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6.6 副密码子(Paracodon)
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:2079    更新时间:2011/4/15
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tRNA作为译员,必须精通两种语言:一种是RNA语言,是用它的反密码子来识别mRNA上的密码子的;另一种是蛋白质的语言,要在密码子相应的位置译作相应的氨基酸。

 

6.6.1 副密码子的发现

上世纪70年代初,发现tRNATyr琥珀抑制在氨基酸接受柄上的突变能使tRNATyr错误地携带Glu。

1984年,Prather等发现突变的tRNALys不仅保留对Lys的特异性,而且也能携带Ala或Gly。这个突变的错义抑制tRNALys是在氨基酸接受柄螺旋区的G3·C70被G3·U70碱基对所取代。

 

Normanly等的实验显示,取代tRNALeu中的12个碱基(无反密码子碱基的取代),能够使tRNALeu转变为丝氨酸的tRNA。

琥珀型抑制性tRNACys、tRNAPhe和tRNAAla,其反密码子均是CUA,而它们却携带不同的氨基酸。

 

实验证明tRNA氨基酸接受臂上的G3·U70是tRNAAla独有的。

对tRNAAla的36个非保守碱基作28种定点突变(包括反密码子改变),只要保持G3·U70不变,仍能接受Ala;

 

tRNAAla和tRNACys的G3·U70突变体,都能接受Ala甚至把tRNAAla的A9至C48或A14至U55缺失,只剩留有G3·U70的微型tRNAAla,仍能接受Ala;若把G3·U70改变,则不再接受A1a。

将G3·U70引入tRNACys或tRNAPhe,亦可予二者携带Ala的功能。

 

tRNA氨基酸柄的3’CCA末端携带相应的氨基酸的作用是通过氨酰tRNA合成酶(AARS)完成的。AARS在密码翻译过程中十分重要。tRNA识别氨基酸的能力,是由AARS赋予的。

反密码子在决定tRNA的特异性并非是唯一的关键。如tRNAAla的氨基酸柄上的G3·U70似乎是tRNAAla的副密码子,参与同AARS的作用。

 

6.6.2 副密码子的特征

并非所有的tRNA氨基酸柄上的G3·U70都是它的副密码子。

用改变碱基的方法研究其他tRNA的副密码子,结果不但在氨基酸柄和反密码子环上、而且在D环和TyC环上也找到“副密码子”;而且对应于同一AARS来说,有好几处“副密码子”。所以把“副密码子”的那些碱基,改称为AARS的认同要素(identity element)。

 

用化学法将E. coli的tRNAfMet约一半碱基改变,表明氨基酸柄、D柄环和TyC柄环的碱基改变,都可导致fMetRS使此tRNAfMet氨酰化的能力降低;而反密码子环上C34、A35的改变,则完全不能被fMetRS氨酰化;说明tRNAfMet的反密码子对fMetRS的识别起主要作用。

 

采用片段移植法将某种tRNA的某一片段移植到另一种tRNA上,然后测定其应接的氨酰基,结果表明在20种同功tRNA中,有17种的识别要素(recognition element)是在反密码子上。

 

将各种tRNA的反密码子改造成为抑制琥珀型无义突变(amber suppressor)的反密码子(5’CUA3’),又将二氢叶酸还原酶(DHFR)基因的10位密码子改造成为UAG,然后进行蛋白质合成实验,测定DHFR的10位氨基酸残基。其结果与片段移值法的结果基本一致,即反密码子对AARS的识别起重要作用。

 

将tRNAfMet的反密码子改造成为其他各种tRNA的反密码子,进行翻译实验,测定第1位氨基酸残基,结果仍然证明反密码子对AARS的识别起重要作用。

同一种AARS识别要素往往是有几处,但各处碱基的作用有主次之分。例如氨基酸柄、73位和反密码子,对于MetRS、AspRS、GlyRS的识别都起作用,但以反密码子为主。

 

tRNA除了为相应的AARS提供认同的正控要素外,还要为其他AARS提供排斥的反控要素;

tRNAAsnGUU的认同要素只是反密码子上的单一核苷酸;如果将tRNAAsnGUU的反密码子GUU改造成为tRNALys的反密码子UUU,则不是被AsnRS认同,而是被LysRS认同,结果生成Lys-tRNAAsnGUU。

 

tRNA分子上出现多处AARS识别要素的原因在于AARS的不同。AARS按其亚基结构可以分为a1、a2、a4和(ab)4等多种。多肽链长短相差很大,从嗜热脂肪芽抱杆菌(Bacillus stearothermophilis)TrpRS的329aa,到E. coli ValRS的951aa。MW从59kDa~380kDa。

关于AARS识别tRNA上识别要素的机制问题,因AARS高分辨率空间结构分析的数据很少而不明确。GlnRS的Asp235对识别至关重要。

 

破译副密码子的意义不仅仅限于tRNA分子本身生物学功能的认识,更重要的是将对生物化学,生物起源,分子生物学及遗传学产生重大影响。

 

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