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。     

翻译速率与蛋白质二级结构的关系

统计分析了人的 119种蛋白质和大肠杆菌的 92种蛋白质密码子翻译速率和蛋白质二级结构的关系。据m 密码子片段在不同二级结构中的频数分布 ,我们发现人和大肠杆菌中翻译速率与蛋白质二级结构之间有一定关系 :高翻译速率时倾向编码α螺旋、不倾向编码线团 (coil) ;低翻译速率时倾向编码线团、不倾向编码α螺旋 ;β折叠结构则随翻译速率表现出明显的振荡。同时 ,密码子的使用在不同片段内一般也是不均匀的 :在α螺旋片段内 ,结构尾部偏向使用高翻译速率密码子 ;中部倾向使用中翻译速率密码子 ;而头部使用的密码子翻译速率偏低。这样的倾向性不大可能归结为随机起伏的影响。     

蛋白质折叠速率预测研究进展

蛋白质折叠速率预测是当今生物物理学最具挑战性的课题之一。近年来,该领域的研究取得了很大的进展,提出了许多经验参数,例如:接触序、长程序、总接触距离、链拓扑参数、二级结构含量、有效长度、螺旋参数、n-阶接触距离等。这些参数都和蛋白质的折叠速率有很好的相关性,基于这些参数的各种预测方法所得到的预测结果也与实验数据较好地吻合。     

同义密码子用语与蛋白质结构的关系

对大肠杆菌的５４种三维结构已知的蛋白质及其对应的ｍＲＮＡ序列的集合的分析结果表明,绝大部分密码子与其编码的氨基酸在蛋白质α螺旋、β折叠和卷曲等三种二级结构中的偏好性没有显著的统计性差异。同时,又对Ａｄｚｈｕｂｅｉ提供的相应哺乳类数据集作了同样的偏好性检验,表明９种氨基酸的同义密码子携带蛋白质二级结构信息,与他们的结论一致。推测,这种差异可能由翻译机制的进化趋异造成的。这些结果对于真核基因在原核生物中实现高表达可能有重要的实际意义。     

mRNA环结构对蛋白质折叠速率的影响

前期的相关研究发现mRNA二级结构中存在对蛋白质折叠速率的重要影响因素.而mRNA二级结构中普遍存在着各种复杂的环结构,这些环结构是否对蛋白质折叠速率也有重要的影响呢?不同的环结构对蛋白质折叠速率的影响是否相同呢?基于此想法,建立了一个包含mRNA内部环、发夹环、膨胀环和多分支环等环结构信息和相应蛋白质折叠速率的数据库.对于数据库中的每一个蛋白质,计算了mRNA二级结构中各种环结构碱基含量、配对碱基含量及单链碱基含量等参量,分析了各参量与相应蛋白质折叠速率的相关性.结果显示,各种环结构碱基含量与蛋白质折叠速率均呈极显著或显著正相关.说明mRNA环结构对蛋白质折叠速率有重要的影响.进一步,把蛋白质按照不同折叠类型或不同二级结构类型分组后,对每一组蛋白质重复上述的分析工作.结果表明,对不同类蛋白质,mRNA的各种环结构对其相应蛋白质折叠速率的影响存在着显著差异.上述研究将为进一步开展有关mRNA和蛋白质折叠速率的研究奠定理论基础.     

从氨基酸序列预测蛋白质折叠速率

蛋白质折叠速率预测是当今生物物理学最具挑战性的课题之一．近年来,许多科研工作者开展了大量的研究工作来探索折叠速率的决定因素,许多参数和方法被相继提出．但氨基酸残基间的相互作用、氨基酸的序列顺序等信息对折叠速率的影响从未被提及．采用伪氨基酸组成的方法提取氨基酸的序列顺序信息,利用蒙特卡洛方法选择最佳特征因子,建立线性回归模型进行折叠速率预测．该方法能在不需要任何(显示)结构信息的情况下,直接从蛋白质的氨基酸序列出发对折叠速率进行预测．在Jackknife交互检验方法的验证下,对含有99个蛋白质的数据集,发现折叠速率的预测值与实验值有很好的相关性,相关系数能达到0.81,预测误差仅为2.54．这一精度明显优于其他基于序列的方法,充分说明蛋白质的序列顺序信息是影响蛋白质折叠速率的重要因素．     

蛋白质序列的混合特征值对折叠速率的影响

鉴于蛋白质折叠速率预测对研究其蛋白质功能的重要性,许多的科研工作者都开始对影响蛋白质折叠速率的因素进行研究。各种预测参数和方法被提出。利用蛋白质编码序列的不同特征参数,不同的二级结构及不同的折叠类的蛋白质对折叠速率的不同影响,我们选取蛋白质编码序列的新的特征值,即选取蛋白质序列的LZ复杂度,等电点等特征值。然后把这些特征值与20种氨基酸的属性αc、Cα、K0、Pβ、Ra、ΔASA、PI、ΔGhD、Nm、LZ、Mu、El融合,建立多元线性回归模型,并利用回归模型计算了13个全α类蛋白质、18个全β类蛋白质、13个混合类蛋白质和39个未分类蛋白质的ln（kf）与预测值之间的相关系数分别达到0.89、0.93、0.98、0.86。在Jack-knife方法的验证下发现在不同的结构中混合特征值与相应折叠速率有很好的相关性。结果表明,在蛋白质折叠过程中,蛋白质序列的LZ复杂度、等电点等特征值可能影响蛋白质的折叠速率及其结构。     

蛋白质折叠速率与其氨基酸序列极性的关系

以大肠杆菌60个蛋白酶以及几种常见病毒（SARS病毒、艾滋病病毒、丙型肝炎病毒及乙型肝炎病毒）各蛋白质序列中的所有α-螺旋和β-折叠片段为研究对象,计算了各片段的折叠速率和平均极性,分别在各物种的α-螺旋和β-折叠两类二级结构片段中分析了二者的相关性。得到结论：不论是大肠杆菌中的蛋白酶还是病毒蛋白,其中的两类氨基酸片段的平均极性与折叠速率都是极显著相关的：对于所有的α片段,二者呈线性正相关,而对于所有的β片段,二者成线性负相关。结果证实了在蛋白质折叠中,氨基酸的极性起着重要的作用。     

枯草芽孢杆菌同义密码子使用偏性对蛋白质折叠速率的影响

目前,有关同义密码子使用偏性对蛋白质折叠的影响研究中,样本蛋白均来源于不同的物种。考虑到同义密码子使用偏性的物种差异性,选取枯草杆菌的核蛋白为研究对象。首先,将每条核蛋白按二级结构截取为α螺旋片段、β折叠片段和无规卷曲（α-β混合）片段,并计算其蛋白质折叠速率。然后,整理每个片段相应的核酸序列信息,计算其同义密码子使用度。在此基础上,分析枯草芽孢杆菌核蛋白的同义密码子使用偏性与蛋白质折叠速率的相关性。发现对于不同二级结构的肽链片段,都有部分密码子的使用偏性与其对应的肽链折叠速率显著相关。进一步分析发现,与肽链片段折叠速率显著相关的密码子绝大部分为枯草杆菌全序列或核蛋白序列的每一组同义密码子中使用度最高的密码子。结果表明,在蛋白质的折叠过程中,枯草芽孢杆菌的同义密码子使用偏性起着重要作用。     

蛋白质折叠速率数据集的构建及分析

近年来,随着高精度的蛋白质折叠速率实验数据的不断积累,使得从蛋白质折叠速率角度研究蛋白质折叠机制的理论工作者,迎来了前所未有的机遇和挑战。然而,却有约100多个蛋白质的折叠速率实验数据散落在2个数据库和若干文献中。为了方便今后的理论工作分析,作者将这些散落数据汇集整理出来,构建了一个包含109个非冗余单体野生型蛋白质的折叠速率数据集,称为PFRD109(protein folding rate dataset 109)。PFRD109所包含的109个蛋白质中,有69个二态蛋白和40个多态蛋白,折叠速率从10-4到106s-1,跨度为10个数量级。链长最短的为16 aa,最长为390 aa,二态蛋白平均长度为78 aa,多态蛋白平均长度为137 aa。当前,生物信息学对蛋白质折叠速率的研究,主要集中于寻找与折叠速率和折叠动力学相关的各种生化参数或拓扑参数,进而实现对蛋白质折叠速率和蛋白质折叠动力学类型的预测。因此,本文还针对PFRD109数据集,就这两个方面进行了一些参数的统计分析。     

人基因中密码子前后碱基使用与蛋白质结构

对６２个人基因中编码蛋白质各类二级结构（α－螺旋、β－折叠片、无规卷曲和回折）的密码子前后碱基的使用情况进行统计分析和比较,发现多数密码子前后碱基的使用有一定偏向,而且这些偏向与蛋白质的二级结构有关联。这同时亦提示,同义密码子的选用与蛋白质的二级结构有一些关联。结果对于蛋白质结构预测算法以及基因工程的研究有辅助作用。     

大肠杆菌基因中密码子前后碱基的使用与蛋白质结构

对一组E.coli基因中编码蛋白质各类二级结构（α-螺旋、β－折叠片、无规卷曲和回折）的密码子前后碱基的使用情况进行统计分析和比较,发现一些密码子前后碱基的使用有偏向,而且这些偏向与蛋白质的二级结构有关联,这同时亦表明,E.coli基因中同义密码子的选用与蛋白质的二级结构有一些关联。模型对于蛋白质结构预测算法的改进以及基因工程的研究有辅助作用。     

蛋白质结构的分形及其与进化关系的研究

本文在应用分形理论对蛋白质分子结构的分形进行研究的基础上,从非线性角度,就蛋白质多肽链的结构与形以及球蛋白三维结构的分形与进化的关系问题,进行了理论探讨和分析。     

几个猕猴桃品种净光合速率和蒸腾速率与环境因素的关系

依据田间试验资料,建立了３个猕猴桃品种的净光合速率和蒸腾速率与环境因素（空气温度、光量子通量密度、空气相对湿度）的经验公式;比较了３个品种对环境适应能力上的差异,在育种工作中,为选择具有理想生理特性的品种和确定品种适生区等提供生理学依据。研究表明美味猕猴桃的生理活动对空气湿度变化反应强烈,当光量子能量密度为３００－３５００μｍｏｌ·ｍ＾－２·ｓ＾－１,气温为３２－３５℃时最适合其生理活动。相对于秦     

Sindbis病毒的蛋白质合成与细胞骨架的关系

我们以Sindbis病毒感染BHK-21细胞为模式,研究了病毒的感染与细胞骨架的关系。结果显示:在病毒感染早期,细胞的蛋白质合成迅速被抑制,细胞的多聚核糖体(polysome)和mRNA从骨架上脱落,而病毒的RNA结合到骨架上。我们的结果还进一步表明,病毒的RNA是通过其3′-尾端与骨架结合的。另一方面在对Sindbis病毒非结构蛋白在体内与体外合成与加工的比较中,我们发现病毒蛋白在体外翻译加工的速度远低于体内,并且出现很多未成熟蛋白(premature protein),这种区别可能在某种程度上反应细胞骨架在蛋白质合成与加工中的作用。此外,在用秋水仙素和细胞松驰素B破坏微管和微丝后,病毒非结构蛋白的合成与加工没有明显变化,而结构蛋白的合成则受到明显的抑制。这表明病毒的两类蛋白的合成所依赖的细胞骨架成分可能有所不同,在结构蛋白合成过程中,微丝和微管起了重要作用,在非结构蛋白合成过程中,中间丝很可能起了重要作用。     

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE THICKNESS OF DECIDUOUS LEAVES AND THEIR MAXIMUM PHOTOSYNTHETIC RATE

Mc Clendon , John H. (U. Delaware, Newark.) The relationship between the thickness of deciduous leaves and their maximum photosynthetie rate. Amer. Jour. Bot. 49(4): 320–322. Illus. 1962.—Data of Willstätter and Stoll (25°, saturating light and CO₂) are used to show that it is useful to plot photosynthetie rate per unit area as a function of the density thickness (g/cm²; fresh wt) of the leaves. Data for 23 species were plotted together. If P is photosynthetie rate, T the total density thickness, E the density thickness of the epidermis, a linear relation is found using the maximum values of P, such that P = R (T - E), where R is about 30 (mg CO₂) (hr)^-1 (g F.W.)^-1. Using this expression, 15 species were represented by values of R over 23, while very young leaves, aurea² leaves and a few others fell in the range 8–16. A mean value of E was taken, from other data, to be about 3 × 10^-3 g/cm², while T ranged from 10 to 40 × 10^-3 g/cm², and P ranged from 0.2 to 0.8 (mg CO₂) hr^-1 cm^-2 for “normal” leaves.     

STUDIES ON THE RELATIONSHIP BETWEEN GABA SYNTHESIS AND PROTEIN SYNTHESIS IN BRAIN

Abstract— The synthesis of γ-aminobutyric acid (GABA) in mouse brain was decreased by treatment of the animals with pyridoxal phosphate- γ-glutamylhydrazone, an inhibitor of glutamate decarboxylase in vivo. Under these experimental conditions the following parameters were studied: (1) the incorporation of labeled leucine in vivo , into protein of brain subcellular fractions; (2) the brain polysome profile; (3) the incorporation of labeled leucine into protein in vitro , in ribosomal preparations isolated from brain tissue. In other experiments, GABA synthesis was also decreased in brain cortex slices by preincubation with aminooxyacetic acid. The incorporation of [³H]leucine or [¹⁴C]leucine into protein in these slices was studied, and samples from the proteins were subjected to acrylamide-sodium dodecylsulfate gel electrophoresis. Radioactivity was counted in slices of the gel. The results of the experiments in vivo and in vitro indicate that the previously reported decrease of protein synthesis induced by an inhibition of GABA synthesis affects proteins of all subcellular fractions and all populations of protein as separated by gel electrophoresis. The polysome profile from brains of mice with decreased GABA synthesis was similar to that of control mice. This result differs from that found when brain protein synthesis is inhibited by dopamine and serotonin.     

玉米杂种优势与杂交后胚中ATP酶活性和RNA酶活性及蛋白质含量的关系

通过对若干个玉米杂交及其亲本自交授粉后1天、3天、7天、10天胚中ATP酶活性、RNA酶活性及蛋白质变化的比较来探讨杂种优势产生的生化机理。结果表明,30个组合的玉米授粉后一天,有90%组合杂交胚中ATP酶活性超过双亲或母本自交胚中ATP酶活性。授粉后3天杂交胚中ATP酶活性多数低于双亲自交胚中的ATP酶活性,看来这一表现与自交授粉后胚中合子细胞分裂较迟缓有关。以上四个时期授粉后,杂交胚中RNA酶活性介于双亲之间或低于双亲,这可能与杂交胚中核酸分解的速度较慢有关。杂交胚中蛋白质含量变化不同时期各组合间表现不同,杂交后胚胎发育初期胚中蛋白质的变化不一定是总的数量的增加,而是某些蛋白质或酶的变化。