Лженаука – генетика. Чума ХХ века.

3.4. Комплементарное склеивание (интерференция или гибридизация) молекул РНК

 

 

 

Не надо объяснять непонятное неизвестным”

(Н.В.Тимофеев-Ресовский из частных бесед и выступлений)

 

 

А теперь о том, что не входит в современные учебники и Википедию. Знаете ли вы, что один и тот же белок может быть получен на основе миллионов разных генов, самых разнообразных последовательностей нуклеотидов ДНК, у которых общими точками являются кодоны метионина и триптофана. Следовательно, одного и того же человека можно клонировать и получать абсолютно идентичные фенотипы на основании десятков и сотен генотипов.

 

А теперь вопрос на засыпку – напишите белки, которые зашифрованы следующими последовательностями нуклеотидов в РНК, которая комплементарна соответствующим участкам ДНК.

 

1. УУУ ЦУЦ ЦЦУ ЦГУ УАУ ГУУ

2. УУЦ ЦУУ ЦЦЦ ЦГЦ УАЦ ГУЦ

3. УУУ ЦУЦ ЦЦУ ЦГА УАУ ГУА

4. УУЦ ЦУУ ЦЦЦ ЦГА УАЦ ГУА

5. УУУ ЦУЦ ЦЦУ ЦГГ УАУ ГУГ

6. УУЦ ЦУУ ЦЦЦ ЦГГ УАЦ ГУГ

7. УУУ ЦУЦ ЦЦУ ЦГЦ УАЦ ГУЦ

8. УУЦ ЦУУ ЦЦЦ ЦГУ УАУ ГУУ

 

В качестве подсказки приведу выдержку из таблицы кодонов ГУЦ–Валин, УУУ–Фенилаланин, УАУ–Тирозин, ЦЦУ–Пролин, ЦГЦ–Аргинин, ЦУУ–Леуцин, ЦГУ–Аргинин, ГУГ–Валин, УУЦ–Фенилаланин, ГУА–Валин, ЦЦЦ–Пролин, ЦГГ–Аргинин, УАЦ–Тирозин, ЦУЦ–Леуцин, ЦГА–Аргинин, ГУУ–Валин, АУА–Метионин, ААУ–Аспаргин.

 

После кропотливой работы в качестве рибосомы вы с удивлением обнаружите, что эта последовательность нуклеотидов кодирует один и тот же полипептид: Фенилаланин– Леуцин– Полин– Аргинин– Тирозин– Валин. И я еще привел не все возможные комбинации нуклеотидов, которые дают один и тот же белок.

 

Поэтому, если в нуклеотидной последовательности РНК участок УУУ ЦУЦ ЦЦУ ЦГУ УАУ ГУУ заменит на УУЦ ЦУУ ЦЦЦ ЦГЦ УАЦ ГУЦ, то согласно формальной генетике вообще ничего не произойдет. Если же учесть, что аминокислота тирозин гомологична аминокислоте фенилаланин, а аргинин – лизину и гистидину…, то количество подобных совершенно не видимых исследователю на уровне белка замен увеличивается на порядок. Итак, создание комплементарной цепи мРНК можно продемонстрировать на примере модели нескольких цепей нуклеотидов, которые дают абсолютно один и тот же белок.

 

Задумывались ли вы над таким вопросом – сколько генов могут кодировать белок вазопрессин или инсулин? Или сколько наборов генов можно найти, чтобы в результате клонирования получился абсолютно такой же организм, как ваш? Так вот ответ – тысячи, а часто миллионы совершенно разных последовательностей нуклеотидов могут кодировать один и тот же белок и не меньшее число наборов генов могут кодировать один и тот же набор белков, который мы называем организмом.

 

Все дело в том, что генетический код является вырожденным. Я бы лучше использовал слово «размытый» (подробнее см. Приложение II.11). Размытость генетического кода приводит не только к ситуации, когда один и тот же белок, состоящий абсолютно из одних и тех же аминокислот, может кодироваться тысячами, а иногда миллионами различных последовательностей ДНК… Все дело в том, что одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими кодонами. Например, три гомологичные, то есть взаимозаменяемые и важнейшие с точки зрения функции белка аминокислоты с преимущественно щелочными свойствами: аргинин, лизин и гистидин кодируются 10 разными триплетами нуклеотидов. Раз так, то семейство генов, кодирующих один и тот белок можно представить в виде пучков разных нуклеотидных последовательностей сходящихся к одному и тому же кодону в местах, где у белка имеются метионин и триптофан. Метионин всегда начинает последовательность полипептидной цепи. Они оба кодируются лишь одним кодоном.

 

Поясню данную мысль следующим примером. Возьмем, например, условный белок, составленный из следующих аминокислот: метионин, пролин, аспарагин, аспарагиновая кислота, серин, глицин, глицин, глицин, глицин, глицин, глицин, глицин, изолейцин, аргинин, триптофан, лейцин, треонин. Этот условный белок может быть получен путем трансляции с множества генов. Приведу лишь два таких гена из множества возможных.

 

1)   ГЦА–ТТЦ–ГГТ–АГЦ–ЦТА–ААГ–ААЦ–ААА–ААТ–ААЦ–ААГ–ГЦЦ–ТАА–УГ Г–ТЦТ–ГТТ

2)   ГЦА–ТАГ–ЦГТ–ТЦЦ–ГТА–ААА–ААА–ААГ–ААЦ–ААТ–ААГ–ГЦТ–ТАГ–УГГ –ТЦЦ–ГТА

 

Почему же мы не находим в литературе множества генов, кодирующих один и тот же белок? Дело в том, что цепь РНК тоже способна образовывать двойные цепи, хотя они и менее стойки, чем таковые из двух нитей ДНК. Вот лишь один из примеров.

 

Цепь ДНК

А–Т

Т–А

Г–Ц

Ц–Г

 

Транскрипция: ДНК––> РНК

А–       У

Т–        А

Г–        Ц

Ц–       Г

 

Склеивание двух цепей РНК

У-А

А-У

Г-Ц

Ц-Г

 

Подобная вариабельность генов для одного и тоге же белка легко ведет к тому, что получаемая в результате созревания предшественника мРНК может давать склеивание внутримолекулярное или гетеромолекулярное (между разными молекулами). Если в двух мРНК имеются подобные комплементарные участки, то возможно склеивание этих участков.

 

Цепь РНК тоже способна образовывать двойные скрутки, хотя они и менее стойки, чем таковые из двух нитей ДНК. Если в двух мРНК имеются подобные комплементарные участки, то будет склеивание, гибридизация. Вопрос, насколько длинным должен быть участок склейки, чтобы склейка двух мРНК была настолько прочной, что стала бы мешать работе всей системы? Поэтому во время естественного отбора идет отбор целостных комбинаций генов, а не отдельных генов. Как подбираются наборы белков и РНК, пока не ясно. После несмысловой мутации требуется согласование генотипов. Что это значит?

 

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, ни от контакта с другими молекулами 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 быть 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 с 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 её 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. Сила 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.