翻译终止效率

翻译终止效率
蛋白表达水平受许多不同因素和过程影响。

蛋白稳定性、mRNA稳定性和翻译效
率在蛋白生产和积累中起主要作用.翻译过程分为起始、延伸和终止三个期。

对于翻译
的起始,原核mRNA需要5'端非翻译前导序列中有一段叫Shine—Dalgarno序列的特
异核糖体结合序列。

在真核细胞,有效的起始依赖于围绕在起始密码子ATG上下游的一段叫Kozak序列的序列.密码子利用或偏爱对延伸有深刻的影响。

例如，如果mRNA有很多成簇的稀有密码子，这可能对核糖体的运动速度造成负面影响，大大减低了蛋白表达水平。

翻译终止是蛋白生产必须的一步，但其对蛋白表达水平的影响还没有被研究清楚。

但是最近的科学研究表明终止对蛋白表达水平有很大的影响.总的来说，更有效的
翻译终止导致更好的蛋白表达。

绝大多数生物都有偏爱的围绕终止密码子的序列框架。

酵母和哺乳动物偏爱的终止密码子分别是UAA和UGA.单子叶植物最常利用UGA，而昆虫和大肠杆菌倾向于用U AA。

翻译终止效率可能受紧接着终止密码子的下游碱基和紧靠终止密码子的上游序列影响。

在酵母中通过改变围绕终止密码子的局部序列框架，翻译终止效率可能被减低几个100倍[8］。

对于UGA和UAA，紧接着终止密码子的下游碱基对有效终止的影响力大小次序为G〉U，A〉C；对于UAG是U、A〉C〉G。

对于大肠杆菌，翻译终止效率可因终止密码子及临近的下游碱基的不同而显著不同,从80％（UAAU）到7%（UGAC)[9]。

对于UAAN和UAGN系列,终止密码子下游碱基对翻译的有效终止的影响力大小次序为U>G〉A、C。

UAG极少被大肠杆菌利用，
相比UAAN和UGAN，UAG表现了有效的终止，但其后的碱基对有效终止的影响力为G〉U，A>C。

对于哺乳动物,偏爱的终止密码子为UGA，其后的碱基可以对in vivo翻译终止有8倍的影响(A、G>>C、U）。

对于UAAN系列,in vivo终止效率可以有70倍的差别，UGAN系列为8倍。

如果终止密码子附近序列没有最佳化，可能发生明显增
加的翻译通读，因此减少了蛋白表达.例如,在兔网状细胞无细胞翻译系统里，UGAC的翻译通读可以高达10%，而第四个碱基如果为A，G或C，翻译通读为<1%.
总的来说，翻译起始框架、翻译终止序列框架和密码子利用应该仔细选择,以利于
蛋白的最高水平表达。

翻译终止序列框架能几倍地改变蛋白生产水平。

终止密码子
终止密码: UAG,UAA,UGA是终止密码子.
1964年Yanofsky在研究E.coli色氨酸合成酶A蛋白时推测无义密码子的存在。

他的推测/是从两个不同的角度：一是为trp A编码的mRNA还编码了trpB，trpC，trp D和trpE。

即一个mRNA 分子中可以作为不同多肽的模板,那么有可能在翻译时中途在某个位点（两个肽的连接处〕停止，然后再从下一个新的起点翻译，这样使各个肽可以分开,而不至于产生一条很长的肽链。

这就意味着终止密码子的存在。

另一个角度是他
发现E.coli Trp—的突变株是不能合成完整的色氨酸合成酶蛋白，但继续对它进行诱变
可以得到回复突变。

回复突变中有两种，一种是个别发生了变化，而另一种是完全回复,没有任何氨基酸组成的变化，这表明，E.coliTrp-不可能是任何移码突变的结果，那么这类的突变很可能携带有阻止合成的无义密码子.
1962年Benzer和他的学生S。

Champe对T4 r Ⅱ突变的研究时发现野生型的T 4rⅡ这段有两个顺反子rⅡA和rⅡB，共同转录一个多顺反子mRNA，但翻译成两个分开的蛋白A和B。

当发生缺失突变时，其中有一个突变型为r l589,证明是缺失所造
成，缺失的区域含rⅡA基因右边的大部分，和rⅡB左边的小部分。

互补实验表明rl58 9的产物是一条多肽，但无蛋白A的活性，但有B蛋白的活性.Benzer认为,这种缺失
可能使mRNA失去了A蛋白合成“终止”和“B”蛋白合成“起始”的密码子，因此翻译时沿着一条mRNA阅读下去,产生了一条长的肽链。

1964年Brenner及其同事获得了T4噬菌体编码头部蛋白基因的琥珀突变(ambe r）,并进行了精细作图，并分离研究了各种突变型的多肽.突变型的肽链比野生型的要短,因此可以推测琥珀突变可能产生终止密码子，使肽的合成在中途停止下来;由于突变位
点越靠近基因的左端,所产生的肽链越短，越靠近右端越接近野生型，据此可以推测翻
译的过程是从mRNA的5’端向3'阅读。

肽链的合成是从N端向C端延伸。

由于头部蛋白80%是由新合成的蛋白质组成。

因此他们将各种突变型及野生型T4噬菌体侵染E.coli后10分钟，把14C标记的氨基酸加到培养基中，过一段时间，从感染的E.coli 中抽提蛋白，头部蛋白可以通过14C标记来加以鉴别。

他们的实验方法不是对各种突变型的产物测序，而是先将野生型的头部蛋白用胰蛋白酶和糜蛋白酶来处理，消化后所产生的极复杂的混合物中，通过电泳能分离、鉴定出8个各有特征的头部蛋白蛋白片段，分别是Cys， T7C（His), C12b(Tyr)， T6(Tr p）， T2a(Pro)， T2(Trp）, C2(Tyr)和C5（His)片段。

然后再测出各T4头部蛋白突变型产物含有几个以上的肽段来排序。

表示排序的结果和精细作图的序列相一致，不仅表明了基因和蛋白质的共线性关系,同时证明突变型头部蛋白基因内有无义突变的存
在，其位置应在各种突变产物的末端。

直到1965年Weigert，M。

和Ggaren，A由碱性磷酸酶基因中色氨酸位点的氨基酸的置换证明E.coli中无义密码子的碱基组成揭示了琥珀和赭石（ochre）突变基因分别是终止密码子UAG和UAA。

当时64个密码中的61个已破译，只留下了UAA、UA G 和UGA有待确定。

Garen等为了鉴定无义密码子采用了和Brenner相似的策略。

他们从E。

coli的碱性磷酸酯酶基因（pho A）中的一个无义突变品系中分离了大量的回复突变株，然后来探察每一个无义突变中在多肽中相当于已回复的无义密码子位置上的氨基酸究竟是什么氨基酸。

可以看出无义密码子是从该基因的色氨酸位点的密码子产生的。

在回复突变中，无义密码子变成了Trp、Ser、Tyr、Leu、Glu、Gln和Lys的相
应密码子。

仅有Trp的UGG变成UAG，然后在此基础上回复突变成7种氨基酸，因
此Trp 产生的无义突变的密码子就是UAG。

最后1967年Brennr和Crick证明UGA
是第三个无义密码子。

根据无义突变的三种昵称，三个终止密码子UAA叫赭石（ochr
石（opal）密码子（相应于蛋白石突变）。

最近研究发现线粒体和叶绿体使用的遗传密码稍有差异，线粒体和叶绿体终止子是AGA、AGG.。