终止密码子

✍ dations ◷ 2025-04-04 06:28:14 #分子遗传学,基因表现,蛋白质生物合成

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。蛋白质是由特定氨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(英语:Nonsense mutation)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(nonsense codon)。

在通用密码子表中,有三种终止密码子

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。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%),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。

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。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。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。UGA(蛋白石密码子)则是最晚发现的密码子。

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(英语:Translational frameshift),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(英语:Frameshift mutation)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。有研究分析更大规模的数据后认为此假说无法被证实,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。

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定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。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。而翻译连读发生时,被加入合成中多肽链的氨酸种类,则可能与终止子的种类相关,已知麸酰胺酸、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。

UAG与UGA在某些情况下也可以编码氨酸。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(英语:SECIS element)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,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。

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