Чем интересна фраза "Диван незаразен на вид", помимо достаточно спорного содержания? Тем, что она в обе стороны читается одинаково, и слева направо, и справа налево. Такие слова (наган, казак и пр.), а также фразы (классика - "А Роза упала на лапу Азора") называются палиндромами.
Не надо думать, что наш канал преобразовался в языковедческий! Мы по-прежнему про биологию. Как связаны палиндромы и биология? Наверное, есть какие-то названия живых организмов, которые обладают свойствами палиндрома - я не знаю, но вот то, что в структуре РНК есть палиндромы - это точно.
Итак, чтобы как-то взбодрить собственную память и "подгрузить соответствующие библиотеки", надо вспомнить, что у нас бывает ДНК (которая в основном хранит наследственную информацию) и РНК (которая много чего делает). И вот эта РНК в классике школьной программы бывает 3 видов (если вирусные не считать) - информационная, транспортная и рибосомальная. Все три синтезируются на матрице ДНК, но работу выполняют разную.
Сегодня обратимся к транспортной РНК. Если вы были внимательны на уроках биологии, то припоминаете, что у нее диковинная форма, которая ассоциируется с клевером:
Слева на рисунке - схема. Справа - визуализация. Но что заставляет транспортную РНК принимать такую причудливую форму? Давайте посмотрим повнимательнее на ее строение.
Во-первых, надо вспомнить, что Т-РНК - это одна цепь. У нее есть два разных конца, один из которых называется 5'-конец, а второй - 3', и к нему, собственно, прикрепляется аминокислота. Основная задача Т-РНК - найти эту самую аминокислоту, посредством определенного фермента прикрепить ее к себе, оттранспортировать к рибосоме, найти свое место в жизни на И-РНК и отдать аминокислоту в состав белка. Но сейчас мы не об этом.
Мы сейчас о том, почему она такой формы. Может это магия? Тогда мы этого не одобряем, ибо магия вне Хогвартса строго карается. Но нет, этому есть простое объяснение. Обратите внимание на светлозеленую, серую, синюю и красную зоны. Там расположены азотистые основания, которые комплементарны друг другу. Напомню, в случае с РНК - это пары аденин (А) - урацил (У) и цитозин (Ц) - гуанин (Г). Если сверху смотреть на рисуночек, то видно, что есть "хвост" Т-РНК, к которому прикреплена аминокислота, а потом начинаются пары - Ц-Г, Ц-Г, У-А, Г-Ц и так далее, и идут они ровно до места, где их дорожки расходятся. А почему они расходятся? Да потому, что там пара азотистых оснований, которые не комплементарны друг другу, и, следовательно, не могут образовать связь. Зато они комплементарны другим участкам этой же цепи. Например, если мы смотрим за цепью слева, то после последней красной пары Ц-Г на левой цепи находится нуклеотид А, который комплементарен У, и с этой пары начинается синий кусок Т-РНК.
То есть получается, что такая диковинная форма Т-РНК складывается благодаря тому, что какие-то участки Т-РНК имеют набору нуклеотидов, комплементарных другим участкам этой же Т-РНК. Мы ранее сталкивались с таким, но в рамках 2 разных веществ. По этому принципу, скажем, в процессе транскрипции создается И-РНК на базе матричной цепи ДНК. А тут - все в рамках одной Т-РНК. Такие участки, комплементарные друг другу в рамках одной Т-РНК цепи называют палиндромными.
Полезно, сталкиваясь с заданиями про палиндромные участки, не забывать, что Т-РНК - это все же одна цепь. То есть, если мы разорвем связи, которые держат ее в такой форме, то увидим просто цепочку с определенными участками, которые комплементарны другим участкам этой же цепи.
Но давайте разберем какое-нибудь задание формата ЕГЭ. Для простоты - возьмем с сайта "Решу ЕГЭ":
"Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5ʹ концу в одной цепи соответствует 3ʹ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5ʹ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5ʹ к 3ʹ концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. В цепи РНК и ДНК могут иметься специальные комплементарные участки — палиндромы, благодаря которым у молекулы может возникать вторичная структура. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5ʹ-ТЦАТТЦТТАЦГГГГААТГГГА-3ʹ
3ʹ-АГТААГААТГЦЦЦЦТТАЦЦЦТ-5ʹ
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте. Найдите на данном участке палиндром и установите вторичную структуру центральной петли тРНК. Определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если антикодон равноудалён от концов палиндрома. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании нуклеиновых кислот указывайте направление цепи."
Давайте рассуждать. Что нам дано? На основе ДНК синтезируется Т-РНК. Нам дали ее не всю, а только фрагмент центральной петли. Напомню, что центральная петля -это та часть Т-РНК, которая содержит антикодон - триплет, которые она будет контактировать с И-РНК в процессе синтеза белка. В пособиях и учебниках ее часто так и называют - антикодоновая петля:
Центральная (она же антикодоновая) петля состоит из антикодонового стебля (смотрим рисуночек, там есть обозначение), в котором между азотистыми основаниями есть связи. Это значит, что они комплементарны, а мы уже знаем, что такие участки называются палиндромными. А еще там есть петля, где связей нет, потому что азотистые основания не комплементарны друг другу. Ок, это вспомнили, давайте вернемся к заданию.
Нам даны две цепи ДНК, одна из которых нам не нужна - это пример избыточности в задании. По условию задачи нижняя цепь - транскрибируемая, следовательно, верхняя - смысловая, и она нам не нужна. Берем за основу нижнюю цепь 3ʹ-АГТААГААТГЦЦЦЦТТАЦЦЦТ-5ʹ, и начинаем строить на ее базе участок Т-РНК. Как? Да просто - антипараллельно и комплементарно. Раз антипараллельно, то наша Т-РНК начнется с 5ʹ-конца, а закончится 3ʹ-концом. Ну и привычно строим комплементарными основаниями саму цепь - первый нуклеотид с А соответствует Т на ДНК, но на РНК Т не бывает, а бывает У, далее Г соответствует Ц, Т соответствует А и так далее. Получаем в результате такой фрагмент цепи Т-РНК: 5ʹ-УЦАУУЦУУАЦГГГГААУГГГА-3ʹ.
Дальше нам для того, чтобы решить задание, то есть найти аминокислоту, надо понять, что на этой цепи является антикодоном. По условию он равноудален от концов палиндрома, то есть сначала надо будет найти палиндром. В этом задании найти палиндром - не простая задача. Будем последовательны. Берем три нуклеотида с 5'-конца, это у нас 5'-УЦА-3'. Попробуем найти комплементарные им с 3'-конца, там должны быть АГУ, причем, поскольку мы "читаем" их справа налево, то 3ʹ-УГА-5'. А там АГГ в начале, а комбинации УГА нет вообще. Хорошо, возвращаемся в 5'-конец, смещаемся на 1 нуклеотид, теперь у нас тройка нуклеотидов 5'-ЦАУ-3', а с другой стороны должна быть комбинация 3ʹ-ГУА-5', и такая комбинация там есть, но не с самого начала, а вторым триплетом справа: 5ʹ-УЦАУУЦУУАЦГГГГААУГГГА-3ʹ. Отлично, начало палиндрома мы нашли, давайте смещаться к центру с обоих концов и искать, где закончится комплементарность. С 5ʹ вслед за ЦАУ идет У, а с 3ʹ после ГУА идет А. То есть комплементарность сохраняется, и у нас уже по 4 пару нуклеотидов в палиндроме: 5ʹ-УЦАУУЦУУАЦГГГГААУГГГА-3ʹ. Аналогично следующая пара Ц и Г - тоже комплементарна, и теперь 5 пар нуклеотидов в палиндроме: 5ʹ-УЦАУУЦУУАЦГГГГААУГГГА-3ʹ. Проверяем дальше, с 5ʹ-конца у нас следующий нуклеотид - У, а с 3ʹ - Г. Эти нуклеотиды не комплементарны, значит - все, палиндромный участок закончился. Резюмируем: 5ʹ-ЦАУУЦ-3ʹ (3ʹ-ГУААГ-5) - это палиндромные участки цепи Т-РНК.
Самое время вспомнить, зачем мы это делали. Затем, чтобы найти антикодон. Давайте посмотрим, что у нас осталось между двух палиндромных участков, то есть выясним нуклеотидный состав центральной петли: 5ʹ-УУАЦГГГ-3ʹ. Антикодон состоит из 3 нуклеотидов, по условию задачи известно, что он равноудален от палиндромных участков, следовательно отсекаем с каждой стороны по 2 нуклеотида, чтобы остался антикодон: 5ʹ-АЦГ-3ʹ. Ура, антикодон найден! Самое время вспомнить, что не нахождение антикодона было целью, а надо-то нам найти аминокислоту, которой он соответствует. А табличка про соответствие триплетам нуклеотидов аминокислотам у нас есть, но вот незадача - она работает исключительно с кодонами, то есть с триплетами И-РНК:
Значит наша Т-РНК с антикодоном 5ʹ-АЦГ-3ʹ должна добраться до рибосомы и поучаствовать в трансляции как части синтеза белка. Прилетает она, значит, в рибосому, пытается найти свое место, присоединившись к И-РНК, но никак не может. Почему? Правильно, потому что направление не то. И-РНК при синтезе белка в рибосому входит с направлением от 5ʹ-конца к 3ʹ - это надо запомнить крепко-накрепко. А Т-РНК могут к ней присоединиться только антипараллельно. Следовательно наш антикодон должен развернуться, был 5ʹ-АЦГ-3ʹ, стал 3ʹ-ГЦА-5ʹ. Ага, вот теперь он может найти свое место на И-РНК, и ему там будет соответствовать по правилу комплементарности и антипараллельности кодон 5ʹ-ЦГУ-3ʹ. Теперь идем к таблице и выясняем, что ЦГУ кодирует АРГ, ну или полным именем - Аргинин.
Осталось нам только не забыть выполнить ту часть задания, которая про "установите вторичную структуру центральной петли тРНК". Давайте следовать логике решения задачи. Начнем с того, что изобразим палиндромный участок:
Теперь давайте добавим центральную петлю с антикодоном:
Теперь давайте добавим хвосты, которые до палиндромного участка:
Ну и не забудем проставить направления, то есть 3ʹ и 5ʹ-концы:
Задание выполнено, осталось его правильно оформить в бланке - но это уже совсем другая история...