Старт-кодон

Старт-кодон или инициаторный кодон — первый кодон матричной РНК(или информационной), c которого начинается трансляция белка в рибосоме. У эукариот и архей старт-кодон всегда кодирует метионин (АУГ), а у бактерий, а также в митохондриях и пластидах — модифицированный метионин (N-формилметионин). Наиболее распространенным стартовым кодоном является AUG (т.е. ATG в соответствующей последовательности ДНК). В большинстве случаев роль инициаторного кодона играет триплет AUG [1]. Старт-кодону предшествует 5′-нетранслируемая область (5'-UTR). В 5'-UTR бактерий локализована последовательность Шайна — Дальгарно (AGGAGG), которая служит для связывания рибосомы и отделена спейсером от старт-кодона.

Альтернативные старт-кодоны

Альтернативные старт-кодоны отличаются от стандартного кодона AUG. Такие кодоны встречаются как у прокариот, так и у эукариот. Альтернативные старт-кодоны обычно кодируют метионин, когда они находятся в начале белка (даже если кодон кодирует другую аминокислоту). Так например, кодон GUG кодирует валин в случае, если он находится внутри кодирующей последовательности, и стартовый метионин, если расположен в начале последовательности. Это происходит потому, что для инициации трансляции используется специальная транспортная РНК. Антикодоном инициирующей аминоацил-тРНК всегда является CAU; он полностью комплементарен основному старт-кодону AUG и частично комплементарен более редким кодонам. Кроме частично комплементарных GUG и UUG в исключительных случаях, особенно в клетках бактерий, инициация может начинаться с триплетов AUU, AUA, ACG и CUG. Эти так называемые «слабые» кодоны могут выполнять свою функцию в комбинации с сильными последовательностями Шайна-Дальгарно или другими структурными элементами, способствующими инициации[2].

Эукариоты

Альтернативные старт-кодоны, отличные от AUG, крайне редки в эукариотических геномах. И всё же, в некоторых мРНК клетки встречаются альтернативные старт-кодоны[3]. В случае семи из девяти возможных однонуклеотидных замен в старт-кодоне AUG мРНК дигидрофолатредуктазы, полученные РНК оставались функциональными и обеспечивали трансляцию этого фермента в клетках млекопитающих[1]. В дополнение к каноническому пути через метионил-тРНК и кодон AUG, в клетках млекопитающих трансляция может начинаться с лейцина с использованием лейцил-тРНК, которая комплементарна кодону CUG[4][5].

Митохондрии (и прокариоты) значительно чаще, чем эукариоты, используют альтернативные старт-кодоны (AUA и AUU у человека и преимущественно GUG и UUG у прокариот).

Прокариоты

У E. coli в 83 % случаев трансляция начинается с AUG (3542/4284), в 14 % (612) с GUG, в 3 % (103) с UUG[6] и в одном-двух случаях с других кодонов (например, AUU и возможно CUG)[7][8].

К широко известным генам, в которых нет старт-кодона AUG, относятся lacI (GUG)[9][10] и lacA (UUG)[11] из lac-оперона E. coli.

Стандартный генетический код

неполярный полярный основный кислотный (стоп-кодон)
Стандартный генетический код
1-е
основание 		2-е основание 3-е
основание
U C A G
U UUU (Phe/F) Фенилаланин UCU (Ser/S) Серин UAU (Tyr/Y) Тирозин UGU (Cys/C) Цистеин U
UUC UCC UAC UGC C
UUA (Leu/L) Лейцин UCA UAA Стоп (охра)[B] UGA Стоп (опал)[B] A
UUG[A] UCG UAG Стоп (янтарь)[B] UGG (Trp/W) Триптофан     G
C CUU CCU (Pro/P) Пролин CAU (His/H) Гистидин CGU (Arg/R) Аргинин U
CUC CCC CAC CGC C
CUA CCA CAA (Gln/Q) Глутамин CGA A
CUG[A] CCG CAG CGG G
A AUU (Ile/I) Изолейцин ACU (Thr/T) Треонин         AAU (Asn/N) Аспарагин AGU (Ser/S) Серин U
AUC ACC AAC AGC C
AUA ACA AAA (Lys/K) Лизин AGA (Arg/R) Аргинин A
AUG[A] (Met/M) Метионин ACG AAG AGG G
G GUU (Val/V) Валин GCU (Ala/A) Аланин GAU (Asp/D) Аспарагиновая кислота GGU (Gly/G) Глицин U
GUC GCC GAC GGC C
GUA GCA GAA (Glu/E) Глутаминовая кислота GGA A
GUG GCG GAG GGG G
A  Кодон AUG кодирует метионин и одновременно является сайтом инициации трансляции: первый кодон AUG в кодирующей области мРНК служит началом синтеза белка[12]. Другие старт-кодоны (CUG, UUG и др.) редко используются в эукариотических ядерных геномах, но довольно часто — в прокариотах, митохондриях и пластидах[13].
B ^ ^ ^  Историческая подоплёка для обозначения трёх типов стоп-кодонов как янтарь (UAG), охра (UAA) и опал/умбра (UGA) описана в статье Стоп-кодон.


См. также

Ссылки

Примечания

  1. ↑ 1 2 Peabody D. S. Translation initiation at non-AUG triplets in mammalian cells (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 1989. — Vol. 264, no. 9. — P. 5031—5035. — PMID 2538469.
  2. ↑ Lobanov, A. V.; Turanov, A. A.; Hatfield, D. L.; Gladyshev, V. N. Dual functions of codons in the genetic code (англ.) // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 45, no. 4. — P. 257—265. — doi:10.3109/10409231003786094. — PMID 20446809. — PMC 3311535.
  3. ↑ Ivanov I.P., Firth A.E., Michel A.M., Atkins J.F., Baranov P.V. Identification of evolutionarily conserved non-AUG-initiated N-terminal extensions in human coding sequences (англ.) // Nucleic Acids Research : journal. — 2011. — Vol. 39, no. 10. — P. 4220—4234. — doi:10.1093/nar/gkr007. — PMID 21266472. — PMC 3105428.
  4. ↑ Starck, S. R.; Jiang, V; Pavon-Eternod, M; Prasad, S; McCarthy, B; Pan, T; Shastri, N. Leucine-tRNA initiates at CUG start codons for protein synthesis and presentation by MHC class I (англ.) // Science : journal. — 2012. — Vol. 336, no. 6089. — P. 1719—1723. — doi:10.1126/science.1220270. — PMID 22745432.
  5. ↑ Dever, T. E. Molecular biology. A new start for protein synthesis (англ.) // Science : journal. — 2012. — Vol. 336, no. 6089. — P. 1645—1646. — doi:10.1126/science.1224439. — PMID 22745408.
  6. ↑ Blattner, F. R.; Plunkett g, G.; Bloch, C. A.; Perna, N. T.; Burland, V.; Riley, M.; Collado-Vides, J.; Glasner, J. D.; Rode, C. K.; Mayhew, G. F.; Gregor, J.; Davis, N. W.; Kirkpatrick, H. A.; Goeden, M. A.; Rose, D. J.; Mau, B.; Shao, Y. The Complete Genome Sequence of Escherichia coli K-12 (англ.) // Science : journal. — 1997. — Vol. 277, no. 5331. — P. 1453—1462. — doi:10.1126/science.277.5331.1453. — PMID 9278503.
  7. ↑ Farabaugh, P. J. Sequence of a 1.26-kb DNA fragment containing the structural gene for E.coli initiation factor IF3: Presence of an AUU initiator codon (англ.) // The EMBO journal : journal. — 1982. — Vol. 1, no. 3. — P. 311—315. — PMID 6325158. — PMC 553041.
  8. ↑ Missiakas, D.; Georgopoulos, C.; Raina, S. The Escherichia coli heat shock gene htpY: Mutational analysis, cloning, sequencing, and transcriptional regulation (англ.) // Journal of Bacteriology[англ.] : journal. — 1993. — Vol. 175, no. 9. — P. 2613—2624. — PMID 8478327. — PMC 204563.
  9. ↑ E.coli lactose operon with lacI, lacZ, lacY and lacA genes GenBank: J01636.1. Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 23 июня 2020 года.
  10. ↑ Farabaugh P. J. Sequence of the lacI gene (англ.) // Nature. — 1978. — Vol. 274, no. 5673. — P. 765—769. — doi:10.1038/274765a0. — PMID 355891.
  11. ↑ NCBI Sequence Viewer v2.0
  12. ↑ Nakamoto T. Evolution and the universality of the mechanism of initiation of protein synthesis. (англ.) // Gene. — 2009. — 1 March (vol. 432, no. 1-2). — P. 1—6. — doi:10.1016/j.gene.2008.11.001. — PMID 19056476. [исправить]
  13. ↑ Elzanowski A., Ostell J. The Genetic Codes. NCBI. Дата обращения: 3 июня 2023.

Литература

  • Спирин А. С. Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка. — Москва: Академия, 2011. — 512 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-7695-6668-4.