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终止密码子

关于中断转录的DNA片段，请见“终止子”。

在遗传密码中，终止密码子（英语：stop codon），或称终止子，是信使RNA上的一个核苷酸三联体序列，代表翻译的终止[1]。蛋白质是由特定氨基酸生成的多肽序列折叠而成。翻译发生时，信使RNA中的大部分密码子被tRNA识别后，tRNA可添加一个额外的氨基酸到成长中的多肽链上，而终止密码子则通过被释放因子识别，给这个过程发出终止的信号，最终使核糖体的大小亚基解离、翻译终止，并将合成的多肽链释出。

DNA序列的无义突变可能导致信使RNA上基因的编码区中产生终止密码子，而使该基因的翻译提早结束，未产生完整、具有功能的多肽链，因此终止密码子有时也被称为无义密码子（英语：nonsense codon）。

介绍

在通用密码子表中，有三种终止密码子

  • RNA中：
    • UAG：琥珀密码子（amber codon）
    • UAA：赭石密码子（ochre codon）
    • UGA：蛋白石密码子（opal codon）
  • DNA中：
    • TAG：琥珀密码子
    • TAA：赭石密码子
    • TGA：蛋白石密码子

在一个生物的基因组中，三种终止密码子的分布不是随机的，且可能与GC含量有关[2][3]。例如大肠杆菌K-12型（英语：Escherichia coli in molecular biology）的基因组共有2705个UAA密码子（占63%）、1257个UGA密码子（占29%）与326个UAG密码子（占8%）[4]，GC含量较高的基因组UAA密码子的比例可能相对较低，UGA密码子的比例可能相对较高，而UAG密码子的比例则不受太大影响。表现较旺盛的基因较常以UAA为终止密码子，因为此密码子可同时为释放因子1与释放因子2所识别，确保翻译的正常终止，而UAG与UGA分别只能被释放因子1与释放因子2识别，这两种密码子的比例也受细胞中两种释放因子的表现量所影响[3][5]。

历史

历史上三种终止密码子皆是于噬菌体突变株中发现的，终止密码子的突变造成噬菌体感染大肠杆菌的能力降低，或者只能感染特定血清型的大肠杆菌。UAG（琥珀密码子）是首个被发现的终止密码子，最早由理查德·爱泼斯坦（Richard Epstein）与查尔斯·斯坦伯格（Charles Steinberg）分离，并以他们的好友哈里斯·伯恩斯坦（Harris Bernstein）之姓命名，Bernstein在德文中即为琥珀之意[6]。琥珀密码子突变的噬菌体只能感染部分突变的大肠杆菌，例如tRNA突变而核糖体可以对UAG连读（readthrough）者[7]。UAA（赭石密码子）是第二个被发现的密码子，其发现者刻意选用矿石的名称命名，以与琥珀密码子相对应，赭石密码子突变的噬菌体也只能感染部分突变的大肠杆菌[8]。UGA（蛋白石密码子）则是最晚发现的密码子[9]。

隐藏终止

隐藏的终止子（hidden stop）是指平时正常，但若在翻译过程中发生了翻译框转移，使读序框往前或往后移动一个碱基，便会成为终止子的密码子。有假说认为隐藏的终止子有助于避免细胞消耗资源翻译框移突变下不具有功能的异常蛋白质，且避免这些蛋白质折叠异常而导致细胞毒性，此假说名为埋伏假说（英语：ambush hypothesis），由路易斯安那州立大学的研究团队提出，认为隐藏的终止子是对生物有益，而被演化所选择的，基因组中，隐藏的终止子比其他同义的密码子更常出现，且在rRNA稳定度较低而较易产生框移突变的物种中，隐藏的终止子的比例更高[10]。有研究分析更大规模的数据后认为此假说无法被证实[11]，但亦有人进一步研究后认为在GC含量较低（即AT含量较高）的基因组中埋伏假说是成立的[12]。

翻译连读

翻译连读（translational readthrough）又名翻译通读、密码子抑制（stop codon suppression），是指翻译进行时，终止密码子未被释放因子识别而终止翻译，而是如其他密码子般与tRNA结合而继续翻译的现象。已知tRNA的突变，或终止子周围存在某些特测序列皆可以造成翻译连读。翻译连读在细菌与病毒中相当常见，但也出现在包含人类在内的真核生物中，并可能具有生理功能[13][14]。例如人类苹果酸脱氢酶的终止子便有4%的机会发生翻译连读[15]。而翻译连读发生时，被加入合成中多肽链的氨基酸种类，则可能与终止子的种类相关，已知谷氨酰胺、酪氨酸与赖氨酸可能在UAA或UAG发生翻译连读时被加入多肽链，而半胱氨酸、色氨酸与精氨酸可能在UGA发生翻译连读时被加入多肽链[16]。

编码特殊氨基酸

UAG与UGA在某些情况下也可以编码氨基酸。2007年，有研究发现UGA密码子许多硒蛋白的信使RNA中有硒半胱氨酸插入序列的存在，可以使与该序列相邻的UGA密码子编码硒半胱氨酸，而不作为终止密码子[17]，随后也有研究发现某些情况下，另一终止密码子UAG也可经由类似机制编码吡咯赖氨酸[18]。

另见

参考文献

  1. ^ Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, and Gelbart WM. Chapter 10 (Molecular Biology of Gene Function): Genetic code: Stop codons. An Introduction to Genetic Analysis. W.H. Freeman and Company. 2000 [2013-12-16]. （原始内容存档于2009-02-09）. 
  2. ^ Povolotskaya IS, Kondrashov FA, Ledda A, Vlasov PK. Stop codons in bacteria are not selectively equivalent. Biology Direct. 2012, 7: 30. PMC 3549826  . PMID 22974057. doi:10.1186/1745-6150-7-30. 
  3. ^ 3.0 3.1 Korkmaz, Gürkan; Holm, Mikael; Wiens, Tobias; Sanyal, Suparna. Comprehensive Analysis of Stop Codon Usage in Bacteria and Its Correlation with Release Factor Abundance. The Journal of Biological Chemistry. 2014, 289 (44): 775–806. PMC 4215218  . PMID 25217634. doi:10.1074/jbc.M114.606632. 
  4. ^ Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655, complete genome [Genbank Accession Number: U00096]. GenBank. NCBI. [2013-01-27]. （原始内容存档于2013-01-16）. 
  5. ^ Wong, Tit-Yee; Fernandes, Sanjit; Sankhon, Naby; Leong, Patrick P; Kuo, Jimmy; Liu, Jong-Kang. Role of Premature Stop Codons in Bacterial Evolution. Journal of Bacteriology. 2008, 190 (20): 6718–6725. PMC 2566208  . PMID 18708500. doi:10.1128/JB.00682-08. 
  6. ^ Stahl FW. The amber mutants of phage T4. Genetics. 1995, 141 (2): 439–442. PMC 1206745  . PMID 8647382. 
  7. ^ Robin Cook. Amber, Ocher, and Opal Mutations Summary. World of Genetics. Gale. [2013-12-16]. （原始内容存档于2013-12-16）. 
  8. ^ Brenner, S.; Stretton, A. O. W.; Kaplan, S. Genetic Code: The 'Nonsense' Triplets for Chain Termination and their Suppression. Nature. 1965, 206 (4988): 994–8. doi:10.1038/206994a0. 
  9. ^ Brenner, S.; Barnett, L.; Katz, E. R.; Crick, F. H. C. UGA: A Third Nonsense Triplet in the Genetic Code. Nature. 1967, 213 (5075): 449–50. PMID 6032223. doi:10.1038/213449a0. 
  10. ^ Seligmann, Hervé; Pollock, David D. The Ambush Hypothesis: Hidden Stop Codons Prevent Off-Frame Gene Reading. DNA and Cell Biology. 2004, 23 (10): 701–5. PMID 15585128. doi:10.1089/1044549042476910. 
  11. ^ Cavalcanti, Andre; Chang, Charlotte H.; Morgens, David W. Ambushing the ambush hypothesis: predicting and evaluating off-frame codon frequencies in Prokaryotic Genomes. BMC Genomics. 2013, 14 (418): 1–8. PMC 3700767  . PMID 23799949. doi:10.1186/1471-2164-14-418. 
  12. ^ Liam Abrahams, Laurence D Hurst. Refining the Ambush Hypothesis: Evidence That GC- and AT-Rich Bacteria Employ Different Frameshift Defence Strategies 10 (4). Genome Biology and Evolution. 2018. doi:10.1093/gbe/evy07. 
  13. ^ Namy O, Rousset JP, Napthine S, Brierley I. Reprogrammed genetic decoding in cellular gene expression. Molecular Cell. 2004, 13 (2): 157–68. PMID 14759362. doi:10.1016/S1097-2765(04)00031-0. 
  14. ^ Schueren F, Lingner T, George R, Hofhuis J, Gartner J, Thoms S. Peroxisomal lactate dehydrogenase is generated by translational readthrough in mammals. eLife. 2014, 3: e03640. PMC 4359377  . PMID 25247702. doi:10.7554/eLife.03640. 
  15. ^ Hofhuis J, Schueren F, Nötzel C, Lingner T, Gärtner J, Jahn O, Thoms S. The functional readthrough extension of malate dehydrogenase reveals a modification of the genetic code. Open Biol. 2016, 6 (11): 160246. PMC 5133446  . PMID 27881739. doi:10.1098/rsob.160246. 
  16. ^ Blanchet S, Cornu D, Argentini M, Namy O. New insights into the incorporation of natural suppressor tRNAs at stop codons in Saccharomyces cerevisiae.. Nucleic Acids Res. 2014, 42 (15): 10061–72. PMC 4150775  . PMID 25056309. doi:10.1093/nar/gku663. 
  17. ^ Papp, Laura Vanda; Lu, Jun; Holmgren, Arne; Khanna, Kum Kum. From Selenium to Selenoproteins: Synthesis, Identity, and Their Role in Human Health. Antioxidants & Redox Signaling. 2007, 9 (7): 775–806. PMID 17508906. doi:10.1089/ars.2007.1528. 
  18. ^ Rother, Michael; Krzycki, Joseph A. Selenocysteine, Pyrrolysine, and the Unique Energy Metabolism of Methanogenic Archaea. Archaea. 2010-01-01, 2010: 1–14. ISSN 1472-3646. PMC 2933860  . PMID 20847933. doi:10.1155/2010/453642. 
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