| 词条 | SD序列 |
| 释义 | § 简介 SD序列SD序列：在细菌mRNA起始密码子AUG上游10个碱基左右处，有一段富含嘌呤的碱基序列，能与细菌16SrRNA3’端识别，帮助从起始AUG处开始翻译。在原核生物中，核糖体中与mRNA结合位点位于16SrRNA的3＇端，mRNA中与核糖体16SrRNA结合的序列称为SD序列(SDsequence)，它是1974年由J.Shine和L.Dalgarno发现的,故此而命名。SD序列是mRNA中5＇端富含嘌呤的短核苷酸序列，一般位于mRNA的起始密码AUG的上游5～10个碱基处，并且同16SrRNA3＇端的序列互补。 § 特征 在起始密码子上游约4～7个核苷酸之前还有一段富含嘌吟的5′…AGGAGG…3′短小序列，它可以与16SrRNA3′端的3′…UCCUCC…5′区段完全互补。mRNA上的这段序列称为ShineDalgarno序列（简称SD序列）。 SD序列与16SrRNA序列互补的程度以及从起始密码子AUG到嘌呤片段的距离也都强烈地影响翻译起始的效率。不同基因的mRNA有不同的SD序列，它们与16SrRNA的结合能力也不同，从而控制着单位时间内翻译过程中起始复合物形成的数目，最终控制着翻译的速度。 § 来源 SD序列SD序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。储存在DNA分子中的这种遗传信息能在复制中产生更多的拷贝，并翻译成蛋白质。DNA的功能构成了信息的流动，遗传信息如何转变成蛋白质呢？转录就是其中的重要的一环。基因表达时以DNA的一条链为模板合成RNA，这一过程就是转录（transcription）。催化合成RNA的酶叫做RNA聚合酶（RNApolymerase）。RNA和DNA结构相似，所不同之处在于： （1）RNA一般以单链形式存在；（2）RNA中的核糖其C′-2不脱氧的；（3）尿苷（U）取代了DNA中的胸苷。细胞中的RNA分成三种：mRNA（信使RNA），tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）。它们的功能各不相同。mRNA是合成蛋白质的模板，tRNA是转运特异氨基酸的运载工具，rRNA是合成蛋白质的装置。mRNA的碱基序列，决定着蛋白质装配时氨基酸的序列。 1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验；若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质，这就表明，蛋白质的合成是依赖于RNA。 同年Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫（Amoebaproteus）RNA前体，发现标记的RNA都在核内，表明RNA是在核内合成的。在标记追踪（pulse-chase）实验中，用短脉冲标记RNA前体，然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现被标记的RNA分子已在细胞质中，这就表明RNA在核中合成，然后转移到细胞质内，而蛋白质就在细胞质中合成，因此RNA就成为在DNA和蛋白质之间传递信息的信使的最佳候选者。 SD序列1956年ElliotVolkin和LawrenceAstrachan作了一项很有意思的观察：当E.coli被T2感染，迅速停止了RNA的合成，但噬菌的RNA却开始迅速合成。用同位素脉冲一追踪标记表明噬菌的RNA在很短的时间内就进行合成，但很快又消失了，表明RNA的半衰期是很短的。由于这种新合成的RNA的碱基比和T2的DNA碱基比相似，而和细菌的碱基比不同，所以可以确定新合成的RNA是T2的RNA。由于T2感染细菌时注入的是DNA，而在细胞里合成的是RNA，可见DNA是合成RNA的模板。最令人信服的证据来自DNA-RNA的杂交实验。Hall.B.D和Spiegeman,S，将T2噬菌体感染E.coli后立即产生的RNA分离出来，分别与T2和E.coli的DNA进行分子杂交，结果发现这种RNA只能和T2的DNA杂交形成“杂种”链，而不能和E.coli的DNA进行杂交。表明T2产生的这种RNA（即mRNA）至少和T2的DNA中的一条链是互补的。 Brenner,s.Jacob,F.和Meselson（1961）进行了一系列的的实验，他们将E.coli培养在15N/13C的培养基中，因此合成的RNA和蛋白都被“重”同位素所标记。也就是说凡是“重”的核糖体，RNA和蛋白都是细菌的，然后用T2感染E.coli，细菌的RNA停止合成，而开始合成T2的RNA此时用普通的“轻”培养基（14N/12C），但分别以32P来标记新合成的T2RNA，以35S标记新合成的T2蛋白，因此任何重新合成的核糖体，RNA，及蛋白都是“轻”的但带但有放射性同位素。经培养一段时间后破碎细胞，加入过量的轻的核糖体作对照，进行密度梯度离心，结果“轻”的核糖体上不具有放射性，“重”的核糖体上具有32P和35S，表明（1）T2未合成核糖体，“轻”核糖体却是后加放的。（2）T2翻译时是借用了细菌原来合成的核糖体，所以核糖体并无特异性，核糖体上结合的mRNA，其序列的特异性才是指导合成蛋白质的遗传信息，从而提出了mRNA作为“信使”的证据。因此他们将这种能把遗传信息从DNA传递到蛋白质上的物质称为“信使”。他们预言（1）这种“信使”应是一个多核苷酸；（2）②其平均分子量不小于5´105（假定密码比是3），足以携带一个基因的遗传信息；（3）它们至少是暂时连在核糖体上；（4）其碱基组成反映了DNA的序列；（5）它们能高速更新。Volkin和Astrachan发现高速更新的RNA似乎完全符合以上条件。Jacob和Monod将它定名为信使RNA（MessengerRNA）或mRNA。 § 判断方法 用自洽聚类方法判定大肠杆菌蛋白质编码基因SD序列强弱，给出构成强SD序列的17种碱基关联模式。将全部SD序列按作用强弱不同分为三类：强、中、弱，发现强弱不同时最偏好模式不同，如GGAGG是弱SD序列的最偏好模式，AAGGA是强SD序列的最偏好模式。同一模式距起始密码子的距离不同时，所起的调控作用也不同，如GGAG模式中的A在强SD序列中位于-8位点，在弱SD序列中位于-7和-9位点。平均来说，各SD序列的-9位点上碱基G出现的概率最大。结果还表明SD序列越强，基因的表达水平越高，SD序列越弱，基因表达水平越低。SD序列与anti-SD序列的配对程度和相对位置影响起始密码子的识别和翻译效率。 § 作用 SD序列KOZAK是一个女科学家，她研究过起始密码子ATG周边碱基定点突变后对转录和翻译所造成的影响，并总结出在真核生物中，起始密码子两端序列为：——G/N-C/N-C/N-ANNATGG——，如GCCACCATGG、GCCATGATGG时，转录和翻译效率最高，特别是-3位的A对翻译效率非常重要。关于kozak序列的这篇文章发表在NucleicAcidsRes.1984上，该序列被后人称为Kozak序列，并被应用于表达载体的构建中。 原核基因转录和翻译几乎在胞质中同时发生，在mRNA5’端起始密码子AUG上游-3~-11处，为核蛋白体rRNA的结合位点（3-9bp）因由Shine-Delgarno发现，又称SD序列。此序列富含A-G，恰与16SRNA3’端富含T-C的序列互补，因此mRNA与核蛋白体sRNA容易配对结合。因此SD序列对mRNA的翻译起重要作用。 § 肽链的形成 启动子下游从转录起始位点开始延伸的一段碱基序列，其中能与rRNA16S亚基3'端互补的SD序列对形成翻译起始复合物是必需的，多数载体启动子下游都有SD序列，也有些载体没有，适合自带SD序列的基因表达。 核糖体不在一个mRNA的末端启动转录过程，相反，它们会结合到一个内部点（Shine-Dalgarno(SD)序列）上，然后单向转位。对断开核糖体的mRNA和30S部分之间的结合所需的力进行的精确测量显示，在第一个肽链形成之前，SD序列稳定核糖体-mRNA的相互作用。一旦该肽链形成，SD序列就不再稳定它。所以，最初肽链的形成是核糖体释放SD的一个触发因素，而且还可能是允许核糖体开始沿mRNA运动的一个重要因素。 § RNA的生物合成 mRNA反义RNA(antisenseRNA)是指mRNA互补的RNA分子。这种反义RNA能与mRNA分子特异性地互补结合，从而抑制该mRNA的加工与翻译，是原核细胞中基因表达的调控的一种方式。然而，许多实验证明，在真核细胞中亦存在反义RNA，但其功能尚未全部明了。最近几年来通过人工合成反义RNA的基因，并将之导入细胞内，转录出反义RNA，即能抑制特定基因的表达，阻断该基因的功能，有助于了解该基因对细胞生长和分化的作用。同时也暗示了该方法对肿瘤实施基因治疗的可能性。 Ⅰ类：这类反义RNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区，引起翻译的直接抑制(ⅠA类)或与靶mRNA结合后引起该双链RNA分子对RNA酶Ⅲ的敏感性增加，使其降解(ⅠB类)。Ⅱ类：这类反义RNA与mRNA的SD序列的上游非编码区结合，从而抑制靶mRNA的翻译功能。其作用机制尚不完全清楚，可能是反义RNA与靶mRNA的上游序列结合后会引起核糖体结合位点区域的二级结构发生改变，因而阻止了核糖体的结合。Ⅲ类：这类反义RNA可直接抑制靶mRNA的转录。 ticRNA(transcriptioninhibitorycomplementaryRNA)是大肠杆菌中CAP蛋白(cAMP结合蛋白)的mRNA的反义RNA。ticRNA的基因的启动子可被cAMP-CAP复合物所激活，从CAPmRNA的转录起始位点上游3个核苷酸处开始，以CAPmRNA的模板DNA链的互补链为模板，合成ticRNA。ticRNA具体长度不清楚，但是它是5'端一段正好和CAPmRNA的5'端有不完全的互补，可以形成双链的RNA杂交体。而在CAPmRNA上紧随杂交区之后的是一段约长11bp的A，U丰富区。这样的结构十分类似于ρ不依赖性的转录终止子的结构，从而CAPmRNA的转录刚刚开始不久后即迅速终止。CAP蛋白合成的自我调节作用。当CAP合成达一定量后，即可与cAMP结合成cAMP-CAP复合物。再激活ticRNA的启动子转录出ticRNA，反过来抑制CAP-mRNA的合成。 设计反义RNA基因是时应注意之点总结如下： 1、长的反义RNA并不一定比短的反义RNA更为有效。 2、在原核生物中针对SD序列及其附近区域的反义RNA可能更有效。 3、在真核生物中，对应于5'端非编码区的反义RNA可能比针对编码区的反义RNA更有效。 4、尽量避免在反义RNA分子中出现自我互补的二级结构。 5、设计的反义RNA分子中不应有AUG或开放读框，否则该反义RNA亦会与核糖体结合而影响其与靶mRNA的配对结合。 6、进一步还可以将带有ribozyme结构的RNA连在反义RNA的3'端尾上，当反义RNA与靶mRNA杂交后，即可利用其酶活性来降解靶mRNA。 此外，为了增强反义RNA的作用，还可以采取一些额外措施，例如： 1、由于反义RNA对靶mRNA的抑制作用有剂量依赖性，所以在构建反义RNA基因时，要选择强的、可以诱导的启动子以增强反义RNA本身的表达。 2、构建许多个反义RNA基因串连在一起，以得到线性重复的多拷贝基因，对提高反义RNA的表达也有利。 3、RNA酶Ⅲ可以降解RNA:RNA杂交体，所以在构建反义RNA基因时，可将RNA酶Ⅲ的基因也同时转化到靶细胞中并进行表达。这样，当反义RNA与靶mRNA结合后，RNA酶Ⅲ即可将其降解。这显然有利于反义RNA的抑制作用。 有关反义RNA的研究进展迅速，已经应用到抗病毒感染，研究癌基因的作用机制，探索肿瘤治疗的可行途径等方面。在今后一段时间内，有关反义RNA的研究肯定将会有更加迅速的进展和更广阔的应用前景。 § 相关词条 染色体 碱基 DNA 组蛋白 核小体 § 参考资料 1、http://www.bioon.com/biology/molecular/53320.shtml 2、http://www.51qe.cn/pic/30/15/11/18/597.htm 3、http://www.ilib.cn/A-nmgdxxb200803014.html |
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