大肠杆菌的同义密码子使用偏性对蛋白质折叠速率的影响

摘
要 ：考 虑 到 同义 密 码 子 使 用 偏 性 的 物 种 差 异 性 ， 选取 大肠杆 菌 的 ５ ４条 核 蛋 白 为研 究 对 象 ， 将 每 条 核 蛋
白按 二 级 结 构 截 取 出 ａ 螺旋 片段 、 ｐ折 叠 片 段 和 无 规 卷 曲 （ ａ — ｐ混 合 ） 片段 ， 然 后 找 到 每 个 片 段 相 关 的核 酸 序 列 信 息， 计 算 其 同 义 密 码 子 使 用 度 和相 应 肽 链 的 折 叠 速 率 ． 在此基础 上 ， 分 析 了 同义 密 码 子 使 用 偏 性 和 相 应 肽 链 折 叠 速率 之 间 的相 关 性 ， 发 现 对 于 不 同二 级 结 构 类 的 肽 链 片 段 ， 都 有 部 分 密 码 子 的 使 用 偏 性 与 其 对 应 的肽 链 折 叠 速 率
也可 以使 人们 更 好地 理解 分 子进 化 、 翻译 调控 等生 命过 程 ， 具有 重要 的现 实意 义 ， 如 核蛋 白具 有定 向 、 定 位作
用， 核 蛋 白能 够识 别前 列 腺肿 瘤 ］ ， 可 能会 帮 助人 们 改 进 免疫 疗 法 的 策 略． ａ 一 突 触 核蛋 白对 帕金 森 病 诊 断敏 感性 较 高［ ５ ］ ， 未来 可用 于 临床研 究 ， 对 患者 患病 程度 进 行分层 ． 由此可 见 ， 核 蛋 白与生 物遗传 和生物合 成关 系 密切 ． 因此 ， 研 究 有关 核蛋 白的结 构 和功能 意 义重 大． 蛋 白质 的折 叠是 指一 个 蛋 白质 从 它 的变性 状态 转 变 到它 的特 定 的生物 学 天 然构 象 的过 程 ］ ． 因 为蛋 白 质结 构 的多样 性 和氨 基酸 残基 的异质 性 ， 所 以蛋 白质 折 叠 是 一 个 非 常繁 杂 的过 程＿ ７ ］ ， 折 叠 过 程受 氨基 酸 长 度、 分 子 柔韧性 、 残基 的化 学 和物 理 性 质 ８ ］ 及 其 溶 剂 环 境 等 多 种 因 素 的影 响 ［ ｇ ］ ． 蛋 白质 折 叠 速 率 常 用 ｋ 表
第 ４ ４卷 第 ４ 期 ２ ０ １ ５年 ７月
内蒙 古 师 范 大学 学报 （ 自然 科 学 汉 文 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ是 生命 活动 的主要 承担 者． 核 蛋 白是 由蛋 白质 和 核 酸结 合 而 成 的一 类 复合 蛋 白质 ， 它 存 在 于 一 切生 物
中， 如各 种组 蛋 白 、 ＤＮＡ 合成 酶类 、 ＲＮＡ转 录 和各 种起 调控 作 用 的蛋 白 因子 等． 已有 研 究 表 明 ， 研 究 核蛋 白
等， 有 研究 ＿ １ ］ 表明， 蛋 白质 的 ｍＲ ＮＡ 可 能携 带 了影 响蛋 白质 折 叠 速 率 的信 息 ， 这 些 影 响 很 可 能来 自同义 密码 子 的使用 ， 因为 同义 密 码子 的使 用 会影 响 ｍＲＮＡ 的结 构 ， 进 而影 响 ｍＲ ＮＡ 沿 核糖 体移 动 的速 率． 核糖
通常 ， 编码 氨基 酸 的密码 子一 共 有 ６ ４个 ， 而 氨基 酸 的种类 有 ２ ０种 ， 这样 就 会 出 现 同一 种 氨基 酸 可 能具 有两 个 或多 个密 码 子 ， 所 以说 氨基 酸 的密 码子 具有 简 并性 ． 由于 密码 子 简并 性 的存 在 ， 编 码 一个 氨 基 酸 的密 码子 可 能不 止一 个 ， 这种 编码 一个 氨 基酸 的不 同密码 子称 为 同义密码 子． 生 物体 中同义 密码 子非 均衡 使用 的现象 称为 同义 密码 子 的使 用 偏好 性 ， 而 且 每种 生 物 对 于密 码 子 的选
择都 有 自己的偏 好性 ． 真 核 生物 和原 核生 物所 偏好 的密码 子不 同 ， 同义密 码子对 于 高效 表达 和低效 表 达 的选
择也 不 同ｌ ＿ １ ］ ， 甚 至在不 同区域 的 同一 基 因也 存 在 这 种 趋 势 ３ ］ ． 由此 可 见 ， 同义 密码 子 的偏 性 存 在 物 种差 异 性． 研 究 密码 子 偏性 可 以使人 们更 好 地理 解分 子进 化 、 翻译 调控 等生命 过 程 ， 而生命 过程 又离 不开 蛋 白质 ， 蛋
Ｖ０ 【 ＿ ４ ４ Ｎｏ ． ４
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大 肠 杆 菌 的 同 义 密 码 子 使 用 偏 性 对 蛋 白质 折 叠 速 率 的 影 响
黄 俏 ，李 瑞 芳 ，于 志芬
（ 内蒙 古 师 范 大 学 物 理 与 电 子 信 息 学院 ， 内蒙 古 呼 和 浩特 ０ １ ０ ０ ２ ２ ）
体 在 ｍＲ ＮＡ上 翻译 时 的速 率会 影 响蛋 白质 的折 叠速 率 ， 从 而影 响 蛋 白质 的各 级 结构 及 其最 终 的功 能［ １ ７ － ｚ １ ］ ． 但 是 以前 人们 对 同义 密码 子 的偏性 和 蛋 白质折 叠速 率 之间关 系 的研究 ， 选 取 的不 是单 一 的物种 ， 而 同义 密码
显著相关． 因此 ， 在蛋 白质折叠 中， 同义 密码 子 的 使 用 偏 性 起 着 重 要 作 用 ．
关 键 词 ：大 肠 杆 菌 ；核 蛋 白 ；同 义 密码 子 ； 使 用偏 性 ； 蛋 白质 折 叠 速 率
中图 分 类 号 ：Ｑ ６ １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ０ １ －８ ７ ３ ５ （ ２ ０ ｌ ５ ） ０ ４ －０ ４ ６ ７ －０ ７
示， 它是研 究 蛋 白质折 叠 机制 的一 个重 要部 分 ． 现在 人 们对 共 翻译 折 叠理 论 有 了一 定 的认 可 ， 认 为 蛋 白质 折
叠从 ｍＲＮＡ在 核 糖体 上 翻译 时就 开 始 了＿ １ “ ］ ． 影 响蛋 白质 折 叠 的 因素 有 环 境 、 各 级结 构 以及 氨 基 酸 序 列