Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК

Дан теоретический анализ стационарной кинетики трансляции наборов разных мРНК. Показана ключевая роль удельных скоростей инициации считывания разных мРНК в дифференцированной регуляции скорости их трансляции. Выявлены условия, при которых удельные скорости инициации становятся функциями конкретных п...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	1986
Автори:	Потапов, А.П., Ельская, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1986
Назва видання:	Биополимеры и клетка
Теми:	Клеточная биология
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152806
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК / А.П. Потапов, А.В. Ельская // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 196-200. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-152806
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1528062019-06-14T01:27:15Z Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК Потапов, А.П. Ельская, А.В. Клеточная биология Дан теоретический анализ стационарной кинетики трансляции наборов разных мРНК. Показана ключевая роль удельных скоростей инициации считывания разных мРНК в дифференцированной регуляции скорости их трансляции. Выявлены условия, при которых удельные скорости инициации становятся функциями конкретных последовательностей элонгаторных (терминаторных) кодонов соответствующих мРНК и удельных скоростей считывания этих кодонов. Сделан вывод о большой функциональной значимости полирибосомной организации аппарата трансляции в регуляции скорости и пропорции синтеза индивидуальных белков. Проведено теоретичний аналіз стаціонарної кінетики трансляції наборів різних мРНК. Показано ключову роль питомих швидкостей ініціації зчитування різних мРНК у диференційованій регуляції швидкості їхньої трансляції. Виявлено умови, за яких питомі швидкості ініціації стають функціями конкретних послідовностей елонгаторних (термінаторних) кодонів відповідних мРНК і питомих швидкостей зчитування цих кодонів. Зроблено висновок про велику функціональну значущість полірибосомної організації апарату трансляції в регуляції швидкості і пропорції синтезу індивідуальних білків. A theoretical analysis of steady-state kinetics of the translation system involving a number of different mRNAs is presented. The specific rates of initiations are shown to play the key role in regulation of translation of different mRNAs. Conditions under which the specific rates of initiation become the functions of the specific rates of elongator codons reading and the elongator codons sequence are analyzed. Such conditions correspond to the situation when one ribosome of polyribosomal complex catches up with another ribosome and stumbles upon it during the mRNA translation. A conclusion is drawn on great significance of the polyribosomal organization of translation apparatus in the regulation of rates and ratio of individual proteins biosynthesis. 1986 Article Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК / А.П. Потапов, А.В. Ельская // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 196-200. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0233-7657 DOI:ttp://dx.doi.org/10.7124/bc.0001B4 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152806 577.2.01:577.217.36 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Клеточная биология Клеточная биология
spellingShingle	Клеточная биология Клеточная биология Потапов, А.П. Ельская, А.В. Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК Биополимеры и клетка
description	Дан теоретический анализ стационарной кинетики трансляции наборов разных мРНК. Показана ключевая роль удельных скоростей инициации считывания разных мРНК в дифференцированной регуляции скорости их трансляции. Выявлены условия, при которых удельные скорости инициации становятся функциями конкретных последовательностей элонгаторных (терминаторных) кодонов соответствующих мРНК и удельных скоростей считывания этих кодонов. Сделан вывод о большой функциональной значимости полирибосомной организации аппарата трансляции в регуляции скорости и пропорции синтеза индивидуальных белков.
format	Article
author	Потапов, А.П. Ельская, А.В.
author_facet	Потапов, А.П. Ельская, А.В.
author_sort	Потапов, А.П.
title	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК
title_short	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК
title_full	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК
title_fullStr	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК
title_full_unstemmed	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК
title_sort	трансляция природных мрнк. 2. кинетические особенности трансляции наборов разных мрнк
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	1986
topic_facet	Клеточная биология
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152806
citation_txt	Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК / А.П. Потапов, А.В. Ельская // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 196-200. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv	AT potapovap translâciâprirodnyhmrnk2kinetičeskieosobennostitranslâciinaborovraznyhmrnk AT elʹskaâav translâciâprirodnyhmrnk2kinetičeskieosobennostitranslâciinaborovraznyhmrnk
first_indexed	2025-07-14T04:17:50Z
last_indexed	2025-07-14T04:17:50Z
_version_	1837594491926609920
fulltext	Клеточная биология УДК 577.2.01:577.217.36 ТРАНСЛЯЦИЯ ПРИРОДНЫХ мРНК. 2. КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАНСЛЯЦИИ НАБОРОВ РАЗНЫХ мРНК А. П. Потапов, А. В. Ельская В силу многокомпонентное™ аппарата трансляции скорость биосинте- за белка является сложной функцией многих переменных [1—3]. При этом in vivo одновременно на разных мРНК синтезируются многие белки, скорости и пропорции образования которых в клетке опреде- ленным образом регулируются [4—7]. Вопрос о принципах и конкрет- ных механизмах подобной регуляции остается открытым. Ранее нами был проведен общий кинетический анализ процесса трансляции одной мРНК и получены аналитические выражения, свя- зывающие скорость образования белкового продукта с кинетическими характеристиками считывания отдельных кодонов матрицы [8]. В на- стоящей работе рассмотрен более общий случай трансляции набора разных мРНК с целью выявления особенностей стационарной кинети- ки этого процесса и возможностей регуляции синтеза индивидуальных белков. К и н е т и к а т р а н с л я ц и и н а б о р о в р а з н ы х м Р Н К . Граф трансляции набора разных мРНК в режиме стационарности представ- лен на рисунке. Он слагается из ряда подграфов, описывающих транс- ляцию мРНК сортов га, β, γ , . . . , ω. Узлы подграфов соответствуют кодо- нам в порядке их считывания рибосомами, г і — стационарная концен- трация рибосом, находящихся в положении считывания ( і+1) -го кодона. Vi — удельная скорость считывания і-го кодона, определяемая как скорость прочтения этого кодона при концентрации считывающих его рибосом 1 Μ. v1 — удельная скорость инициации трансляции. νη+ι — удельная скорость терминации, сопряженной с высвобождением синтезированного белкового продукта Ρ. Подграфы объединены общим узлом 0, характеризующим свободное от мРНК состояние рибосом. г0 — стационарная концентрация свободных рибосом, способных участ- вовать в акте инициации трансляции. В соответствии с теорией направленных графов [9], скорость об- разования индивидуальных белковых продуктов трансляции, например Р а , Для данного графа описывается выражением где Dai, ΰβΐ, Dyi,... Dϋω ι — определители ί-χ узлов графа. Согласно алго- ритму нахождения определителей [9], имеем: (1) 196 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 2, N° 4 (2) В итоге получаем выражения для абсолютных скоростей синтеза различ- ных белковых продуктов: Согласно (3), скорости трансляции мРНК каждого вида находятся в тесной взаимосвязи и определяются свойствами кодонов всех мРНК системы. При этом свойства инициаторных кодонов особо важны. Прежде всего, соотношение скоростей образования индивидуальных продуктов полностью определяется соотношением удельных скоростей инициации трансляции соответствующих матриц: Граф процесса трансляции набора разных мРНК. Graph of the translation process in the system involving a number of dit- ferent mRNAs. считывания элонгаторных и терминаторных кодонов всех мРНК, вклю- чая указанную, и в обратной — от удельных скоростей считывания инициаторных кодонов мРНК иных видов. Характер зависимости та- ков, что последовательное увеличение удельной скорости считывания какого-то кодона (кодонов), принадлежащего мРНК лишь одного ви- да, начиная с некоторого момента, перестает увеличивать скорость БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4 197 Абсолютная же скорость трансляции каждой мРНК, например вида а, находится в прямой зависимости от удельной скорости считывания инициаторного кодона мРНК данного вида а, от удельных скоростей и, следовательно, пропорции синтеза разных белков зависели бы от характеристик считывания всех кодонов мРНК всех видов. О б с у ж д е н и е . Полученные результаты имеют прямое отноше- ние к проблеме регуляции биосинтеза специфических белков клетки и, в частности, к идеям, высказанным Эймсом и Хартманом [10]. На основе вырожденности генетического кода ими постулирована возмож- ность регуляции трансляции разных мРНК с помощью модуляторных тРНК, специфичных в отношении минорных кодонов и присутствую- щих в клетке в относительно малой концентрации. Предполагается,, что, меняя концентрацию таких тРНК, можно по-разному влиять на трансляцию разных мРНК и в соответствии с представленностью в них указанных кодонов направленно изменять пропорцию синтеза инди- видуальных белков [4, 5]. Подобный взгляд на ситуацию нуждается, по нашему мнению, в существенных оговорках, ибо возможность избирательной модуляции скорости трансляции какой-то одной из многих мРНК в общем случае не очевидна. Лишь при раздельной инкубации разных мРНК скорости их трансляции могут изменяться независимым образом и как угодно сильно (5). При совместной же их трансляции эта независимость сме- няется взаимообусловленностью скоростей считывания (3). Вызванная изменением содержания минорной тРНК модуляция скорости считы- вания минорного кодона может отразиться на скорости прочтения не только соответствующей мРНК, но и остальных мРНК данной систе- мы трансляции. Согласно (3) и (4), всякая регуляция пропорции син- теза индивидуальных белков возможна лишь через изменение удель- ных скоростей инициации трансляции соответствующих матриц. Каковы же возможности дифференцированного воздействия на удельные скорости инициации трансляции различных матриц? Первая ИЗ НИХ определяется тем, ЧТО ό\ в отличие от остальных ν і (элонгатор- ных и терминаторных кодонов) зависит от концентрации соответству- ющей мРНК. Следовательно, изменяя концентрации разных мРНК, можно регулировать процесс инициации и продукцию трансляции. Эф- фективность подобного способа регуляции не вызывает сомнений [6, 7]. Другой способ селективного изменения Vau ϋβΐ, Vyu ... , υω{ может быть основан на взаимодействиях между рибосомами полирибосомного ком- плекса, что проявляется в их «натыкании» друг на друга при движении по матрице [8]. С учетом определяемой этим обстоятельством ограни- ченной пропускной способности мРНК удельная скорость инициации на матрицах, например вида а, связана с характеристиками других кодонов следующим образом (ур. (7), (9) в [8]) : 198 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 2, N° 4 трансляции всех матриц, включая указанную. Последовательное умень- шение удельной скорости считывания такого кодона (кодонов), на- чиная с определенного момента, обязательно приводит к прогрессив- ному падению скорости трансляции всех матриц данной системы. При раздельной инкубации этих же мРНК в аналогичных услови- ях скорости их трансляции, согласно [8], соотносились бы так: где т — молярная концентрация мРНК; і — длина рибосомы (число кодонов, занимаемых ею на мРНК) . Сумма в квадратных скобках соответствует самому «медленному» участку из / кодонов в данной мРНК. Выражение (6) показывает, что по мере заполнения матриц рибосомами и перехода от монорибосомных к полирибосомным комп- лексам трансляции удельные скорости инициации становятся функция- ми конкретных последовательностей элонгаторных (терминаторных) кодонов соответствующих мРНК и удельных скоростей считывания этих кодонов. Характер этой зависимости для мРНК каждого вида глубоко индивидуален. Иными словами, с использованием полирибосомного принципа организации системы трансляции и достаточно высоких заполнений матриц рибосомами становится возможной направленная модуляция скорости и пропорции синтеза различных белков изменением концен- трации некоторых элонгаторных аминоацил-тРНК. Монорибосомные системы трансляции наборов разных мРНК подобный способ регуля- ции использовать не могут. Согласно выражению (6), создание ситуации зависимости удель- ной скорости инициации от удельных скоростей считывания элонгатор- ных (терминаторных) кодонов может быть обеспечено различным образом: 1) увеличением концентрации инициаторной аминоацил-тРНК, белковых факторов инициации с GTP, свободных рибосом; 2) умень- шением концентрации мРНК, элонгаторных аминоацил-тРНК, белко- вых факторов элонгации (терминации) с GTP. Изменяя эти характе- ристики, можно усиливать или, наоборот, ослаблять указанную зави- симость для разных мРНК. Отсюда вытекает, что глубина модуляции скорости и пропорции синтеза индивидуальных белков изменением концентрации какой-то аминоацил-тРНК определяется рядом дополни- тельных условий и в значительной мере может управляться неспеци- фическими в отношении соответствующего кодона параметрами систе- мы. Более того, при заданных концентрациях аминоацил-тРНК и мРНК подобная модуляция может быть осуществлена изменением имен- но неспецифических параметров типа концентрации рибосом, белковых факторов трансляции и т. п. Это дает дополнительные возможности регуляторных воздействий на систему трансляции и свидетельствует о необходимости четкой координации содержания и активности раз- личных составляющих аппарата белкового синтеза для обеспечения требуемого режима образования индивидуальных белков в клетке. С позиций изложенного распространенный in vivo полирибосом- ный принцип организации аппарата трансляции имеет глубокий функ- циональный смысл не только в плане увеличения мощности белкового производства, но и в плане создания дополнительных способов эффек- тивной регуляции биосинтеза индивидуальных белков. Полирибосом- ность систем трансляции позволяет им сочетать значительную произ- водительность с высокой регуляторной гибкостью, чего не должно быть в случае, когда то же количество рибосом функционирует на большем количестве мРНК в форме монорибосомных комплексов. Не исключе- но, что именно этим обстоятельством определяется целесообразность поддержания в клетках большого молярного избытка рибосом над матричными мРНК. NATURAL mRNA TRANSLATION. 2. KINETIC BEHAVIOUR OF TRANSLATION SYSTEM INVOLVING A NUMBER OF DIFFERENT mRNAs A. P. Potapov, Α. V. Elskaya Institute of Molecular Biology and Genetics, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, Kiev S u m m a r y A theoretical analysis of steady-state kinetics of the translation system involving a number of different mRNAs is presented. The specific rates of initiations are shown to play the key role in regulation of translation of different mRNAs. Conditions under which the specific rates of initiation become the functions of the specific rates of elon- 199 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 2, N° 4 gator codons reading and the elongator codons sequence are analyzed. Such conditions correspond to the situation when one ribosome of polyribosomal complex catches up with another ribosome and stumbles upon it during the mRNA translation. A conclu- sion is drawn on great significance of the polyribosomal organization of translation ap- paratus in the regulation of rates and ratio of individual proteins biosynthesis. 1· Спирин А. С., Гаврилова JI. П. Рибосома,—Μ. : Наука, 1971 —254 с. 2. Lengyel P. The process of translation: a bird's-eye v iew/ /Ribosomes .— New. York: Cold Spring Harbor, 1974.—P. 13—52. 3. Шамиль Φ., Энни A.-JI. Биосинтез белка.— Μ. : Мир, 1977.—316 с. 4. Транспортные рибонуклеиновые кислоты / Г. X. Мацука, А. В. Ельская, М. Ко- валенко, А. И. Корнелюк.— Киев : Наук, думка, 1976.—219 с. 5· Остерман Л. А. Регуляторная функция тРНК в биосинтезе белка/ /Успехи сов- рем. биологии.— 1977.—83, № 1.— С. 3—22. 6. Ochoa S. Regulation of protein synthes i s / /Eur . J. Cell. Biol— 1979.—19, N 2.— P. 91—101. 7. Chantrenne H. Regulation of protein synthesis at translation in eucaryotes / /Hor- mones and cell regulation.— Amsterdam: Elsevier, 1978.—Vol. 2 .—P. 1—13. 8. Потапов А. П., Ельская А. В. Трансляция природных мРНК. 1. Общий кинетиче- ский анализ процесса трансляции мРНК одного вида//Биополимеры и клетка.— 1986.—2, № 2.—С. 88—92. 9. Volkenstein Μ. V., Goldstein Β. Ν. A new method for solving the problems of the stationary kinetics of enzymological reactions / / Biochim. et biophys. acta.— 1966.— 115, N 2 . — P . 471—477. 10. Ames ВHartman P. The histidin operon / /Co ld Spring Harbor Symp. Quant. Biol.— 1963.—28.—P. 349—356. Ин-т молекуляр. биологии и генетики АН УССР, Киев Получено 26.06-85 УДК 575.17. АССОЦИАТИВНЫЙ ОТБОР КЛОНОВ КЛЕТОК КИТАЙСКОГО ХОМЯЧКА ПО КОМПЛЕКСУ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ В. К. Савченко, Л. С. Михалевич, Л. М. Кукушкина Введение. Большинство полиплоидных популяций клеток млекопита- ющих in vitro получены путем обработки исходных родительских дип- лоидных или околодиплоидных клеток колцемидом, реже — с исполь- зованием селективной среды [1—8]. Такой прием значительно увели- чивает вероятность успешного выделения полиплоидного клона по сравнению с методом получения спонтанных полиплоидов. Однако колцемидный метод не безупречен, так как обработка клеток химиче- скими веществами может вызывать появление мутаций. Выделение спонтанных полиплоидных клонов в достаточном количестве требует больших затрат труда. Новым подходом представляется сочетание техники клонирования клеток млекопитающих in vitro (без предварительной обработки их химическими веществами) с применением специально разработанных методов отбора по комплексу признаков. Идея использования комплек- са количественных признаков для отбора полиплоидных клеточных клонов заимствована из приемов организации отбора в популяциях ди- плоидных организмов [9, 10]. С помощью предложенной системы от- бора мы пытались установить определенную корреляцию между изме- нением числа хромосомных наборов в клетке и соответствующими им морфологическими показателями. Такая система отбора позволяет вы- делить клоны с заданными характеристиками без применения химиче- ских обработок. Ассоциативный отбор имеет большое значение для биотехнологии, поскольку он позволяет получить популяции соматических клеток с 200 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1985, т. 2, N° 4

Трансляция природных мРНК. 2. Кинетические особенности трансляции наборов разных мРНК

Репозитарії

Схожі ресурси