mRNA的序列、结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

mRNA所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列。但是, 由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异, 密码子与反密码子相互作用效率上的不同, 以及密码子上下文关系和mRNA 不同区域二级结构上的差异, 造成了核糖体对mRNA 不同区域翻译速度上的差异, 加之共翻译折叠的作用, 使得mRNA 的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

同义密码子用语的位置依赖

研究了在大肠杆菌编码区不同位置上的同底密码子用语,发现许多氨基酸的密码子用语在转译起始区有显著的变化,仅有少数氨基酸在转译区有较弱的变化,由于密码子用语与基因表达关系密切。这些结果与实验发现的编码区5‘端密码子用对表达的重要性是一致的。更进一步的结果还暗示了哪些密码子在特定位置的使用可能会影响基因表达。     

mRNA的序列,结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

ｍＲＮＡ所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列,但是,由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异,密码子与反密码子相互作用效率上的不同,以及密码子上下文关系和ｍＲＮＡ不同区域二级结构上的差异,造成了核糖体对ｍＲＮＡ不同区域翻译速度上的差异,加之共翻译折叠的作用,使得ｍＲＮＡ的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

三联体密码子在mRNA二级结构中的分布

对编码成熟肽的ｍＲＮＡ二级结构的分析显示,每个密码子在ｍＲＮＡ二级结构中的位置有一定的倾向性,这种倾向性似乎与相应氨基酸的构象性质相一致。大多数编码疏水氨基酸的密码子位于ｍＲＮＡ二级结构中较稳定的茎区;反之,大多数编码亲水氨基酸的密码子位于柔性的环区。这个结果支持了最近得到的关于ｍＲＮＡ与蛋白质之间存在丰三维结构信息传递的结论。     

密码子

遗传学上把决定氨基酸的不同碱基排列顺序,叫做遗传密码。而密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,即三联体密码予。1密码子的发现和破译最早提出遗传密码这一名词的是量子力学奠基人之一,奥地利物理学家施勒丁格（E．Schrodinser,1944）。第一个提出遗传密码具体设想的是美国物理学家G．Gamov,他通过推算提出了三联体密码子的概念,并且进一步推论一种氨基酸可能不止有一个密码子。克里克（Crick）、布伦纳（S．Brenner）等人以T。噬菌体作为主要研究材料,证实了三联体密码子决定20种不同的氨基酸。第一个用实验破译…     

基于古菌酪氨酰tRNA合成酶非天然氨基酸插入的研究进展

构筑蛋白质的编码信息存在于高度保守的密码子表中,而生物体仅利用20种天然氨基酸,就能排列组合出不同的蛋白质来行使多种生物学功能。通过合成生物学的飞速发展,使得在蛋白质合成中可控地引入非天然氨基酸成为可能。这极大地拓展了蛋白质的结构和功能,并为生物学工具的开发和生物生理过程的研究提供了便利。具有活性基团的非天然氨基酸可以广泛地应用于蛋白质结构研究、蛋白质功能调控以及新型生物材料构建和医药研发等诸多领域。基因密码子拓展技术利用正交翻译系统,通过重新分配密码子改造中心法则,可以在蛋白质的指定位点引入非天然氨基酸。系统地介绍了目前提升密码子拓展技术插入非天然氨基酸效率的方法,包括tRNA以及氨酰tRNA合成酶的各种突变方法和翻译辅助因子的改造。汇总了利用古细菌酪氨酰tRNA合成酶插入的非天然氨基酸和突变位点并总结了密码子拓展技术在生物医药领域的前沿进展。最后讨论了该项技术目前所面临的挑战,如可利用的密码子数量不多、正交翻译系统的种类有限和非天然氨基酸多插效率低下。希望能够帮助研究者建立适合的非天然氨基酸插入方法并推动密码子拓展技术进一步发展。     

密码子的效能是否有严格的规律性

最近发现生物界密码子的一致性并不是过去所想象的那么绝对。密码子的三联性是一个较普遍的规律,从细菌到人类细胞所用的密码子都是三个硷基联在一起发挥效能的。从目前已有的资料,尚未见到有二联型或四联型的密码子。尽管这样,并不是说一个三联体肯定只和一种氨基酸发生联系(只编码一种氨基酸)。当然UGG只能编码色氨酸,也就是说色氨酸的密码子只是UGG。可是其它密码子就没有那么严格了,这就是密码子的兼并性。有的是二个密码子可编码同一种氨基     

一种构建高质量随机肽库的有效方法

为构建完全随机化的基因工程肽库 ,克服现有简并方案中终止密码子和序列组成偏歧的不足 ,提出了一种新的简并DNA文库合成方式。通过这种分组式合成方式构建的肽库可以避免终止密码子的出现和氨基酸组成偏歧的发生 ,还可以控制随机化过程中不同氨基酸的参入比例。以一个 13肽库的合成过程为例对分组式合成法进行了实验 ,测序结果和对 19种氨基酸出现频率的统计表明没有终止密码子和半胱氨酸密码子出现 ,各氨基酸的出现频率接近均值 ,表明这种分组 混合 分组 ,辅以简并合成的方法是行之有效的 ,能满足各类高容量基因工程随机肽库要求。     

氨基酸的反密码子有多少种?

从DNA和RNA分子的序列分析中,又获得了许多关于氨基酸密码子组成的新资料。发现密码子配对关系的变偶规律(“wobblerules”)对这些资料也适用。由于没有在反密码子的第一个核苷酸位置上发现碱基     

四膜虫eRF1识别终止密码子的功能结构域

原生动物的一些纤毛虫中终止密码子发生重分配现象,将1个或2个终止密码子翻译为氨基酸.目前对这一现象的发生机制仍无合理解释．近年来,对蛋白质合成终止过程中肽链释放因子(eukaryotic polypeptide release factor, eRF)结构和功能的深入研究,为揭示终止密码子的重分配机制提供了重要的线索．本实验以具有终止密码子识别特异性的四膜虫Tt-eRF1为研究对象,将其中与密码子识别有关的GTx、NIKS和Y-C-F关键模体(motif) 引入识别通用终止密码子的酵母Sc=eRF1中,构建成各种嵌合体eRF1．利用双荧光素酶报告系统和细胞活性实验,分析关键模体及其周边的氨基酸对eRF1识别终止密码子性质的影响．结果表明,GTx和NIKS模体一定程度上决定eRF1识别终止密码子第1位碱基U和第2位碱基A;Y-C-F模体决定eRF1识别终止密码子UGA的第2位碱基G．模体内及其相邻氨基酸定点突变分析进一步支持以上结果．本研究推测,eRF1在进化过程中一些关键模体结构的改变决定其识别终止密码子的特异性,只能识别3个终止密码子中的1个或2个．随后,由于tRNA基因的突变产生阻抑性tRNA,促成终止密码子在原生动物纤毛虫中的重新分配．     

拟南芥基因密码子偏爱性分析

密码子偏爱性对外源基因的表达强度有一定影响,特别是编码蛋白质N端7～8个氨基酸残基的密码子.通过对拟南芥染色体中26 827个蛋白质对应的基因密码子进行分析,得到了编码氨基酸的61种密码子在拟南芥中的使用频率,并与大肠杆菌和哺乳动物进行了比较,结果表明三者间的密码子偏爱性有较大差异.这一分析结果对于动物基因在植物中的表达,及植物基因在微生物中的表达具有一定指导意义.同时提供了一种直接以XML文档为数据源解析巨型XML格式染色体数据的方法.     

亚氨基酸编码方法及其应用

赋予氨基酸编码方法下除终止子之外的密码子突变为终止子时每一位发生的变化权值,利用矩阵来表示所有的突变方式和难易程度,综合亲水性与疏水性理化性质,提出亚氨基酸编码方法,并给出该编码方法下同义密码子的相对使用度fSubtypesRelativeSynonymousCodonUsage,SRSCU）．然后选取15条H5N1序列,使用MEGA4．0分析它们的同源性,并分别在氨基酸编码、拟氨基酸编码、亚氨基酸编码这三种环境下研究所选序列使用密码子的偏好性,对比结果验证,亚氨基酸编码方法具有相应的优越性．     

A型流感病毒同义密码子的使用偏性对RNA二级结构的影响

以A型流感病毒为研究样本,分析了同义密码子使用偏性对RNA二级结构的影响,为进一步研究同义密码子存在的意义及A型流感病毒RNA特征提供一些理论依据。收集整理了NCBI中收录的全部A型流感病毒的核酸序列信息,计算了每一条核酸序列的RNA二级结构,计算出RNA环结构含量和茎结构含量及折叠自由能。在此基础上,计算了RNA二级结构的柔性。同时,计算了每一条核酸序列的相对同义密码子使用值。由此,建立了A型流感病毒RNA二级结构数据库。分析每条核酸序列的相对同义密码子使用值与RNA的环结构、茎结构及柔性之间的关系。分析结果表明,50%的氨基酸的相对同义密码子使用值与RNA茎结构含量和环结构含量显著相关;60%的氨基酸的相对同义密码子使用值与单位平均折叠自由能显著相关;50%的氨基酸的相对同义密码子使用值与RNA柔性显著相关。进一步分析发现,与茎结构含量和环结构含量都显著相关的密码子,它们的相对同义密码子使用值与两种结构含量的相关性截然相反,而且发现,在所选的参量中,RNA柔性与相对同义密码子使用值显示出更好的相关性。结果证实,对于A型流感病毒,同义密码子的使用偏性对RNA二级结构存在很大的影响。     

密码子偏性的分析方法及相关研究进展

密码子偏性是指生物体中编码同一种氨基酸的同义密码子的非均衡使用的现象,由于这一现象与遗传信息的载体分子DNA和生物功能分子蛋白质相关联,所以具有重要的生物学意义;本文概述了密码子偏性研究方面的基本理论和常用分析方法,归纳了密码子使用分析的常用软件和提供在线分析网站,介绍了与密码子偏性相关的生物学领域及最新的研究进展,并对深入研究进行展望。     

酵母 tRNA~(ala)密码子GpCpU的酶促合成

tRNA主要有两种生物学功能:一是接受(相应的氨基酸。二是将此氨基酸转移到多肽链中。在后一功能中,tRNA通过其反密码子同mRNA上相应的密码子形成互补碱基间的氢键配对,从而使氨基酸转移到由mRNA碱基顺序决定的多肽序列中。本工作合成酵母tRNA~(ala)密码子GpCpU,将用于测验该tRNA的转移活性,即检查该tRNA能否通过其反密码子3＇CpGpI5＇同已结合在核糖体上的密码子5＇GpCpU3＇形成氢键配对而实现转移丙氨酸的功能。迄今报道的关于制备寡核苷酸的方法,主要有三种:化学合成、酶解天然核酸和酶促合成。本工作用最后一种方法,用RN_(ase)N_1和     

拟密码子适应指数方法的设计及应用

密码子适应指数(codon adaptation index,CAI)测量的是生物体内某个基因所用密码子与高表达基因所用密码子的相符合程度,是反映密码子偏好性的一个重要指标。文章根据拟氨基酸编码方法首次提出拟密码子适应指数(quasi-codon adaptation index,Q-CAI)。首先,通过氨基酸编码方法,得到密码子使用具有偏好性,并运用MATLAB分析其碱基组成,发现醋酸菌、大肠杆菌和双歧杆菌的密码子偏好使用c/g结尾,GC整体含量也比较高。随后,利用CAI模型方法进一步证明密码子具有偏好性。最后,利用文中提出的Q-CAI方法,得到醋酸菌、大肠杆菌和酵母菌所有序列的Q-CAI运算结果,发现它们都比CAI运算结果数值更高、更明显,而且双歧杆菌、枯草杆菌和链球菌的Q-CAI运算结果也普遍比CAI运算结果数值高,说明Q-CAI方法能更有效地评价密码子偏好性。文中所使用的6个单细胞物种的90条序列是从NCBI中下载,分析结果说明了Q-CAI方法比CAI方法更具有优越性,是衡量密码子偏好性的有效方法,对研究物种的基因突变有重要参考意义。     

病毒-宿主密码子使用的若干统计特征及其协同进化

基于归1000密码子使用频次,从垂直和水平两个方向研究了不同进化阶层宿主-病毒密码子使用的若干统计特征及其协同进化规律。结果表明,病毒密码子和氨基酸多样性总体上高于相应宿主;细菌-噬菌体、真菌-真菌病毒、无脊椎动物-无脊椎动物病毒的密码子使用频次匹配较好,细菌-噬菌体、无脊椎动物-无脊椎动物病毒的氨基酸丰度匹配较好;病毒基因AU含量、AU3s含量总体上高于相应宿主;病毒和宿主密码子第一位碱基含量均GA>CU;密码子第二位碱基含量均A>U>C>G;病毒与宿主编码区碱基的相对分子量和相对π电子共振能总体上存在较明显的跟随现象。病毒和宿主基因在密码子使用频次等多个统计特征方面既呈现协同进化趋势,又有较明显的分化。     

简并密码子增强人甲状旁腺激素(1-34)在大肠杆菌中的表达

利用氨基酸密码子的简并性及大肠杆菌中高表达真核基因时,转录起始区的结构特点:①在起始密码子ATG后使用富含嘌呤的密码子延长其mRNA同tRNA反密码子loop的互补;②通过应用富含A/U的密码子,避免mR-NA形成稳定的二级结构;③减少潜在的第二个Shine-Dalgarno序列。通过聚合酶链式反     

基于密码子偏性的置换模型估计正向选择

由于遗传密码子的简并性特征,大多氨基酸由多于一种密码子编码.在蛋白质编码过程中,同义密码子间的使用有着较显著的偏差,即同义密码于使用频率不等.应用CUSP软件对数据集H3N2和MHC进行同义密码子使用偏性的分析,然后基于同义密码子的使用偏性建立新的密码子置换模型,并在此模型的基础上分析物种的正向选择性.分析结果表明新的密码子置换模型能更好地拟合数据,由此可得到更加可靠的参数估计值.     

MDR1基因变体的不同密码子组成

相同的蛋白质研究者指出,基因序列中个别碱基的转换可以修饰该基因所编码的蛋白质,即使转换并未改变由哪一个氨基酸组成蛋白质.该发现搅乱了一个中心观点,即由相同的氨基酸制造的蛋白质是完全相同的.DNA含有称为核苷酸的组分,它由A、T、C、G四个字母符号表示.这些字母中的3个字母组成1个密码子,密码子中任何1个字母发生阻断时,便会向制造细胞蛋白质的机器发出信号,并加上1个特别的氨基酸来延长蛋白质的链.在20个氨基酸中,每个氨基酸都能由两个或两个以上的密码子编码.生物学家长期以来认为,一个密码子转换成另一个密码子时,不会改变最终蛋白质的结构,只要这两个密码子都是指导制造蛋白质的机器插入相同的氨基酸.然而,研究者的实验使他们怀疑这种沉默的突变会导致极大的差异.研究者研究了为什么某些癌对化疗不起反应.他们发现有一个小泵,称为P-糖蛋白,位于细胞表面,可以将药物从细胞中推出去.某些药物对癌无效是因为其具有某种形式的P-糖蛋白.研究者注意到个别癌症患者的泵有时表现出不同的功能,尽管这些泵的蛋白质由完全相同的氨基酸组合而成.为了研究沉默的突变是否起作用,研究者研究了称为MDR1的基因的不同变体,该基因制造P-糖蛋白.MDR基因的这些变体含有制造相同氨基酸的不同密码子,研究者将该变体插入人或猴的细胞后,正常时不会制造出该泵.研究者发现,特殊的密码子组合会影响细胞泵出不同癌症药物的速度.有一个突变体的密码子称为C3435T,似乎特别重要.该密码子制造异亮氨酸,正如其副本,即该泵的基因以大多数通常形式制造异亮氨酸一样.然而,细胞具有组合MDR1的两种突变的典型密码子,一种在有效的平均水平之上泵出某些药物,而另一种则在有效的平均水平之下泵出某些药物.研究者在即将出版的2006年12月21日的Science上报道,他们推测一个典型的密码子会影响该细胞装配P-糖蛋白的速度.改变了一种蛋白质的制造速度,便塑造了该蛋白质稍有差异的最终形态.有人指出,含有相同氨基酸的蛋白质的差异可能非常普遍,只是我们现在还未完全认识. (李潇摘译自C.Brownlee:Science News Doc 23.9.30,2006,Vol.170,p.