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7.7 翻译错误
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:2154    更新时间:2011/4/15
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蛋白质不是遗传物质,在某些非重要区域翻译错误并不影响蛋白质的活性。在这种情况下,高度忠实的翻译并非是好事。翻译错误是可以修正的,但修正是要付出代价的。既然无关宏旨,何必多此一举。

 

细菌核糖体蛋白S12因抗链霉素突变而提高翻译遗传密码的精确性,结果是翻译速度放慢,误读琥珀无义突变(UAG)机会减少,降低了生存机会。

 

7.7.1 AARS造成的翻译错误

造成翻译错误的原因有tRNA携带了非正确的氨基酸,这是由于AARS的原因引起的,AARS引起的错误频率为4×10-4~5×10-5。

 

7.7.2 有义密码子的误译

有义密码子的误译是常发生的事,特别在氨基酸饥饿时,误译率可增加10倍。

E. coli在Arg饥饿时CGY(Arg)译为Cys(UGY,Y=U或C,pyrimidine);

His饥饿时译CAY(His)为Gln(CAR,R=G或A,purine);

Asn饥饿时译AAY(Asn)为Lys(AAR),其中AAU误译率高达5%;

 

Lys饥饿时译AAR(Lys)为Asn(AAY);

Ile饥饿时AUA(Ile,罕用密码子)和AUU(Ile)都可误译为Met(3%)。

酿酒酵母密码子使用情况与大肠杆菌不同,按酿酒酵母密码子使用情况合成生长因子1基因,在大肠杆菌细胞中表达,其21、36、37位密码子ACA(Arg)都可误译为Lys(AAR)。

 

当相识氨基酸饥饿时,误译的并不是随机氨基酸,而是特定的氨基酸,所以并非饥不择食。

但CAR(Gln)和AGY(Ser)即使在氨基酸饥饿时也不误译,原因不明。

 

E. coli的tRNAGlyCCC解读GGG(Gly),tRNAGlyUCC解读GGA(Gly)。增加tRNAGlyCCC的分子数,结果将GGA作为近相识密码子按二联密码译出。

肽酰tRNA-核糖体在遇到“饥饿”密码子时,可有非相识氨酰tRNA解读、移码、终止或滑过。滑过后从下游继续翻译。

 

7.7.3 终止密码子的解读

①无义抑制

没有和终止密码子对应的tRNA,但tRNA的反密码子经过突变而能和终止密码子配对,则有可能读出突变的终止密码子。发生无义抑制。

 

②天然tRNA解读终止密码子

如tRNATrpUGG(密码子)可将UGA译出10-2~10-3,UAG、UAA可读为Gln (CAR)。tRNAGlnCUG(反密码子)读通UAG,是密码子第一位碱基摆动。UGA也是渗漏的。所以许多mRNA连用2个或3个终止密码子。

 

③mRNA引起的误译终止密码子

RNA噬菌体Qb衣壳蛋白(14kDa)基因UGA译作Trp(6.5%)得38kDa蛋白。此蛋白进入衣壳很少,但对侵染很重要。

用葡糖醛酸酶基因(GUS)作为报道基因(reporter,gene)进行实验研究,证明终止密码子3’侧翼二密码子为CAR YYA者,UAA、UAG或UGA终止密码子都能被读通。

TMV l26kDa终止密码子序列是UAG CAA UUA,所以UAG能被烟草tRNATyr读出。

 

④移码误译终止密码子

反转录病毒gag-pol之间的终止密码UAG因-1移码而读通。UAG上游有7核苷酸移码信号,这7核苷酸序列最后一个碱基解读两次,造成-l移码。移码信号由一连串相同碱基组成,碱基种类以A、U居多。E. coli移码信号也是7核苷酸,AAG(Lys)密码子在Lys-tRNA缺短时,GCC AGG C造成+1移码,C TTC AAG造成-l移码。

对移码机制解释不一,有滑动错位模型、碱基误读模型、三中读二等。

 

⑤跳读终止密码子

T4基因60编码拓扑异构酶Ⅰ的一个亚基,其mRNA有一个50nt的不译区。此不译区的5‘第一个密码子是UGA终止密码,不译区上游-1密码子(46位密码子)GGA与不译区3’末尾GGA相同,这两个GGA只读其一,翻译时跳越50nt。

不译区有二级结构。不译区上游编码的46个氨基酸残基的新生肽作为跳越的反式作用因子,其作用机理不明。野生型100%跳越。将此不译区移植别处,仍能跳越。

 

⑥UGA的特异解读

UGA解读为氨基酸并非错误翻译,细菌甲酸脱氢酶H和甘氨酸还原酶、哺乳动物谷光甘肽过氧化物酶和硒蛋白P等都是以UGA终止密码子编码硒代半胱氨酸,硒是在翻译时以Se-Cys-tRNASec的形式由UGA编码进入蛋白质的。

UGA本可能是有义密码子,后因硒蛋白对氧和重金属离子都很敏感,UGA演变为Trp或终止密码子。

 

SELB催化Se-Cys的插入是利用SelC基因的产物Se-Cys的特异tRNASec来完成的,tRNASec最初携带的是Ser,但SelA基因产物Se-Cys合成酶更换了Ser,硒的更换是SelD基因产物磷酸硒(selenophosphate)合成酶催化形成的磷酸硒来提供硒的。

 

Se-Cys特异延伸因子(SELB)结合在mRNA 的二级结构上,此区域为Se-Cys插入元件(SECIS),导致UGA编码Se-Cys,而不是由RF2终止蛋白合成。

 

⑦标签肽的生成(peptide tags)

白细胞介素-6 mRNA若在E. coli中表达,其C端与在动物细胞中表达的不同,有Ala-Ala-Asn-Asp-Glu-Asn-Tyr-Ala-Leu-Ala-Ala-COOH 11aa的标签肽,标签肽是E. coli中许多蛋白的C端都有的,其中最后10个aa由E. coli稳定性非核糖体RNA 10Sa编码。

 

10Sa共363nt,其结构很象tRNA,3’端携带有Ala。

 

当翻译白细胞介素-6等时,核糖体到达3’端,被10Sa RNA识别进入A位,将3’端携带的Ala加在新生肽的生长点上,核糖体转而把10Sa RNA作为mRNA继续翻译,译出10aa,到达UAA而终止,成为标签肽。

 

10Sa RNA兼有tRNA和mRNA的功能,称为转移信使RNA(tmRNA)。

 

核糖体上的"空闲反应"(idling reaction)

当氨基酸缺乏时,未负载的tRNA进入核糖体A位,从而导致产生二种效应;

①空载的tRNA与mRNA密码子结合,从而中止蛋白质合成;

 

②relA基因开放,生成"紧缩控制"因子(stringent factor,简写为SF)SF属一种核糖体相关蛋白质,SF可促使GTP或GDP与ATP反应,在核糖体工作的"空闲"状态时,合成ppp5'-G-3'pp(鸟苷五磷酸)或pp5'-G-3'pp(鸟苷四磷酸)。反应由ATP提供p-p基。该步反应通常称为"魔斑"(magic spot)。

 

当pppGpp(或ppGpp)生成后,即可抑制RNA聚合酶的活性,进一步使rRNA、tRNA的合成下降,多聚核糖体的数量及聚集状态改变。

这是细菌中的一个重要调控机制,紧缩控制系统在原核细胞中具有普遍性。真核细胞中有无该控制系统,目前暂不能定论。

 

"紧缩控制"的意义在于使细胞不要浪费性地生成过多的核糖体,并通过"开源节流"去维持生存。产生该反应的关键是无负载的tRNA进入A位,而导致核糖体的"空闲"反应所致。在正常细菌生长期间,pppGpp(或ppGpp)仅有少量产生。生成的这些效应分子可被pppGpp(或ppGpp)焦磷酸酶水解。

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