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Nature:深入第二套遺傳密碼

日期:2014-06-16 09:42:15

 

基因的表達過程是將DNA上的遺傳信息傳遞給mRNA, 然后再經(jīng)過翻譯將其傳遞給蛋白質(zhì)。在翻譯過程中tRNA負責與特定氨基酸結(jié)合,并將它們運送到核糖體,這些氨基酸在那里相互連接形成蛋白質(zhì)。這一過程由tRNA合成酶介導,一旦出現(xiàn)問題就會生成錯誤的蛋白質(zhì),進而造成災難性的后果。值得慶幸的是,tRNA分子與氨基酸的匹配非常精確,只不過迄今為止人們對這種機制還缺乏足夠的了解。

 

日前,日本RIKEN、東京大學等機構(gòu)的科學家們在本周的Nature雜志上發(fā)表文章,描述了一個確保tRNA合成酶、tRNA和氨基酸正確配對的巧妙機制。正是在這種機制的保駕護航之下,細胞才能夠?qū)⑦z傳密碼精確翻譯成為細胞所需的功能性蛋白。

 

氨基酸與相應tRNA的結(jié)合是否準確,對于蛋白質(zhì)能否正確合成非常重要。正因如此,人們也將氨基酸與tRNA的配對稱為第二套遺傳密碼

 

RIKEN結(jié)構(gòu)生物學實驗室的Shigeyuki Yokoyama領導團隊,利用晶體學技術(shù)對一種古生菌的tRNA配對進行了研究。他們發(fā)現(xiàn),丙氨酰-tRNA合成酶通過幾何學特征精確識別tRNA,只允許丙氨酸的tRNA與酶的活性區(qū)域接觸。而這一過程依賴于一個擺動配對(wobble base pair)。DNA雙螺旋中的堿基配對原則很嚴格,即ATGC。但tRNA反密碼子并不嚴格遵循這樣的原則,存在擺動配對或不穩(wěn)定配對的現(xiàn)象。

 

研究顯示,這種搖擺配對(G3U70)位于tRNA的接納莖。研究人員對野生型tRNAG3U70)和突變型tRNAA3U70)進行了比較,發(fā)現(xiàn)突變tRNA雖然能與丙氨酰-tRNA合成酶結(jié)合,但無法接觸到活性區(qū)域,二者形成的復合物處于“無活性狀態(tài)”。

 

研究人員指出,tRNA合成酶只利用一個堿基對的差異,就實現(xiàn)了更準確地識別。與突變tRNA相比,野生tRNA的總體酶反應要快100倍。

 

這項研究向人們展示,生物體可以利用微小的結(jié)構(gòu)改變,實現(xiàn)遺傳密碼的精確翻譯。這種tRNA接納莖的識別機制,屬于第二套遺傳密碼的一部分,有助于人們進一步理解生物學機制的精密性。

 

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