Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с кодона завершения )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стоп-кодон (красная точка) гена MT-ATP8 митохондриальной ДНК человека и стартовый кодон (синий кружок) гена MT-ATP6 . Для каждого триплета нуклеотидов (квадратные скобки) дается соответствующая аминокислота (однобуквенный код) либо в рамке считывания +1 для MT-ATP8 (красным), либо в рамке +3 для MT-ATP6 (синим ). В этой области генома перекрываются два гена .

В молекулярной биологии (в частности, биосинтезе белка ) стоп-кодон (или кодон терминации ) представляет собой кодон ( триплет нуклеотидов в матричной РНК ), который сигнализирует о завершении процесса трансляции текущего белка . [1] Большинство кодонов в матричной РНК соответствуют добавлению аминокислоты к растущей полипептидной цепи, которая в конечном итоге может стать белком; стоп-кодоны сигнализируют о завершении этого процесса за счет связывания факторов высвобождения , которые вызывают рибосомный субъединицы диссоциировать, высвобождая аминокислотную цепь.

В то время как для старт-кодонов требуются близлежащие последовательности или факторы инициации, чтобы начать трансляцию, одного стоп-кодона достаточно для инициации терминации.

Свойства [ править ]

Стандартные кодоны [ править ]

В стандартном генетическом коде есть три разных кодона терминации:

КодонСтандартный код
(таблица перевода 1)		Имя
ДНКРНК
ТЕГUAGСТОП = Тер (*)"Янтарь"
TAAUAAСТОП = Тер (*)"охра"
TGAUGAСТОП = Тер (*)«опал» (или «умбра»)

Альтернативные стоп-кодоны [ править ]

Существуют вариации на стандартном генетическом коде , и альтернативные кодоны остановки были найдены в митохондриальных геном из позвоночных , [2] Scenedesmus косой , [3] и Thraustochytrium . [4]

Таблица альтернативных стоп-кодонов и сравнение со стандартным генетическим кодом
Генетический код
Таблица перевода		КодонПеревод
с этим кодом		Стандартный перевод
ДНКРНК
Митохондрии позвоночных2AGAAGAСТОП = Тер (*)Арг (R)
AGGAGGСТОП = Тер (*)Арг (R)
Scenedesmus obliquus митохондриальный22TCAУЦАСТОП = Тер (*)Сер (S)
Митохондриальный Thraustochytrium23TTAUUAСТОП = Тер (*)Лей (L)
Аминокислотные биохимические свойстваНеполярныйПолярныйБазовыйКислаяПрекращение: стоп-кодон

Переназначенные стоп-кодоны [ править ]

Ядерный генетический код гибок, о чем свидетельствуют варианты генетических кодов, которые переназначают стандартные стоп-кодоны на аминокислоты. [5]

Таблица условных стоп-кодонов и сравнение со стандартным генетическим кодом
Генетический код
Таблица перевода		КодонУсловный
перевод		Стандартный перевод
ДНКРНК
Кариореликт ядерный27TGAUGAТер (*)или жеTrp (Вт)Тер (*)
Кондилостома ядерная28 годTAAUAAТер (*)или жеGln (Q)Тер (*)
ТЕГUAGТер (*)или жеGln (Q)Тер (*)
TGAUGAТер (*)или жеTrp (Вт)Тер (*)
Бластокритидия ядерная31 годTAAUAAТер (*)или жеГлю (E)Тер (*)
ТЕГUAGТер (*)или жеГлю (E)Тер (*)

Перевод [ править ]

В 2007 году кодон UGA был идентифицирован как кодон, кодирующий селеноцистеин (Sec), и обнаружен в 25 селенопротеинах, расположенных в активном центре белка. Трансляция этого кодона обеспечивается близостью элемента SECIS (последовательность включения SElenoCysteine). [6]

Кодон UAG может переводиться в пирролизин (Pyl) аналогичным образом.

Геномное распределение [ править ]

Распределение стоп-кодонов в геноме организма неслучайно и может коррелировать с GC-содержанием . [7] [8] Например, геном E. coli K-12 содержит 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) и 326 TAG (8%) стоп-кодонов (содержание GC 50,8%). [9] Также субстраты для фактора высвобождения стоп-кодонов 1 или фактора высвобождения 2 сильно коррелируют с количеством стоп-кодонов. [10]Крупномасштабное исследование бактерий с широким диапазоном содержания GC показывает, что, хотя частота появления TAA отрицательно коррелирует с содержанием GC, а частота появления TGA положительно коррелирует с содержанием GC, частота появления стоп-кодона TAG, который часто является минимально используемым стоп-кодоном в геноме, не зависит от содержания GC. [11]

Признание [ править ]

Распознавание стоп-кодонов у бактерий связано с так называемым «трипептидным антикодоном» [12], высококонсервативным аминокислотным мотивом в RF1 (PxT) и RF2 (SPF). Несмотря на то, что это подтверждается структурными исследованиями, было показано, что гипотеза трипептидного антикодона является чрезмерным упрощением. [13]

Номенклатура [ править ]

Стоп-кодонам исторически давали много разных имен, поскольку каждый из них соответствовал определенному классу мутантов, которые все вели себя одинаково. Эти мутанты были впервые выделены в бактериофагах ( Т4 и лямбда ), вирусах, которые инфицируют бактерии Escherichia coli . Мутации в вирусных генах ослабляли их инфекционную способность, иногда создавая вирусы, которые могли инфицировать и расти только в определенных разновидностях кишечной палочки .

янтарные мутации ( UAG ) [ править ]

Они были первым набором бессмысленных мутаций, которые были обнаружены, выделены Ричардом Х. Эпштейном и Чарльзом Стейнбергом и названы в честь их друга и аспиранта Калифорнийского технологического института Харриса Бернстайна, чья фамилия на немецком языке означает « янтарь » ( ср. Бернштейн ). [14] [15]

Вирусы с янтарными мутациями характеризуются своей способностью инфицировать только определенные штаммы бактерий, известные как янтарные супрессоры. Эти бактерии несут собственную мутацию, которая позволяет восстановить функции мутантных вирусов. Например, мутация в тРНК, которая распознает стоп-кодон янтарного цвета, позволяет трансляции «читать» кодон и продуцировать полноразмерный белок, тем самым восстанавливая нормальную форму белка и «подавляя» мутацию янтарного цвета. [16] Таким образом, янтарные мутанты представляют собой целый класс вирусных мутантов, которые могут расти в бактериях, содержащих мутации-супрессоры янтаря. Подобные супрессоры известны также для стоп-кодонов охры и опала.

охровые мутации ( UAA ) [ править ]

Это была вторая обнаруженная мутация стоп-кодона. Этот второй стоп-кодон, напоминающий обычный желто-оранжево-коричневый цвет, связанный с янтарем, получил название « охра » , оранжево-красновато-коричневый минеральный пигмент. [15]

Мутантные вирусы охры обладали свойством, аналогичным мутантам янтаря, в том, что они восстанавливали инфекционную способность определенных штаммов бактерий-супрессоров. Набор супрессоров охры отличался от супрессоров янтаря, поэтому предполагалось, что мутанты охры соответствуют другому триплету нуклеотидов. Посредством серии экспериментов по мутациям, сравнивающих эти мутанты друг с другом и с другими известными кодонами аминокислот, Сидней Бреннер пришел к выводу, что мутации янтаря и охры соответствуют триплетам нуклеотидов «UAG» и «UAA». [17]

мутации опала или умбры ( UGA ) [ править ]

Третий и последний стоп-кодон в стандартном генетическом коде был обнаружен вскоре после этого и соответствует триплету нуклеотидов «UGA». [18]

Чтобы продолжить согласование с темой цветных минералов, третий бессмысленный кодон стал известен как « опал » , который представляет собой тип кремнезема, показывающий множество цветов. [15] Бессмысленные мутации, которые создали этот преждевременный стоп-кодон, позже были названы мутациями опала или мутациями умбры .

Мутации [ править ]

Ерунда [ править ]

Нонсенс-мутации - это изменения в последовательности ДНК, которые вводят преждевременный стоп-кодон, вызывая ненормальное укорачивание любого образующегося белка. Это часто вызывает потерю функции белка, так как критические части аминокислотной цепи больше не собираются. Из-за этой терминологии стоп-кодоны также называют бессмысленными кодонами .

Без остановок [ править ]

Без остановки мутации является точечная мутация , которая происходит в стоп - кодон. Непрерывные мутации вызывают непрерывную трансляцию цепи мРНК в область, которая должна быть нетранслируемой. Большинство полипептидов, происходящих от гена с непрерывной мутацией, нефункциональны из-за своей чрезвычайной длины.

Непрерывные мутации отличаются от бессмысленных мутаций тем, что они не создают стоп-кодон, а вместо этого удаляют его. Непрерывные мутации также отличаются от миссенс-мутаций , которые представляют собой точечные мутации, когда один нуклеотид изменяется, чтобы вызвать замену другой аминокислотой .

Непрерывные мутации были связаны с несколькими врожденными заболеваниями, включая врожденную гиперплазию надпочечников , [19] вариабельный дисгенез переднего сегмента , [20] кистозный фиброз [21] и митохондриальную нейрогастроинтестинальную энцефаломиопатию . [22]

Скрытые остановки [ править ]

Пример делеции одного основания, образующей стоп-кодон.

Скрытые стоп -кодоны - это безостановочные кодоны, которые читались бы как стоп-кодоны, если бы они были сдвинуты на +1 или -1. Они преждевременно прекращают трансляцию, если соответствующий сдвиг рамки (например, из-за проскальзывания рибосомной РНК) происходит до скрытой остановки. Предполагается, что это снижает трату ресурсов на нефункциональные белки и производство потенциальных цитотоксинов . Исследователи из Университета штата Луизиана выдвигают гипотезу засады , для которой выбираются скрытые остановки. Кодоны, которые могут образовывать скрытые остановки, используются в геномах чаще, чем синонимичные кодоны, которые в противном случае кодировали бы ту же аминокислоту. Нестабильная рРНКв организме коррелирует с более высокой частотой скрытых остановок. [23] Эта гипотеза, однако, не могла быть подтверждена с большим набором данных. [24]

Стоп-кодоны и скрытые стопы вместе называются стоп-сигналами. Исследователи из Университета Мемфиса обнаружили, что отношения стоп-сигналов на трех рамках считывания генома (называемые отношением стоп-сигналов трансляции или TSSR) генетически связанных бактерий, несмотря на их большие различия в содержании генов, очень похожи. . Это почти идентичное значение Genomic-TSSR генетически родственных бактерий может предполагать, что расширение бактериального генома ограничено их уникальным смещением стоп-сигналов этого вида бактерий. [25]

Ознакомление с переводом [ править ]

Подавление стоп-кодона или считывание трансляции происходит, когда при трансляции стоп-кодон интерпретируется как смысловой кодон, то есть когда (стандартная) аминокислота «кодируется» стоп-кодоном. Мутированные тРНК могут быть причиной считывания, но также могут быть определенные нуклеотидные мотивы, близкие к стоп-кодону. Трансляционное считывание очень часто встречается у вирусов и бактерий, а также было обнаружено в качестве принципа регуляции генов у людей, дрожжей, бактерий и дрозофил. [26] [27] Этот вид эндогенного считывания трансляции представляет собой разновидность генетического кода , поскольку стоп-кодон кодирует аминокислоту. В случае малатдегидрогеназы человекастоп-кодон считывается с частотой около 4%. [28] Аминокислота, вставленная в стоп-кодон, зависит от идентичности самого стоп-кодона: Gln, Tyr и Lys были обнаружены для кодонов UAA и UAG, в то время как Cys, Trp и Arg для кодона UGA были обнаружены. идентифицированы масс-спектрометрией. [29]

Использовать как водяной знак [ править ]

В 2010 году, когда Крейг Вентер представил первую полностью функционирующую репродуктивную клетку, управляемую синтетической ДНК, он описал, как его команда использовала частые стоп-кодоны для создания водяных знаков в РНК и ДНК, чтобы подтвердить, что результаты действительно были синтетическими (а не загрязненными или иными) он предназначен для кодирования имен авторов и адресов веб-сайтов. [30]

См. Также [ править ]

  • Генетический код
  • Стартовый кодон
  • Терминаторный ген

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гриффитс AJF, Miller JH, Suzuki DT, Левонтин RC, Gelbart WM (2000). «Глава 10 (Молекулярная биология функции генов): Генетический код: стоп-кодоны» . Введение в генетический анализ . WH Freeman and Company.
  2. ^ Barrell, BG; Банкир, AT; Друин, Дж. (1979-11-08). «Другой генетический код в митохондриях человека» . Природа . 282 (5735): 189–194. DOI : 10.1038 / 282189a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 226894 . S2CID 4335828 .   
  3. ^ AM Неделку, RW Ли, Г. Лемье, MW Грей, Г. Бургер (июнь 2000 г.). «Полная последовательность митохондриальной ДНК Scenedesmus obliquus отражает промежуточный этап эволюции митохондриального генома зеленых водорослей» . Геномные исследования . 10 (6): 819–831. DOI : 10.1101 / gr.10.6.819 . PMC 310893 . PMID 10854413 .  CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Wideman, Джереми G .; Монье, Адам; Родригес-Мартинес, Ракель; Леонард, Гай; Повар, Эмили; Пуарье, Камилла; Магуайр, Финлей; Милнер, Дэвид С .; Ирвин, Николас AT; Мур, Карен; Санторо, Элисон Э. (25 ноября 2019 г.). «Неожиданное разнообразие митохондриального генома, выявленное целенаправленной одноклеточной геномикой гетеротрофных флагеллированных протистов» . Природная микробиология . 5 (1): 154–165. DOI : 10.1038 / s41564-019-0605-4 . hdl : 10871/39819 . ISSN 2058-5276 . PMID 31768028 . S2CID 208279678 .   
  5. ^ Сварт, Эстьен Карл; Серра, Валентина; Петрони, Джулио; Новацкий, Мариуш (2016). «Генетические коды без выделенного стоп-кодона: зависящее от контекста окончание перевода» . Cell . 166 (3): 691–702. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.06.020 . PMC 4967479 . PMID 27426948 .  
  6. ^ Папп, Лаура Ванда; Лу, Джун; Холмгрен, Арне; Ханна, Кум-Кум (2007). «От селена к селенопротеинам: синтез, идентичность и их роль в здоровье человека» . Антиоксиданты и редокс-сигналы . 9 (7): 775–806. DOI : 10.1089 / ars.2007.1528 . PMID 17508906 . S2CID 38176932 .  
  7. ^ Поволоцкая IS, Кондрашов Ф.А., Ledda А, Власов П. К. (2012). «Стоп-кодоны в бактериях не избирательно эквивалентны» . Биология Директ . 7 : 30. DOI : 10.1186 / 1745-6150-7-30 . PMC 3549826 . PMID 22974057 .  
  8. ^ Коркмаз, Гюркан; Холм, Микаэль; Винс, Тобиас; Саньял, Супарна (2014). «Комплексный анализ использования стоп-кодонов в бактериях и его корреляции с изобилием фактора выпуска» . Журнал биологической химии . 289 (44): 775–806. DOI : 10.1074 / jbc.M114.606632 . PMC 4215218 . PMID 25217634 .  
  9. ^ " Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655, полный геном [регистрационный номер Genbank: U00096]" . GenBank . NCBI . Проверено 27 января 2013 .
  10. ^ Коркмаз, Гюркан; Холм, Микаэль; Винс, Тобиас; Саньял, Супарна (2014). «Комплексный анализ использования стоп-кодонов в бактериях и его корреляции с изобилием фактора выпуска» . Журнал биологической химии . 289 (44): 775–806. DOI : 10.1074 / jbc.M114.606632 . PMC 4215218 . PMID 25217634 .  
  11. ^ Вонг, Тит-Йи; Фернандес, Санджит; Санкхон, Наби; Леонг, Патрик П.; Куо, Джимми; Лю, Чен-Кан (2008). «Роль преждевременных стоп-кодонов в эволюции бактерий» . Журнал бактериологии . 190 (20): 6718–6725. DOI : 10.1128 / JB.00682-08 . PMC 2566208 . PMID 18708500 .  
  12. ^ Ито, Коичи; Уно, Макико; Накамура, Йошиказу (1999). «Трипептид« антикодон »расшифровывает стоп-кодоны в информационной РНК». Природа . 403 (6770): 680–684. DOI : 10.1038 / 35001115 . PMID 10688208 . S2CID 4331695 .  
  13. ^ Коркмаз, Гюркан; Саньял, Супарна (2017). «Мутация R213I в факторе высвобождения 2 (RF2) - это шаг вперед в разработке всемогущего фактора высвобождения в бактериях Escherichia coli » . Журнал биологической химии . 292 (36): 15134–15142. DOI : 10.1074 / jbc.M117.785238 . PMC 5592688 . PMID 28743745 .  
  14. ^ Stahl FW (1995). «Янтарные мутанты фага Т4» . Генетика . 141 (2): 439–442. PMC 1206745 . PMID 8647382 .  
  15. ^ a b c Левин, Бенджамин; Krebs, Jocelyn E .; Goldstein, Elliott S .; Килпатрик, Стивен Т. (18 апреля 2011 г.). Основные Гены Левина . Издательство "Джонс и Бартлетт". ISBN 978-1-4496-4380-5.
  16. ^ Робин Кук. «Обзор мутаций янтаря, охры и опала» . Мир генетики . Гейл.
  17. ^ Бреннер, S .; Стреттон, штат Аау; Каплан, С. (1965). «Генетический код: триплеты« бессмыслицы »для прерывания цепи и их подавления». Природа . 206 (4988): 994–8. Bibcode : 1965Natur.206..994B . DOI : 10.1038 / 206994a0 . PMID 5320272 . S2CID 28502898 .  
  18. ^ Бреннер, S .; Barnett, L .; Кац, ER; Крик, FHC (1967). «UGA: Третья бессмыслица в генетическом коде». Природа . 213 (5075): 449–50. Bibcode : 1967Natur.213..449B . DOI : 10.1038 / 213449a0 . PMID 6032223 . S2CID 4211867 .  
  19. ^ Pang S .; Wang W .; и другие. (2002). «Новая непрерывная мутация в стоп-кодоне и новая миссенс-мутация в гене 3бета-гидроксистероид дегидрогеназы (3beta-HSD) типа II, вызывающая, соответственно, неклассическую и классическую недостаточность 3beta-HSD врожденную гиперплазию надпочечников». J Clin Endocrinol Metab . 87 (6): 2556–63. DOI : 10,1210 / jc.87.6.2556 . PMID 12050213 . 
  20. ^ Doucette, L .; и другие. (2011). «Новая непрерывная мутация в FOXE3 вызывает аутосомно-доминантную форму вариабельной дисгенезии переднего сегмента, включая аномалию Петерса» . Европейский журнал генетики человека . 19 (3): 293–299. DOI : 10.1038 / ejhg.2010.210 . PMC 3062009 . PMID 21150893 .  
  21. ^ Guimbellot, Дженнифер; Шарма, Джьоти; Роу, Стивен М. (ноябрь 2017 г.). «К инклюзивной терапии модуляторами CFTR: успехи и проблемы» . Детская пульмонология . 52 (S48): S4 – S14. DOI : 10.1002 / ppul.23773 . ISSN 1099-0496 . PMC 6208153 . PMID 28881097 .   
  22. ^ Torres-Torronteras, J .; Rodriguez-Palmero, A .; и другие. (2011). «Новая непрерывная мутация в TYMP не вызывает безостановочного распада мРНК у пациента MNGIE с тяжелой невропатией» (PDF) . Гм. Мутат . 32 (4): E2061 – E2068. DOI : 10.1002 / humu.21447 . PMID 21412940 .  
  23. ^ Селигманн, Эрве; Поллок, Дэвид Д. (2004). «Гипотеза засады: скрытые стоп-кодоны предотвращают чтение генов вне кадра». ДНК и клеточная биология . 23 (10): 701–5. DOI : 10,1089 / 1044549042476910 . PMID 15585128 . 
  24. ^ Кавальканти, Андре; Чанг, Шарлотта Н .; Моргенс, Дэвид В. (2013). «Гипотеза засады: прогнозирование и оценка частот кодонов вне кадра в геномах прокариот» . BMC Genomics . 14 (418): 1–8. DOI : 10.1186 / 1471-2164-14-418 . PMC 3700767 . PMID 23799949 .  
  25. ^ Вонг, Тит-Йи; Шварцбах, Стив (2015). «Неправильная терминация белка вызывает генетические заболевания, рак и ограничивает расширение бактериального генома». Журнал экологической науки и здравоохранения, часть С . 33 (3): 255–85. DOI : 10.1080 / 10590501.2015.1053461 . PMID 26087060 . S2CID 20380447 .  
  26. ^ Namy О, Руссэ ДП, Napthine S, Бриерли I (2004). «Перепрограммированное генетическое декодирование в экспрессии клеточных генов». Молекулярная клетка . 13 (2): 157–68. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (04) 00031-0 . PMID 14759362 . 
  27. ^ Schueren Р, Т Лингнер, Джордж R, Hofhuis J, J Gartner, ТЬотз S (2014). «Пероксисомальная лактатдегидрогеназа генерируется путем считывания трансляции у млекопитающих» . eLife . 3 : e03640. DOI : 10.7554 / eLife.03640 . PMC 4359377 . PMID 25247702 .  
  28. ^ Hofhuis Дж, Schueren Ж, Nötzel С, Т Лингнер, Гертнер Дж, Яна О, ТЬотз S (2016). «Расширение функционального считывания малатдегидрогеназы обнаруживает модификацию генетического кода» . Откройте Биол . 6 (11): 160246. DOI : 10.1098 / rsob.160246 . PMC 5133446 . PMID 27881739 .  
  29. ^ Бланше S, D Корня, Арджентиньте М, Namy O (2014). «Новые сведения о включении естественных супрессорных тРНК в стоп-кодоны в Saccharomyces cerevisiae » . Nucleic Acids Res . 42 (15): 10061–72. DOI : 10.1093 / NAR / gku663 . PMC 4150775 . PMID 25056309 .  
  30. ^ «Смотри, как я раскрываю« синтетическую жизнь » » .