Mã kết thúc

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Buớc tưới chuyển hướng Bước tới tìm kiếm

Trong mã di truyền, mã kết thúc (hoặc mã dừng lại) là một bộ ba nucleotide trên RNA thông tin báo hiệu chấm dứt quá trình dịch mã tạo thành protein.[1] Protein được dựa trên chuỗi polypeptide, là những chuỗi với trình tự axit amin vô cùng đa dạng. Hầu hết các codon trong RNA thông tin (từ DNA) tương ứng với việc bổ sung một axit amin vào chuỗi polypeptide đang dài ra, mà cuối cùng có thể trở thành một protein. Mã kết thúc báo hiệu việc chấm dứt quá trình này bằng cách liên kết các yếu tố giải phóng, làm cho các tiểu đơn vị ribosome tách rời, giải phóng chuỗi axit amin. Trong khi mã mở đầu cần các chuỗi hoặc các yếu tố mở đầu gần đó để bắt đầu dịch mã, thì chỉ một mã kết thúc là đủ để dừng quá trình này lại.

Giới thiệu[sửa | sửa mã nguồn]

Trong mã di truyền chuẩn, có ba codon dừng khác nhau:

  • Trên RNA:
    • UAG ("hổ phách"-amber)
    • UAA ("hoàng thổ"-orche)
    • UGA ("opal")
  • Trên DNA:
    • TAG ("hổ phách")
    • TAA ("hoàng thổ")
    • TGA ("opal" hoặc "nâu đen" (umber)

Trong năm 2007, codon UGA được xác định là mã hóa mã hóa cho axit amin đặc biệt selenocysteine ​​(Sec) và được tìm thấy trong 25 selenoprotein nằm ở vị trí hoạt động của protein. Phiên mã của codon này được kích hoạt bởi của phần tử SECIS (selenocysteine insertion sequence-Trình tự kết hợp Selenocysteine) đứng gần đó.[2] Các codon UAG có thể dịch thành pyrrolysine (Pyl) theo cách tương tự.

Sự phân bố các codon dừng trong hệ gen của một sinh vật là không ngẫu nhiên và có thể tương quan với hàm lượng GC.[3][4] Ví dụ, hệ gen E. coli K-12 chứa các codon dừng gồm 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) và 326 TAG (8%) (hàm lượng GC 50,8%).[5] Ngoài ra, nền tảng cho yếu tố giải phóng 1 hoặc yếu tố giải phóng 2 tương quan mạnh mẽ với sự phong phú của codon dừng.[4] Nghiên cứu quy mô lớn của vi khuẩn với một loạt các tỉ lệ GC cho thấy rằng tần suất xuất hiện TAA tỉ lệ nghịch với tỉ lệ GC và tần suất xuất hiện TGA có tỉ lệ thuận với tỉ lệ GC, tần suất xuất hiện của codon dừng của TAG, thường là codon dừng được sử dụng ít nhất trong hệ gen, không bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ GC.[6]

Những đột biến vô nghĩa là những thay đổi trong trình tự DNA tạo nên một mã dừng sớm, khiến bất kỳ protein sản phẩm nào cũng bị rút ngắn bất thường. Điều này thường làm protein bị mất chức năng, vì các phần quan trọng của chuỗi axit amin không còn được tạo ra nữa. Từ thuật ngữ này, mã kết thúc cũng có thẻ gọi là mã vô nghĩa.

Nhận ra các codon dừng ở vi khuẩn có liên quan đến cái gọi là 'bộ ba đối mã tripeptide',[7] một mô hình axit amin được có tính bảo thủ cao trong RF1 (PxT) và RF2 (SPF). Mặc dù điều này được hỗ trợ bởi các nghiên cứu có cấu trúc, nó đã được chứng minh rằng giả thuyết "bộ ba đối mã tripeptide" là một sự tối giản hóa.[8]

Danh pháp "hổ phách", "hoàng thổ" và "opal"[sửa | sửa mã nguồn]

Mã kết thúc trong lịch sử đã được đưa ra nhiều tên gọi khác nhau, vì chúng tương ứng với một loại đột biến riêng biệt mà tất cả đều hoạt động theo cách giống nhau. Những đột biến này lần đầu tiên được phân lập trong thể thực khuẩn (T4 và lambda), virus gây nhiễm vi khuẩn Escherichia coli. Các đột biến trong các gen virus làm suy yếu khả năng lây nhiễm của chúng, đôi khi tạo ra các virus có khả năng lây nhiễm và phát triển chỉ trong một số loại E. coli nhất định.

Đột biến hổ phách (UAG)[sửa | sửa mã nguồn]

là đột biến đầu tiên được phát hiện, được phân lập bởi Richard EpsteinCharles Steinberg và đặt tên theo người bạn của họ là Harris Bernstein (với "Bernstein" có nghĩa là "hổ phách" trong tiếng Đức).[9]

Virus với đột biến "hổ phách" được đặc trưng bởi khả năng lây nhiễm chỉ một số chủng vi khuẩn, được gọi là chủng áp chế hổ phách. Những vi khuẩn này mang đột biến riêng của chúng, cho phép phục hồi chức năng trong các virus đột biến. Ví dụ, một đột biến trong tRNA nhận ra mã kết thúc hổ phách cho phép dịch "đọc qua" codon và tạo ra một protein có chiều dài đầy đủ, qua đó phục hồi dạng protein thông thường và "vô hiệu" đột biến hổ phách.[10]

Vì vậy, đột biến hổ phách là một loại toàn bộ các đột biến virus có thể phát triển trong vi khuẩn có chứa đột biến áp chế hổ phách. Các áp chế tương tự cũng được biết đến đối với các codon kết thúc hoàng thổ và opal.

Đột biến hoàng thổ (UAA)[sửa | sửa mã nguồn]

là đột biến thứ hai được phát hiện. Chọn một tên màu sắc để phù hợp với tên của đột biến hổ phách, virus "hoàng thổ" có một đặc tính tương tự trong đó có phục hồi khả năng lây nhiễm trong một số chủng vi khuẩn hạn chế. Tập hợp các chủng áp chế hoàng thổ là khác biệt với các chủng áp chế hổ phách, do đó, đột biến của "hoàng thổ" được phỏng đoán tương ứng với một bộ ba nucleotide khác nhau. Thông qua một loạt các thí nghiệm đột biến so sánh các đột biến này với nhau và các codon axit amin đã biết khác, Sydney Brenner kết luận rằng đột biến màu hổ phách và hoàng thổ môi tương ứng với bộ ba nucleotide là "UAG" và "UAA".[11]

Đột biến opal hoặc đột biến nâu đen (UGA)[sửa | sửa mã nguồn]

là codon dừng thứ ba và cuối cùng trong mã di truyền chuẩn được phát hiện ngay sau đó, tương ứng với bộ ba nucleotide "UGA".[12] Những đột biến vô nghĩa đã tạo ra codon dừng sớm này sau đó được gọi là đột biến opal hoặc đột biến nâu đen.

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). “Chapter 10 (Molecular Biology of Gene Function): Genetic code: Stop codons”. An Introduction to Genetic Analysis. W.H. Freeman and Company. 
  2. ^ Papp, Laura Vanda; Lu, Jun; Holmgren, Arne; Khanna, Kum Kum (2007). “From Selenium to Selenoproteins: Synthesis, Identity, and Their Role in Human Health”. Antioxidants & Redox Signaling 9 (7): 775–806. PMID 17508906. doi:10.1089/ars.2007.1528. 
  3. ^ Povolotskaya IS, Kondrashov FA, Ledda A, Vlasov PK (2012). “Stop codons in bacteria are not selectively equivalent”. Biology Direct 7: 30. PMC 3549826. PMID 22974057. doi:10.1186/1745-6150-7-30. 
  4. ^ a ă Korkmaz, Gürkan; Holm, Mikael; Wiens, Tobias; Sanyal, Suparna (2014). “Comprehensive Analysis of Stop Codon Usage in Bacteria and Its Correlation with Release Factor Abundance”. The Journal of Biological Chemistry 289 (44): 775–806. PMC 4215218. PMID 25217634. doi:10.1074/jbc.M114.606632. 
  5. ^ “Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655, complete genome [Genbank Accession Number: U00096]”. GenBank. NCBI. Truy cập ngày 27 tháng 1 năm 2013. 
  6. ^ Wong, Tit-Yee; Fernandes, Sanjit; Sankhon, Naby; Leong, Patrick P; Kuo, Jimmy; Liu, Jong-Kang (2008). “Role of Premature Stop Codons in Bacterial Evolution”. Journal of Bacteriology 190 (20): 6718–6725. PMC 2566208. PMID 18708500. doi:10.1128/JB.00682-08. 
  7. ^ Ito, Koichi; Uno, Makiko; Nakamura, Yoshikazu (1999). “A tripeptide 'anticodon' deciphers stop codons in messenger RNA”. Nature 403. PMID 10688208. doi:10.1038/35001115. 
  8. ^ Korkmaz, Gürkan; Sanyal, Suparna (2017). “R213I mutation in release factor 2 (RF2) is one step forward for engineering an omnipotent release factor in bacteria Escherichia coli”. Journal of Biological Chemistry 292. PMC 5592688 Kiểm tra giá trị |pmc= (trợ giúp). PMID 28743745. doi:10.1074/jbc.M117.785238. 
  9. ^ Stahl FW (1995). “The amber mutants of phage T4”. Genetics 141 (2): 439–442. PMC 1206745. PMID 8647382. 
  10. ^ Robin Cook. “Amber, Ocher, and Opal Mutations Summary”. World of Genetics. Gale. 
  11. ^ Brenner, S.; Stretton, A. O. W.; Kaplan, S. (1965). “Genetic Code: The 'Nonsense' Triplets for Chain Termination and their Suppression”. Nature 206 (4988): 994–8. doi:10.1038/206994a0. 
  12. ^ Brenner, S.; Barnett, L.; Katz, E. R.; Crick, F. H. C. (1967). “UGA: A Third Nonsense Triplet in the Genetic Code”. Nature 213 (5075): 449–50. PMID 6032223. doi:10.1038/213449a0.