Zatrzymaj kodon
W biologii molekularnej (szczególnie w biosyntezie białek ) kodon stop (lub kodon terminacji ) to kodon ( tryplet nukleotydów w informacyjnym RNA ), który sygnalizuje zakończenie procesu translacji obecnego białka . Większość kodonów w informacyjnym RNA odpowiada dodaniu aminokwasu do rosnącego polipeptydu łańcuch, który ostatecznie może stać się białkiem; kodony stop sygnalizują zakończenie tego procesu poprzez wiązanie czynników uwalniających , które powodują dysocjację podjednostek rybosomu , uwalniając łańcuch aminokwasowy.
Podczas gdy kodony start potrzebują pobliskich sekwencji lub czynników inicjujących , aby rozpocząć translację, sam kodon stop jest wystarczający do zainicjowania terminacji.
Nieruchomości
Standardowe kodony
W standardowym kodzie genetycznym występują trzy różne kodony terminacyjne:
| Kodon |
Standardowy kod (Tabela tłumaczeń 1) |
Nazwa | ||
|---|---|---|---|---|
| DNA | RNA | |||
ETYKIETKA |
UAG
|
STOP = Ter (*)
|
"bursztyn" | |
TAA |
UAA
|
STOP = Ter (*)
|
"ochra" | |
TGA |
UGA
|
STOP = Ter (*)
|
„opal” (lub „umbra”) | |
Alternatywne kodony stop
Istnieją odmiany standardowego kodu genetycznego , aw genomach mitochondrialnych kręgowców , Scenedesmus obliquus i Thraustochytrium znaleziono alternatywne kodony stop .
| Kod genetyczny | Tabela tłumaczeń |
Kodon |
Tłumaczenie z tym kodem |
Tłumaczenie standardowe | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DNA | RNA | |||||||
| Mitochondrium kręgowców | 2 | AGA |
AGA |
STOP = Ter (*)
|
argument (R)
|
|||
AGG |
AGG |
STOP = Ter (*)
|
argument (R)
|
|||||
| Scenedesmus obliquus mitochondrialny | 22 | TCA |
UCA |
STOP = Ter (*)
|
Ser (S)
|
|||
| Traustochytrium mitochondrialne | 23 | TTA |
UUA |
STOP = Ter (*)
|
leja (L)
|
|||
| Właściwości biochemiczne aminokwasów | Niepolarny | Polarny | Podstawowy | Kwaśny | Terminacja: kodon stop |
Ponownie przypisane kodony stop
Jądrowy kod genetyczny jest elastyczny, co ilustrują warianty kodów genetycznych, które ponownie przypisują standardowe kodony stop do aminokwasów.
| Kod genetyczny | Tabela tłumaczeń |
Kodon | Tłumaczenie warunkowe |
Tłumaczenie standardowe | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DNA | RNA | |||||||
| Karyorelikt jądrowy | 27 | TGA |
UGA |
Ter (*)
|
Lub |
Trp (W)
|
Ter (*)
|
|
| Kłykcina jądrowa | 28 | TAA |
UAA |
Ter (*)
|
Lub |
Gln (Q)
|
Ter (*)
|
|
ETYKIETKA |
UAG |
Ter (*)
|
Lub |
Gln (Q)
|
Ter (*)
|
|||
TGA |
UGA |
Ter (*)
|
Lub |
Trp (W)
|
Ter (*)
|
|||
| Blastocrithidia jądrowa | 31 | TAA |
UAA |
Ter (*)
|
Lub |
Glu (E)
|
Ter (*)
|
|
ETYKIETKA |
UAG |
Ter (*)
|
Lub |
Glu (E)
|
Ter (*)
|
|||
Tłumaczenie
W 1986 r. przedstawiono przekonujące dowody na to, że selenocysteina (Sec) została włączona kotranslacyjnie. Ponadto kodon częściowo kierujący jego włączaniem do łańcucha polipeptydowego został zidentyfikowany jako UGA, znany również jako kodon terminacji opalnej. U prokariotów i eukariontów zidentyfikowano różne mechanizmy zastępowania funkcji terminacji tego kodonu. Szczególna różnica między tymi królestwami polega na tym, że elementy cis wydają się być ograniczone do sąsiedztwa kodonu UAG u prokariotów, podczas gdy u eukariontów to ograniczenie nie występuje. Zamiast tego takie lokalizacje wydają się nielubiane, choć nie zabronione.
W 2003 r. w przełomowym artykule opisano identyfikację wszystkich znanych selenoprotein u ludzi: w sumie 25. Podobne analizy przeprowadzono dla innych organizmów.
Kodon UAG może ulegać translacji na pirolizynę (Pyl) w podobny sposób.
Dystrybucja genomowa
Dystrybucja kodonów stop w genomie organizmu nie jest przypadkowa i może korelować z zawartością GC . Na przykład E. coli K-12 zawiera 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) i 326 TAG (8%) kodonów stop (zawartość GC 50,8%). Również substraty dla czynnika uwalniania kodonów stop 1 lub czynnika uwalniania 2 są silnie skorelowane z obfitością kodonów stop. Badania na dużą skalę bakterii o szerokim zakresie zawartości GC pokazują, że podczas gdy częstość występowania TAA jest ujemnie skorelowana z zawartością GC, a częstość występowania TGA jest dodatnio skorelowana z zawartością GC, częstotliwość występowania kodonu stop TAG, który jest często kodonem stop używanym w genomie w minimalnym stopniu, nie zależy od zawartości GC.
Uznanie
Rozpoznawanie kodonów stop u bakterii powiązano z tak zwanym „antykodonem tripeptydowym”, wysoce konserwatywnym motywem aminokwasowym w RF1 (PxT) i RF2 (SPF). Chociaż jest to poparte badaniami strukturalnymi, wykazano, że hipoteza antykodonu tripeptydowego jest nadmiernym uproszczeniem.
Nomenklatura
Kodony stop miały historycznie wiele różnych nazw, ponieważ każdy z nich odpowiadał odrębnej klasie mutantów, z których wszystkie zachowywały się w podobny sposób. Mutanty te zostały najpierw wyizolowane z bakteriofagów ( T4 i lambda ), wirusów infekujących bakterie Escherichia coli . Mutacje w genach wirusów osłabiły ich zdolność zakaźną, czasami tworząc wirusy zdolne do infekowania i wzrostu tylko w niektórych odmianach E. coli .
bursztynu ( UAG )
Były to pierwsze odkryte mutacje nonsensowne , wyizolowane przez Richarda H. Epsteina i Charlesa Steinberga i nazwane na cześć ich przyjaciela i absolwenta Caltech, Harrisa Bernsteina, którego nazwisko oznacza po niemiecku „ bursztyn ” ( por. Bernstein ).
Wirusy z mutacjami bursztynu charakteryzują się zdolnością infekowania tylko niektórych szczepów bakterii, zwanych supresorami bursztynu. Bakterie te niosą własną mutację, która umożliwia przywrócenie funkcji zmutowanych wirusów. Na przykład mutacja w tRNA, która rozpoznaje bursztynowy kodon stop, umożliwia translacji „przeczytanie” kodonu i wytworzenie białka pełnej długości, przywracając w ten sposób normalną postać białka i „tłumiąc” mutację bursztynu. Tak więc bursztynowe mutanty to cała klasa mutantów wirusów, które mogą rosnąć w bakteriach zawierających bursztynowe mutacje supresorowe. Podobne supresory są również znane dla kodonów stop ochry i opalu.
Cząsteczki tRNA przenoszące nienaturalne aminokwasy zostały zaprojektowane tak, aby rozpoznawały bursztynowy kodon stop w bakteryjnym RNA. Technologia ta pozwala na wbudowanie ortogonalnych aminokwasów (takich jak p-azydofenyloalanina) w określone miejsca białka docelowego.
ochry ( UAA )
Była to druga odkryta mutacja kodonu stop. Przypominając zwykły żółto-pomarańczowo-brązowy kolor związany z bursztynem, temu drugiemu kodonowi stop nadano nazwę „ ochry ” , pomarańczowo-czerwono-brązowego pigmentu mineralnego.
Zmutowane wirusy ochry miały właściwości podobne do mutantów bursztynowych, ponieważ odzyskiwały zdolność zakaźną w niektórych supresorowych szczepach bakterii. Zestaw supresorów ochry różnił się od supresorów bursztynu, więc wywnioskowano, że mutanty ochry odpowiadają innemu trypletowi nukleotydów. Poprzez serię eksperymentów z mutacjami, porównujących te mutanty ze sobą i innymi znanymi kodonami aminokwasów, Sydney Brenner doszedł do wniosku, że mutacje bursztynu i ochry odpowiadają trypletom nukleotydów „UAG” i „UAA”.
mutacje opalowe lub umbry ( UGA )
Trzeci i ostatni kodon stop w standardowym kodzie genetycznym został odkryty wkrótce potem i odpowiada trypletowi nukleotydów „UGA”.
Aby kontynuować pasowanie do tematu kolorowych minerałów, trzeci nonsensowny kodon stał się znany jako „ opal ” , który jest rodzajem krzemionki wykazującej różnorodne kolory. Nonsensowne mutacje, które stworzyły ten przedwczesny kodon stop, nazwano później mutacjami opalowymi lub mutacjami umbry .
Mutacje i choroby
Nonsens
Nonsensowne mutacje to zmiany w sekwencji DNA, które wprowadzają przedwczesny kodon stop, powodując nieprawidłowe skrócenie powstałego białka. To często powoduje utratę funkcji w białku, ponieważ krytyczne części łańcucha aminokwasowego nie są już składane. Ze względu na tę terminologię kodony stop są również określane jako kodony nonsensowne .
Bez końca
Mutacja nonstop , zwana także wariantem stop-loss , jest mutacją punktową występującą w obrębie kodonu stop. Mutacje ciągłe powodują ciągłą translację nici mRNA do regionu, który powinien być nieulegający translacji. Większość polipeptydów powstałych z genu z mutacją nonstop traci swoją funkcję ze względu na ich ekstremalną długość i wpływ na normalne fałdowanie. Mutacje nonstop różnią się od mutacji nonsensownych tym, że nie tworzą kodonu stop, ale zamiast tego go usuwają. Mutacje nonstop różnią się również od mutacji zmiany sensu , które są mutacjami punktowymi, w których pojedynczy nukleotyd jest zmieniany, powodując zastąpienie go innym aminokwasem . Mutacje nonstop zostały powiązane z wieloma chorobami dziedzicznymi, w tym endokrynologicznymi , chorobami oczu i zaburzeniami rozwoju neurologicznego .
Ukryte przystanki
.jpg)
Ukryte przystanki to kodony non-stop, które byłyby odczytywane jako kodony stop, gdyby zostały przesunięte o +1 lub -1. Te przedwcześnie kończą translację, jeśli odpowiednie przesunięcie ramki (na przykład z powodu poślizgu rybosomalnego RNA) nastąpi przed ukrytym zatrzymaniem. Przypuszcza się, że zmniejsza to marnotrawstwo zasobów na niefunkcjonalne białka i produkcję potencjalnych cytotoksyn . Naukowcy z Louisiana State University proponują hipotezę zasadzki , dla których wybrano ukryte przystanki. Kodony, które mogą tworzyć ukryte przystanki, są używane w genomach częściej niż kodony synonimiczne, które w przeciwnym razie kodowałyby ten sam aminokwas. Niestabilny rRNA w organizmie koreluje z większą częstotliwością ukrytych przystanków. Tej hipotezy nie można jednak zweryfikować przy użyciu większego zbioru danych.
Kodony stopu i ukryte stopery razem są określane wspólnie jako sygnały stopu. Naukowcy z University of Memphis odkryli, że proporcje sygnałów stop w trzech ramkach odczytu genomu (określane jako stosunek sygnałów stop translacji lub TSSR) genetycznie spokrewnionych bakterii, pomimo ich dużych różnic w zawartości genów, są bardzo podobne . Ta prawie identyczna wartość genomowego TSSR genetycznie spokrewnionych bakterii może sugerować, że ekspansja genomu bakteryjnego jest ograniczona przez ich unikalne odchylenie sygnałów stopu tego gatunku bakterii.
Odczyt tłumaczeniowy
Supresja kodonów stop lub odczytywanie translacji występuje, gdy w translacji kodon stop jest interpretowany jako kodon sensowny, to znaczy, gdy (standardowy) aminokwas jest „kodowany” przez kodon stop. Przyczyną read-through mogą być zmutowane tRNA , ale także pewne motywy nukleotydowe zbliżone do kodonu stop. Odczyt translacyjny jest bardzo powszechny w wirusach i bakteriach, a także został uznany za zasadę regulacji genów u ludzi, drożdży, bakterii i muszki owocowej. Ten rodzaj endogenicznego odczytania translacji stanowi odmianę kodu genetycznego , ponieważ kodon stop koduje aminokwas. W przypadku ludzkiej dehydrogenazy jabłczanowej kodon stop jest odczytywany z częstotliwością około 4%. Aminokwas wstawiony w kodonie stop zależy od tożsamości samego kodonu stop: Gln, Tyr i Lys zostały znalezione dla kodonów UAA i UAG, podczas gdy Cys, Trp i Arg dla kodonu UGA zostały zidentyfikowane przez masę spektrometria. Zakres odczytu u ssaków ma bardzo różne zakresy i może znacznie różnicować proteom i wpływać na progresję raka.
Użyj jako znaku wodnego
W 2010 roku, kiedy Craig Venter zaprezentował pierwszą w pełni działającą, reprodukującą się komórkę kontrolowaną przez syntetyczne DNA , opisał, w jaki sposób jego zespół używał częstych kodonów stop do tworzenia znaków wodnych w RNA i DNA, aby potwierdzić, że wyniki rzeczywiście były syntetyczne (a nie zanieczyszczone ani w inny sposób), używając go do kodowania nazwisk autorów i adresów stron internetowych.