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。     

核酸、氨基酸分类和蛋白质二级结构关系的分析与分子设计

核酸序列中包含一定的蛋白质结构信息。根据通常情况下遗传密码表中密码子中间位的碱基配对时产生的氢键数目,尝试将20种氨基酸划分为两类,并用自编的计算机软件对蛋白质二级结构数据库中两类氨基酸的类聚现象进行了统计分析。结果表明,使用这种方法对氨基酸进行划分后,氨基酸残基具有较大概率与划入同一类的氨基酸残基相邻出现,并且这种聚集体对二级结构具有一定的偏好性。最后按照该方法设计了一段氨基酸序列并给出了预测服务器预测得到的结构。     

核酸、氨基酸分类和蛋白质二级结构关系的分析与分子设计

核酸序列中包含一定的蛋白质结构信息。根据通常情况下遗传密码表中密码子中间位的碱基配对时产生的氢键数目,尝试将20种氨基酸划分为两类,并用自编的计算机软件对蛋白质二级结构数据库中两类氨基酸的类聚现象进行了统计分析。结果表明,使用这种方法对氨基酸进行划分后,氨基酸残基具有较大概率与划入同一类的氨基酸残基相邻出现,并且这种聚集体对二级结构具有一定的偏好性。最后按照该方法设计了一段氨基酸序列并给出了预测服务器预测得到的结构。     

H5N2亚型禽流感病毒血凝素裂解位点碱性氨基酸对应mRNA核苷酸的二级结构分析

以H5N2亚型禽流感病毒毒株血凝素蛋白裂解位点碱性氨基酸为研究对象,对其密码子偏好性和对应mRNA序列的折叠二级结构特点进行研究和分析。旨在探讨裂解位点氨基酸对应mRNA核苷酸片段的二级结构与病毒致病力的关系,希望能对禽流感病毒的研究提供一些基础性信息。将mRNA样本按照序列等步长递增的方法,用RNAstructure 4．1程序预测这些样本的动态延伸折叠二级结构。序列和结构的分析结果：裂解位点的碱性氨基酸对富含腺嘌呤的密码子有强烈偏好;与碱性氨基酸对应的mRNA片段上的核苷酸主要位于折叠二级结构的单链环区,少数位于配对螺旋区。结果表明：裂解位点氨基酸对应的mRNA核苷酸形成发夹端环的大小与其碱性氨基酸的多少具有正相关性。     

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。     

牦牛HSP72基因的结构及生物信息学分析

克隆测序了牦牛HSP72基因的全序列,并分析了该基因的结构,以及HSP72蛋白的氨基酸组成、等电点、亚细胞定位、跨膜区、疏水,亲水区、结构域、特征位点、密码子偏好性、二级结构等蛋白质性质。结果表明：牦牛的HSP72基因序列全长为1926bp,无内含子,共编码641个氨基酸;牦牛的HSP72基因和HSP72蛋白与普通牛、猪、人相比存在着一定差异,这可能是导致他们之间对温度适应性差异的主要原因之一。     

硒蛋白合成的特殊机制

硒蛋白含有一种特殊氨基酸--硒代半胱氨酸。在翻译阶段,该氨基酸从硒蛋白ｍＲＮＡ编码区的ＵＧＡ密码子处掺入多肽链。已证明它由丝氨酸和活性硒供体分子合成。一种独特的ｔＲＮＡ、某些特殊蛋白质因子以及硒蛋白ｍＲＮＡ的特殊二级结构是ＵＧＡ解读为硒代半胱氨酸所必需的。     

硒蛋白合成的特殊机制

硒蛋白含有一种特殊氨基酸－硒代半胱氨酸。在翻译阶段,该氨基酸从硒蛋白ｍＲＮＡ编码区的ＵＧＡ密码子处掺入多肽链。已证明它由丝氨酸和活性硒供体分子合成。一种独特的ｔＲＮＡ,某些特殊蛋白质因子以及硒蛋白ｍＲＮＡ的特殊二级结构是ＵＧＡ解读为硒代半胱氨酸所必需的。     

西藏高原人群铁调素基因hamp密码子偏好性分析

目的:通过对西藏高原人群及平原人群、恒河猴等其他5种物种的密码子使用进行分析,从而得出西藏高原人群铁调素基因(hamp)的密码子偏好性。方法:采用PCR技术获得西藏高原人群铁调素全基因序列,利用在线软件CodonW进行密码子偏好性分析,通过在线软件PredictProtein以及Signal P等软件进行西藏高原人群铁调素基因的结构分析,比较与GenBank数据库中选取的平原人群、恒河猴等其他5种物种的密码子偏好性的差异。结果:西藏高原人群的铁调素基因全长为2681 bp,由3个外显子和2个内含子组成,编码84个氨基酸的铁调素前体肽,包含信号肽、中间肽与成熟肽,其密码子偏好性与平原人群、恒河猴等其他5个物种的密码子偏好性均有不同程度的差异。结论:西藏高原人群铁调素基因hamp密码子偏好性与其他物种的密码子偏好性均有不同程度的差异。     

同义密码子的反常蛋白质二级结构偏好性

统计分析了 119种人蛋白质和 92种大肠杆菌蛋白质的mRNA序列和蛋白质二级结构的关系 .从二肽频数出发 ,研究了同义密码子使用对蛋白质二级结构的影响 ,证明其影响在 10 %到 2 0 %的量级 .对于人和大肠杆菌 ,在 90 %置信水平上 ,4 0 0对二肽中分别有 79对和 6 0对 ,在 95 %置信水平上 ,分别有 4 5对和 36对二肽的相应密码子二联体具有不同于氨基酸的反常二级结构偏好性 ,并且这种反常不能归因于随机涨落     

大肠杆菌mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性的关系

从GenBank获得大肠杆菌K-12MG1655株的全基因组序列,计算了与基因密码子偏好性相关的多个参数(Nc、CAI、GC、GC3s),对其mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性之间的关系进行了统计学分析,发现虽然翻译效率(包括翻译速度和翻译精度)是制约大肠杆菌高表达基因的密码子偏好性的主要因素,同时,mRNA编码区长度及其形成二级结构的倾向也是形成这种偏好性的不可忽略的原因,而且对偏好性有一定程度的削弱。另外对mRNA编码区形成二级结构倾向的生物学意义进行了讨论分析。     

密码子中的密码:密码子偏好性与基因表达的精细调控

同义突变由于不改变编码蛋白质的氨基酸序列,常被认为是"沉默"突变.实际上,同义密码子的选择在进化尺度上是受到限制的,从而致使同义密码子的使用频率存在差异,称为密码子偏好性.密码子偏好性在转录、转录后加工、mRNA稳定性、翻译起始、延伸、蛋白折叠等方面都起着精细调节的作用.因此,同义突变在很多情况下可导致癌症等各类疾病的发生.本综述在分子机制层面简述了近年来关于密码子偏好性对翻译和转录过程调节作用的进展,以及对于基础研究及医学方面的意义.     

葡萄基因组密码子使用偏好模式研究

根据完整基因组序列,运用多元统计分析和对应分析的方法,探讨了葡萄全基因组序列密码子的使用模式和影响密码子使用的各种可能因素。结果显示:葡萄密码子偏好性主要受到碱基差异(r=0.925)和自然选择(r=0.193)共同作用的影响,突变压力占了主导因素,自然选择的作用较小。同时基因长度和蛋白质疏水性也对密码子的偏好性有所影响。确定了葡萄的20个最优密码子。     

同义密码子携带多少蛋白质二级结构信息

应用信息论方法考察了大肠杆菌人两种生物的同义密码子用语和蛋白质二级结构的关联情况。研究结果表明：大肠杆菌和人的基因组中都存在着一些同义密码子明显携带有蛋白质二级结构信息,尽管这些信息量都很小;同义密码子与蛋白质二级结构的关联是种属特异性。     

大肠杆菌基因中密码对使用的规律

为了探讨基因组序列的非随机性对密码对使用的影响程度,揭示依赖上下文的密码对偏爱性(CDCB)可能存在的规律,本文主要对大肠杆菌基因组中密码子及其紧邻密码子(密码对)偏爱作了全面的统计分析。结果发现85%的密码子在其紧邻密码子位点有显著依赖上下文的密码对偏爱性,通过密码对与全序列六联体(三联体对)的相对丰度比较发现,大约35%的密码对偏好性不能用基因组的序列组分来解释。当密码子第二和第三位点核苷酸相同,且紧邻密码子相同时,它们的相对丰度有显著相关性。结果表明我们的数据支持依赖上下文的密码子偏好的主要原因是蛋白质合成精确性选择的假设,即本文结果揭示了依赖上下文的密码对偏好性可能存在的规律,从而为今后进一步研究大肠杆菌基因组中密码对使用偏好性提供参考。     

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.     

昆虫质型多角体病毒同义密码子使用模式分析

昆虫质型多角体病毒(cypovirus,CPV)是害虫种群重要调节因子,可用作生物防治剂。本研究采用多元统计分析方法对7种CPV进行密码子使用模式分析,结果表明:CPV密码子使用偏好性较弱,多数基因密码子使用模式受碱基组成影响,少数基因密码子使用模式除碱基组成外还有其它影响因素;中性绘图分析表明碱基组成主要受选择压力影响,受突变影响较小。同一电泳型CPV之间比同一宿主CPV之间共有的偏好性密码子多。CPV基因组内10个基因组片段之间密码子偏好性存在差异。CPV密码子偏好性与宿主昆虫密码子偏好性存在差异,所有CPV与其宿主昆虫共有的偏好性密码子均较少。对应分析进一步证明碱基组成是影响密码子使用的主要因素,不同电泳型CPV具有不同的密码子使用模式。聚类分析表明同一电泳型CPV密码子使用模式相似,同一宿主CPV密码子使用模式差异较大。     

金针菇高表达基因的密码子偏好性及特征分析

为探究金针菇的密码子偏好性,挖掘高表达基因的特征信息,以金针菇基因组及转录组数据为材料,分析金针菇的密码子偏好性及其影响因素,并对发育阶段高表达基因进行功能注释和顺式元件分析。分析表明,金针菇高表达基因表现出较强的密码子偏好性,且其偏好密码子多以胞嘧啶(C)结尾,此外在高表达基因中存在6种氨基酸的最优密码子较为保守。在进化过程中,金针菇高表达基因密码子偏好性受到自然选择压力的影响较大。功能注释分类表明,高表达基因多为核糖体通路相关的基因,与蛋白质翻译和生物合成相关。顺式元件分析表明,高表达基因启动子区域大多存在MeJA响应元件、ABA响应元件、光响应元件及MYB转录因子结合元件。研究结果可为提高金针菇异源表达效率和挖掘强启动子提供理论基础和思路。     

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。