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11.5 翻译和翻译后调控
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:3547    更新时间:2011/4/15
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11.5.1 磷酸化/脱磷酸化的调控

在蛋白质合成过程中很多酶和蛋白因子的活性受到磷酸化和脱磷酸的调控。

例如eIF-2磷酸化对翻译起始的影响:用兔网织红细胞无细胞体系体外翻译时发现,如果不向这一体系添加血红素,几分钟后蛋白合成会下降且停止。

 

原因在于血红素可抑制eIF-2激酶(heme-regulated inhibitor,HRI)的活性,HRI可使eIF-2的a亚基磷酸化,磷酸化的eIF-2与eIF-2B紧密结合,影响eIF-2的再利用,使翻译起始效率降低。

 

而无活性的HRI也可通过自身磷酸化激活。 HRI中也有2个血红素结合位点,血红素充足时可与这些位点结合而可阻止HRI活化。

 

eIF-2磷酸化阻碍蛋白质生物合成的观象,也可由添加氧化型谷胱甘肽或双链RNA等引发。

 

11.5.2 uORF对翻译的调控

上游开放读码框Upstream open reading frames (uORFs)是细胞增殖和分化的重要调控元件,有不到10%的脊椎动物mRNA含有uORF,然而编码脊椎动物生长调控因子的mRNA约有2/3含uORF。

 

uORF参与翻译调控,例如酵母的GCN4 mRNA的翻译。GCN4作为一种转录激活因子,通过与启动子上TGACTC元件的结合,调控酵母细胞中包括氨基酸生物合成酶系基因在内的表达调控。

 

在酵母GCN4 mRNA的5’端AUG上游的前导序列中含有4个uORF(uORF1: 3 codons, uORF2:2 codons, uORF3: 3 codons, uORF4: 3 codons)。

 

核糖体结合在GCN4 mRNA前导序列附近,开始扫描并翻译uORF1,uORF1翻译结束后核糖体可重新扫描再次起始翻译。

 

营养丰富时,核糖体翻译uORF1结束后,重新扫描时常在uORF4重新起始翻译,uORF4翻译完成后核糖体从GCN4 mRNA上解离下来,限制了GCN4的翻译,因而GCN4低水平合成。

 

酵母细胞在氨基酸饥饿导致空载tRNA的积累,空载tRNA激活蛋白激酶Gcn2,Gcn2使eIF2磷酸化,磷酸化的eIF2可抑制大多数蛋白质的生物合成,但可特异地激活GCN4 mRNA的翻译。

 

在酵母中用Ala替代Ser51的突变实验,和GCN2不表达的突变实验得到相同的结果:GCN 4 mRNA的翻译被抑制,所以推测GCN2对eIF2a的Ser51磷酸化与GCN4的特异性激活有关。

 

GCN2可特异的将eIF2a的Ser51磷酸化,抑制细胞的整体蛋白质合成水平,还能特异的激活GCN4蛋白的合成。它的C端有HisRS结构域,与未负载tRNA结合。

 

在非饥饿状态时,GCN2的C末端和激酶结构域间可能相互作用,抑制GCN2的激酶活性。有证据显示分子伴侣Hsp90参与了GCN2的成熟和非饥饿状态下无活性的调节。氨基酸饥饿时,GCN2的HisRS结构域结合未负载tRNA后构象改变,形成二聚体并发生自我磷酸化,激酶结构域被活化。

 

酵母eIF2由3个亚基(a、b和g)组成,eIF2g属于GTP结合蛋白超家族,能直接与GTP和Met-tRNAi相互作用。缺b亚基的eIF2(a,g)仍能结合GTP,但不能与Met-tRNAi形成稳定的三聚体,因此与b与g亚基在结合Met-tRNAi过程中有重要作用。

 

eIF2a肽链的第51位上为保守的Ser残基,能被相应的蛋白质激酶磷酸化,缺少a亚基的eIF2 (b,g)能行使eIF2的运送Met-tRNAi功能,推测eIF2a的主要功能在于调节eIF2·GTP·Met-tRNAi三聚体的浓度,而达到调节翻译起始的目的。

 

eIF2的主要功能是以eIF2·GTP·Met-tRNAi三聚体的形式将Met-tRNAi运送到40S小亚基上,并在60S大亚基加入前消耗GTP,以eIF2·GDP形式释放出来。eIF2·GDP没有结合和运送Met-tRNAi的功能,必须通过eIF2B(鸟苷酸交换因子)的作用转换成eIF2·GTP的功能形式才能再次形成三聚体参与翻译的起始。

 

eIF2a亚基Ser51被磷酸化后并不影响对Met-tRNAi的运送功能,但磷酸化的eIF2·GDP是eIF2B抑制剂,可阻碍eIF2B催化eIF2·GDP到eIF2·GTP的转换,对翻译起始起负调节作用。这也是翻译调控的主要靶位点之一。

 

因此,在氨基酸饥饿时核糖体翻译uORF1后重新扫描时需扫描更长的距离,忽略了uORF4,在GCN4 ORF的AUG处重新起始翻译,提高GCN4翻译水平。GCN4可激活与氨基酸合成相关酶系基因的表达。

 

一些mRNA在翻译延伸中会发生移框翻译,从而改变翻译产物。

翻译后还存在肽链的剪接、修饰、易位等过程。

 

11.5.3 mRNA损伤对翻译的影响

无义密码子可介导翻译衰减,终止密码子提前(不成熟的mRNA)的翻译:核糖体移动不能取代一个或多个外显子界面复合体,导致Upf1(up-frameshift)、Upf2和Upf3结合到核糖体。

 

一旦它们与核糖体结合,可激活脱帽酶使mRNA脱帽,导致mRNA很快被5’→3’外切酶降解。

 

外显子界面复合体(exon junction complex, EJC)是聚集mRNA剪接时相邻外显子接合处的蛋白复合物,EJC在mRNA的剪接、转运、细胞质定位和无义密码子介导的mRNA衰减中起重要作用。

 

有证据表明,mRNA的剪接背景也会影响翻译,eIF4A3就是EJC的一个成员,它也是翻译起始因子eIF4A家族的成员。

 

无终止密码子介导的衰减:无终止密码子时,poly(A)被翻译,含有Ski7(与eRF3相关)和3’→5’核酸外切酶的复合体结合于停滞在poly (A)的核糖体,导致核糖体从mRNA上释放以及mRNA的降解。

标签肽的产生是由于断裂mRNA(缺乏终止密码子)引起的。

 

END

 

RNA Pol II最大的亚基C端有一段富含脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸,称为CTD(carboxyl-terminal domain)。在转录的延伸中有重要作用,启动转录时,CTD需处在未磷酸化的状态。启动转录之后,CTD需被磷酸化才能延伸RNA。

 

糖皮质激素是甾醇类激素,作用:①抑制糖氧化。②促使pro转化为糖。③调节糖代谢,升高血糖,利尿。④减轻炎症和过敏。

 

Figure1. The imprinted region of human chromosome 11p15.5. Genes and their imprinting status on human chromosome 11p15. The maternal (Mat) and paternal (Pat) chromosomes are shown. Grey boxes indicate maternally expressed genes and boxes filled with vertical lines indicate paternally expressed genes. The official names and some alternate gene names are shown. Some genes (e.g. TSSC4, TAPA1, ASCL2, NAP1L4) are imprinted in the mouse but not the human. MTR1 is imprinted in human but not mouse. The direction of transcription is indicated for each gene by the arrows. The bars filled with diagonal lines indicate the locations of insulators or silencers as found in this work. Domains 1 and 2 are indicated by the horizontal arrows at the top of the figure. The dashed arrow indicates that domain 2 in the mouse extends further to the right. The circles to the right of H19 are the 3' enhancers used by H19 and IGF2. Some translocations through the KCNQ1 gene cause BWS. Tel=telomeric end of 11p.

 

RAP30/74 is a human general transcription factor that binds to RNA polymerase II and is required for initiation of transcription in vitro regardless of whether the promoter has a recognizable TATA box

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