех теоретически возможных однонуклеотидных замен в кодоне УУУ три варианта приходятся на лейцин и по одному варианту на изолейцин, тирозин, валин и цистеин. Остальные аминокислоты могут включаться вместо фенилаланина только в случае замен двух нуклеотидов в кодоне и при нарушении в последовательности их узнавания, что встречается очень редко.

Описаны случаи нарушений по типу сдвига рамки чтения, когда нуклеотиды в кодоне читаются те же, но в иной последовательности. Например, на матрице ЦАУ ЦАУ ЦАУ (гистидин) считывание может начаться со второго или третьего нуклеотида. Тогда вместо гистидина включается изолейцин (АУЦ) или серин (УЦА).

Рис. 6. Схема, поясняющая возможные механизмы увеличения ошибок рибосомального синтеза белка при ускоренном ритме клеточного деления и отсутствии нарушений во всех звеньях аппарата синтеза белка

Главным условием правильного узнавания кодона является достаточное время экспонирования кодона, т. е. длительность периода разомкнутого состояния субчастиц рибосомы. Чем короче время экспонирования кодона, тем меньше времени на узнавание кодона, осуществляемое путем перебора антикодонов на аминоацилтранспортных РНК по законам стохастики, и тем больше вероятность ошибочного подбора антикодона и включения ошибочной, но близкой по кодовой специфичности аминокислоты (рис. 6).