标记肽是什么啊?二十号前告之

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标记肽是什么啊?二十号前告之
tmRNA是细菌体内一种代谢上稳定的RNA〔1、2〕.它的结构独特,其5′和3′末端序列有一个类似丙氨酰tRNA的结构,中间序列编码标记肽(tag peptide).与其独特的结构相适应,tmRNA兼有tRNA和mRNA的双重功能,在细胞中参与一种特殊的翻译反应——反式翻译反应(trans-translation),结果形成一个在C-末端接有一个标记肽的嵌合蛋白质.
1. tmRNA的结构
不同细菌的tmRNA的大小在349nt至411nt之间,如E.coli tmRNA为363nt,由一个单基因ssrA编码.图1是在化学、酶学探测试验及对各种来源的tmRNA核苷酸序列进行比较的基础上提出的E.coli tmRNA二级结构模型〔3〕.在该模型中,tmRNA被分成两部分.第一部分包括其5′-末端(～50nt)和3′-末端(～70nt),第二部分即中间部分包括两个茎环和四个假结结构,分别称为PK1、PK2、PK3、PK4.各种来源的tmRNA的第一部分有相对较高的序列相似性,而其第二部分的差异较大.

图1 E.coli tmRNA的二级结构
所有tmRNA的5′-和3′-末端序列都能折叠成类似tRNA的结构：在5′-和3′-末端之间有一个类似tRNA氨基酸受体茎的7个bp的茎；在3′-末端区有一个类似tRNA TΨC臂的5个bp的茎,该茎还连有一个由7个碱基组成的环,这个茎环结构与tRNA的反密码子臂相似.此外,所有tmRNA中都存在tRNA TΨC臂的保守序列GTCRA(R为A或G).象tRNA一样,几乎所有的tmRNA的3′-末端都具有一个-CCA序列,其中枯草杆菌tmRNA的CCA-(3')序列不是由基因编码,而是转录后再由酶促反应加上.
E.coli tmRNA的中间序列包含一个潜在的可编码25个氨基酸的可译框,称为ORF25.ORF25编码最后10个氨基酸的区域的功能和mRNA的功能一致.目前已知的所有tmRNA类似物均包含相同的阅读框,尽管不一定全是可译框架,但它们编码的多肽的C-末端都具有类似E.coli ORF25最后10个氨基酸序列.
2. tmRNA的功能
tmRNA具有典型的tRNAAla的结构特征.如所有tmRNA的类似氨基酸受体茎的第三对碱基对均为G-U——一个非W-C碱基对,这是tRNAAla的主要鉴别特征,因为G-U碱基对在所有原核生物的tRNAAla中都是绝对保守的.此外,作为tRNAAla的另一个重要鉴别特征的A73,即从3′-末端起数的第四个碱基在tmRNA中也是保守的.在体外,部分被纯化的氨酰tRNA合成酶可使E.coli和B.subtilis的tmRNA与Ala进行与tRNA完全相同的反应.上述这些类似tRNAAla的结构及丙氨酰化作用对tmRNA发挥功能是重要的.
3. 反式翻译模型
体内试验发现,由缺乏终止密码子的mRNA所编码的λcI阻遏蛋白和细胞色素b562的C-末端也连有标记肽,而且标记肽对C-末端的附着依赖于编码tmRNA的ssrA基因的存在.据此可推测,当由无终止密码子的mRNA编码的多肽被翻译时,tmRNA才能编码生成标记肽.Keiler等据此提出了肽合成的反式翻译模型〔4〕(图2).反式翻译模型提出,当翻译停止在无终止密码子的mRNA的3′-末端时,负载着Ala的tmRNA进入核糖体(A位).tmRNA将其Ala提供给合成停止的多肽链,通过移位作用,核糖体从该mRNA进入tmRNA ORF25编码标记肽的编码区,翻译合成标记肽,它通过Ala连在先前合成的肽的C-末端,形成嵌合蛋白.最后,该嵌合蛋白利用框内终止密码子从核糖体上释放出来,使得核糖体进入再循环.tmRNA在整个反应中承担着双重功能,先是作为tRNAAla,接着又作为编码标记肽的mRNA.

图2 反式翻译模型
4. tmRNA与核糖体之间的相互作用
在体外试验中,氨基酸受体茎第三位上发生了G-U到A-U突变的tmRNA即使在poly(U)存在的情况下也不能接受Ala或Tyr,并且该突变型tmRNA(A-U)也不能与70S核糖体结合,而正常的tmRNA无论在体内外都可与70S核糖体发生相互作用.这表明丙氨酰化反应对于tmRNA有效结合到核糖体上是很关键的,同时也说明tmRNA作为tRNAAla的功能对其行使mRNA的功能是很重要的.tmRNA具有一个3′-末端CCA和TΨC臂的完整的氨基酸受体茎是形成Ala-tmRNA、EF-TU和GTP三聚体复合物的最低要求,而Ala-tmRNA、EF-TU、GTP复合物对于tmRNAAla结合到核糖体上是必需的.但在翻译反应中,只有当正确的密码子—反密码子相互作用发生时,上述复合物才能进入核糖体的A位点.然而tmRNA无明显的类似反密码子的序列,当它与核糖体结合时,mRNA已从A位点释放出来了,因此推测tmRNA与核糖体之间有另外的相互作用.
5. 标记肽的功能
标记肽C-末端序列(YALAAA)与某些蛋白质的C-末端尾巴序列(WVAAA)相似,该尾巴序列可被细胞周质内切酶和细胞质蛋白酶识别,后一种蛋白酶也以依赖尾部的方式降解蛋白质〔5、6〕.据此可推测,连有标记肽即表明该蛋白质将被C-末端特异性蛋白酶降解.在E.coli中所做的试验也观察到细胞质和细胞周质中C-末端具有标记肽的蛋白质被迅速降解,这也进一步证实了上述推测.因为核糖体释放正常的多肽需要终止密码子的存在,根据反式翻译模型,任何一个从缺乏终止密码子的mRNA上翻译出来的蛋白质均受到标记肽的修饰.结果是,这些可能对细胞有害的异常多肽被特殊的细胞间蛋白酶识别并降解.缺乏ssrA基因的菌株生长缓慢,也反映出因缺乏标记肽而使异常蛋白质不能被有效地降解,进而影响细胞的生长.因为C-末端的标记肽是蛋白酶降解异常蛋白质的信号,故这一系列反应也被认为是降解由被损坏的mRNA所编码的多肽的一个新的降解系统.这一个标记肽以及C-末端特异性蛋白酶的降解系统在细菌中广泛存在.