微生物通过使用两种不同的翻译来打破“通用”DNA规则

驾水客 2018-06-14 23:42:17

DNA通常被称为生命蓝图,然而科学家首次发现了一种微生物,它随机使用两种不同的DNA编码翻译。这一意想不到的发现破坏了被认为是普遍规律的东西,因为来自这种微生物的蛋白质不能从DNA序列中完全预测。所有生物体都会从父母那里收到遗传信息,告诉细胞如何制造蛋白质 - 这是在我们体内进行化学反应的分子。该遗传信息包括由由字母A,T,C和G代表的四个化学碱基序列组成的DNA分子; 遗传密码规定细胞中哪些氨基酸序列连接在一起形成每种蛋白质,给出DNA中的潜在序列。

以类似的方式,莫尔斯电码中的“点点”翻译为S,因此遗传密码也以三个碱基(密码子)的区块读出以翻译成一个氨基酸。最初认为任何给定的密码子总是产生相同的氨基酸 - 就像点网点始终意味着莫尔斯码中的S一样。DNA中的GGA例如翻译为氨基酸甘氨酸。然而,德国哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的StefanieMühlhausen博士和巴斯大学Milner中心的Laurence Hurst教授以及Martin Kollmar及其同事现在合作描述了第一个和意外在自然的代码中忽略这个规则。

该小组检查了一些不寻常的酵母菌群,其中一些物种已经发展出一种不寻常的非通用代码。尽管人类(以及其他所有方面)将密码子CTG翻译为氨基酸亮氨酸,但是一些酵母种类将其翻译为氨基酸丝氨酸,而另一些将其翻译为丙氨酸。这本身就够古怪了。但是研究团队更惊讶地发现一种物种Ascoidea asiatica随机翻译这个密码子为丝氨酸或亮氨酸。每当这个密码子被翻译时,细胞就会抛出一个化学硬币:头部是亮氨酸,尾部是丝氨酸。

巴斯大学演化遗传学教授兼米尔纳进化中心主任劳伦斯赫斯特说:“这是我们第一次在任何物种中看到过这一点。“我们惊讶地发现,大约50%的CTG被翻译为丝氨酸,剩下的时间是亮氨酸。“遗传学编码的最后一个规则是,翻译是确定性的,已经被打破,这使得这个基因组具有独特性 - 如果你知道DNA,你就无法制定出这些蛋白质。”为了理解这种情况是如何发生的 - 这种投币机制是如何在身体上表现出来的 - 研究小组调查了一种称为tRNA的分子 - 它们充当翻译者,识别密码子并将氨基酸聚合在一起形成蛋白质链。

来自哥廷根马克斯 - 普朗克生物物理化学研究所的Martin Kollmar博士说:“我们发现Ascoidea asiatica在两种tRNAs中是不常见的,它们是与亮氨酸桥连的一种tRNA和一种与丝氨酸桥连的tRNA。“所以当CTG被翻译时,它会随机挑选两种tRNA中的一种,因此在丝氨酸和亮氨酸之间随机选择。”巴斯大学米尔纳进化中心的StefanieMühlhausen博士补充道:“交换亮氨酸的丝氨酸可能导致蛋白质出现严重问题,因为它们具有完全不同的性质 - 丝氨酸常常在蛋白质表面发现,而亮氨酸是疏水性的并且经常埋藏在蛋白质内。

“我们研究了这种奇怪的酵母如何应对这种随机性,发现A. asiatica已经进化为极少使用CTG密码子,特别是避免了蛋白质的关键部分。”研究人员估计,随机编码已有1亿年历史,但其他密切相关的物种进化为失去这种可能存在问题的特征。Martin Kollmar博士说:“目前还不清楚为什么A. asiatica应该长期保留这种随机编码,也许在这种随机性可能会有益的罕见情况下。”

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