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王恩多研究组报道被氨基酰-tRNA合成酶控制的翻译忠实性
&&&&&&& 《核酸研究》(Nucleic Acids Research)10月23日在线发表了生化与细胞所题为“Translational fidelity maintenance preventing Ser mis-incorporation at Thr codon in protein from eukaryote”的最新研究成果，报道了真核生物蛋白质合成过程中，防止苏氨酸(Thr)密码子上误掺入丝氨酸(Ser)的调控机理。
&&&&&&& 蛋白质的生物合成是细胞内最为复杂和重要的系统工程之一。蛋白质生物合成的第一步是氨基酰-tRNA合成酶（aaRS）催化相应tRNA与氨基酸之间的酯化反应，也称为tRNA的氨基酰化反应,通常该反应由第一步氨基酸活化反应和第二步氨基酰化反应组成。其产物氨基酰-tRNA是蛋白质合成的原料，在核糖体上按照mRNA的序列催化生成蛋白质。20种aaRS 按结构和tRNA的氨基酰化部位可以分为2大类，每类10种aaRS，它们的催化反应是生物合成的限速步骤，对蛋白质合成进行质量控制，直接影响着新生多肽链的功能，进而影响细胞的生物学特性。
&&&&&&& 苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS)属于第二类aaRS，负责催化Thr与对应tRNAThr之间的氨基酰化反应，生成苏氨酰-tRNA(Thr-tRNAThr), Thr-tRNAThr进而被延伸因子转运到核糖体上参与蛋白质的生物合成。在此过程中，ThrRS必须精确地选择对应的氨基酸与tRNA。但是Thr在细胞质内的类似物Ser很容易被ThrRS误识别、误活化和误氨基酰化。因此，ThrRS必须通过水解反应去除误活化的Ser,该反应称为编校反应。氨基酰化反应与编校反应对于细胞的正常生理与代谢具有重要作用。截止目前，对于真核生物细胞质ThrRS所催化的氨基酰化反应以及编校反应机理的认识都处于空白阶段。
&&&&&&& 王恩多研究组副研究员周小龙博士、硕博连读研究生阮志荣等系统分析了真核生物细胞质ThrRS以及它们的进化途径；分析了特异性存在真核生物ThrRS的N端延伸的生物学意义；分析了ScThrRS识别Thr与其他Thr类似物(Ser, Val, Cys, Gly, Ala)的情况；系统阐明了ScThrRS催化的编校反应的机理，并量化了各条反应途径在整个编校反应中所占的比例与作用；鉴定了对于编校反应至关重要的关键核苷酸残基；系统研究了在各步反应中执行关键作用了氨基酸残基；同时首次构建了国际上第一个酿酒酵母ScThrRS基因的单倍体敲除株，通过体内遗传学实验研究了某些特定的关键氨基酸残基在氨基酰化反应以及编校反应中的作用，也利用这一良好平台研究不同种属ThrRS对酿酒酵母tRNAThr的跨种属交叉识别；最后，通过体内遗传学实验以及体外蛋白质组学分析表明，即使在非常严峻的生长环境下，酿酒酵母依然可以忍耐ThrRS的编校结构域关键氨基酸的突变，暗示了酵母延伸因子和/或核糖体可以进一步对生成的误氨基酰产物Ser-tRNAThr进行蛋白质合成中的质量控制。
&&&&&&& 该工作得到了国家自然科学基金、科技部重大科学研究计划、中国科学院上海生命科学研究院优秀青年人才领域前沿项目等项目的资助。
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标题: 翻译(translation)
蛋白质生物合成过程。生物都有从氨基酸合成自身蛋白质的能力，此过程在核糖体上进行，信使RNA（mRNA）是合成的模板。生物依照mRNA的密码子序列，通过转移RNA（tRNA）的反密码子与密码子配对，使相应的氨基酸从N端到C端依次参入蛋白质。这个过程十分复杂，有几百种生物分子参与。以原……
蛋白质合成过程。都有从合成自身蛋白质的能力，此过程在核糖体上进行，信使RNA（mRNA）是合成的模板。生物依照mRNA的密码子序列，通过转移RNA（tRNA）的反密码子与密码子配对，使相应的从N端到C端依次参入蛋白质。这个过程十分复杂，有几百种生物分子参与。以原核细胞为例，大体可分为两个阶段：
氨酰tRNA合成酶识别特定的氨基酸及对应于该氨基酸的tRNA，并催化氨酰tRNA的合成，反应伴有ATP的水解。
mRNA翻译成蛋白质 原核细胞的起始氨酰tR-NA是甲酰甲硫氨酰tRNA（fMet-tRNAfMet）。先是蛋白质起始因子、GTP、mRNA、核糖体等结合成70S起始复合物，待起始因子先后从核糖体脱离后，fMet-tRNAfMet结合到核糖体50S亚基上的肽酰位（P位），并与mRNA上的起始密码子AUG配对，这使翻译从mRNA上的正确起始点开始。新的氨酰-tRNA在延长因子和GTP的作用下结合在起始复合物50S亚基的氨酰位（A位）上。经酶的催化，fMet脱离tRNA，其羧基与新进入氨酰-tRNA的氨基生成肽键；接着，在GTP和延长因子参与下，携带肽基的tRNA从A位移到P位，核糖体也沿mRNA从5&到3&移动一个密码子的距离。这时P位上原有的空载tRNA（不携带氨基酸的tRNA）释放出来。于是下一个密码子进入A位，等待着第3个氨酰-tRNA进入。不断重复这些步骤，使肽键得以不断增长。当mRNA上的终止密码子进入A位后，表示多肽链已延伸到必需的长度。这时在特异的蛋白质释放因子参与下，新合成的多肽链从tRNA上水解下来，同时释放最后一个空载的tRNA、mRNA和70S核糖体，后者解离为30S和50S两个亚基并立即投入下一轮循环，以合成另一新的多肽链。
真核细胞和原核细胞的蛋白质合成过程相似，但细节不同。如真核细胞蛋白质合成的起始氨基酸是甲硫氨酸而不是甲酰甲硫氨酸，其核糖体、酶、各种蛋白质因子等的结构也不同。真核细胞线粒体的蛋白质合成过程与原核生物十分相像，其起始氨基酸也是甲酰甲硫氨酸。
以上描述的是在单个核糖体上多肽链合成的过程。实际上，在每一瞬间有数个或数十个核糖体连结在同一个mRNA分子上，形成多核糖体（polysome）。多核糖体才是蛋白质合成的真正功能系统，其中每个核糖体上所进行的多肽链合成程度不同。靠近mRNA3&端的核糖体携带最长的新生多肽链，而其5&端的核糖体只翻译了少数密码子，因而携带相对短的肽。多核糖体的形成可以充分利用mRNA分子，从而加快蛋白质合成的速度。原核生物的翻译过程很快。一个大肠杆菌细胞37℃时每20秒可合成一个约含300个氨基酸残基的蛋白质分子，这意味着核糖体每秒必须滑过15个密码子或45个。若一个mRNA结合50个核糖体，几秒钟就可完成一个翻译过程，每个细胞约有5000个mRNA分子，那么，它每秒钟就能产生约1000个蛋白质分子。在许多情况下，在核糖体上新合成的蛋白质还需进一步修饰（如切除起始氨基酸或某些氨基酸序列；在一些氨基酸残基上添加某些化学基团等），才能转变成有生物活性的形式。四环素、金霉素、链霉素、新霉素和卡那霉素等抗菌素的作用，就是通过专一干扰细菌的蛋白质生物合成，而不损害人体细胞。
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下图表示某生物细胞中基因表达的过程，下列叙述不正确的是A．此过程包括转录和翻译两个阶段B．细胞中mRNA上的密码子最多有64种C．细胞中的核仁是与核糖体形成有关的细胞器D．核糖体在该mRNA上的移动方向是从右向左 
试题分析：图示显示：正在形成的mRNA上已连接两个核糖体，说明图示过程包括转录和翻译两个阶段
A项正确；mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基构成1个密码子，所以细胞中mRNA上的密码子最多有64种，B项正确；细胞中的核仁不属于细胞器，C项错误；左侧核糖体上合成的肽链比右侧的长，说明核糖体在该mRNA上的移动方向是从右向左，D项正确。
考点：本题考查基因表达...
考点分析：
考点1：基因的概念
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题型：选择题
难度：中等
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