Кіріспе

Белокты кодтау тізбегінің соңына нүке табатын кодон. Молекулалық биологияда тоқтату кодоны (немесе терминация кодоны) – ағымдағы белоктың аударма процесін аяқтау сигналын беретін кодон (мессенджер РНК-ның ішіндегі нуклеотидтік триплет). Мессенджер РНК-дағы көптеген кодондар аминқышқылының өсіп келе жатқан полипептидтік тізбегіне қосылуына сәйкес келеді, ол әрі қарай белокқа айналуы мүмкін; тоқтату кодондары босату факторларымен байланысып, осы процестің аяқталуын қамтамасыз етеді, нәтижесінде рибосоманың кіші бөлімшелері ажырасып, аминқышқылы тізбегі босатылады. Бастау кодондары аударманы бастау үшін жақын орналасқан тізбектер немесе бастау факторларын қажет етеді, ал тоқтату кодоны ғана процесті тоқтату үшін жеткілікті.

Аударма

1986 жылы селеноцистеиннің (Sec) котрансляциялық түрде енгізілетініне нақты дәлелдер келтірілді. Сонымен қатар, оның полипептидтік тізбеге енуін ішінара бағыттайтын кодон UGA екені анықталды, ол сонымен қатар опал тоқтату кодоны деп те аталады. Прокариоттар мен эукариоттарда осы кодонның тоқтату функциясын күштен басып тастаудың әртүрлі механизмдері анықталды. Бұл екі әлемнің арасындағы ерекшелік - цис элементтері прокариоттарда UAG кодонының жанында ғана кездеседі, ал эукариоттарда мұндай шектеу жоқ. Керісінше, мұндай орындар тыйым салынбаса да, қолайсыз болып көрінеді. 2003 жылы маңызды зерттемеде адамдардағы барлық белгілі селенопротеиндер анықталды: барлығы 25. Басқа организмдер үшін де ұқсас талдаулар жасалды. UAG кодоны да сол сияқты пирролизинге (Pyl) айналуы мүмкін.

Геномдық таралу

Тоқтату кодондарының организм геномындағы таралуы кездейсоқ емес және GC мазмұнымен байланысты болуы мүмкін. Мысалы, E. coli K 12 геномында 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) және 326 TAG (8%) тоқтату кодоны бар (GC мазмұны 50,8%). Сонымен қатар, тоқтату кодондары үшін босату факторы 1 немесе босату факторы 2 субстраттары тоқтату кодондарының жиілігімен тығыз байланысты.

Тану

Бактериялардағы тоқтату кодондарын тану, RF1 (PxT) және RF2 (SPF) факторларындағы жоғары сақталған аминқышқыл мотиві – «трипептидтік антикодон» деп аталатын құбылыспен байланысты. Бұл құрылымдық зерттеулермен дәлелденгенімен, трипептидтік антикодон гипотезасының күрделілікті жоғалтқандығы көрсетілді.

Номенклатура

Тоқтату кодондары бұрын көптеген әртүрлі атаулармен белгіленген, себебі олардың әрқайсысы бір-біріне ұқсас әрекет ететін, ерекше мутанттар класына сәйкес келді. Осы мутанттар алғаш рет бактериофагтардан (T4 және ламбда) – Escherichia coli бактериясын қоздыратын вирустардан бөліп алынды. Вирустық гендердегі мутациялар олардың жұқтыру қабілетін әлсіретіп, кейде тек E. coli-дің белгілі бір түрлерінде ғана жұқтыра алатын және өсе алатын вирустарды құрады.

"Күректің" (UAG) мутациялары

Олар Ричард Х. Эпштейн мен Чарльз Штайнберг ашқан және оқшаулаған, ал олардың досы және Калтех аспиранты Харрис Бернштейннің құрметіне аталған, оның тегі неміс тілінде "күміс" дегенді білдіреді (қ. Бернштейн). Күміс мутациясы бар вирустар белгілі бір бактерия штамдарын ғана жұқтыра алады, олар күміс супрессорлары деп аталады. Бұл бактериялар өздерінің мутациялары арқасында мутантты вирустардың функциясын қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Мысалы, күміс тоқтату кодонын танитын тРНК-дағы мутация кодонды "өткізіп оқуға" және толық ұзындықтағы белокты жасауға мүмкіндік береді, соның арқасында белоктың қалыпты түрі қалпына келіп, күміс мутациясы "басылады". Осылайша, күміс мутанттары – күміс супрессорлық мутациялары бар бактерияларда өсе алатын вирус мутанттарының толық класы. Окра және опал тоқтату кодондары үшін де ұқсас супрессорлар белгілі. Бактериялық РНК-дағы күміс тоқтату кодонын тану үшін табиғи емес аминқышқылдарды тасымалдайтын тРНК молекулалары жасалған. Бұл технология мақсатты белоктың белгілі бір жерлеріне ортогональды аминқышқылдарды (мысалы, p-азидофенилаланин) енгізуге мүмкіндік береді.

Окрейлік мутациялар (UAA)

Бұл ашылған екінші тоқтату кодоны мутациясы болды. Көбінесе янтарь түсімен байланысты сары-қоңыр түске ұқсас, бұл екінші тоқтату кодоны "охр" деп аталды – қызғылт сары қоңыр минералдық пигмент.

Опал немесе амбер (UGA) мутациялары

Стандартты генетикалық кодтағы үшінші және соңғы тоқтау кодоны көп ұзамай ашылды және "UGA" нуклеотидтік үштігімен сәйкес келеді. Түсті минералдар тақырыбымен байланысты, үшінші мағынасыз кодон "опал" деп аталды, бұл әртүрлі түстерді көрсететін кремнийдің бір түрі. Көз аурулары және нейробиологиялық бұзылыстар.

Жасырын аялдамалар

Жасырын тоқтатулар – бұл тоқтату кодондары, егер олар +1 немесе -1 қадамға ығыстырылса, тоқтату кодондары ретінде оқылған болар еді. Сәйкес қадам ығыстыру (мысалы, рибосомалық РНК сығақтарының нәтижесінде) жасырын тоқтатудан бұрын болса, бұл трансляцияны мерзімінен бұрын тоқтатады. Бұл функционалды емес ақуыздарға жұмсалатын ресурстардың ысырабын және потенциалды цитотоксиндердің өндірілуін азайтады деп болжанады. Луизиана штаты университетінің зерттеушілері жасырын тоқтатулар таңдауға ұшырайды деген сенімді ұсынады – «құрсау гипотезасы». Жасырын тоқтатуларды құрайтын кодондар геномдарда, бірдей аминқышқылы үшін кодтайтын синонимді кодондармен салыстырғанда жиірек кездеседі. Организмдегі тұрақсыз рРНК жасырын тоқтатулардың жиілігімен байланысты. Дегенмен, бұл гипотезаны үлкен деректер жиынтығымен растау мүмкін болмады. Тоқтату кодондары мен жасырын тоқтатулар бірге тоқтату сигналдары деп аталады. Мемфис университетінің зерттеушілері гендік байланыстағы бактериялардың геномдарындағы үш оқу фрейміндегі тоқтату сигналдарының қатынасы (трансляциялық тоқтату сигналдары қатынасы немесе ТССР) гендік мазмұнындағы айтарлықтай айырмашылықтарға қарамастан, ұқсас екенін анықтады. Генетикалық байланыстағы бактериялардың геномдық ТССР мәнінің шамалы айырмашылықтары бактерия геномының кеңеюі олардың ерекше тоқтату сигналдарымен шектелуі мүмкін екенін көрсетеді.

Трансляциялық оқу

Тоқтату кодонының жойылмауы немесе трансляциялық оқу, трансляция кезінде тоқтату кодонының мағыналы кодон ретінде қабылдануымен жүзеге асады, яғни (стандартты) аминқышқылы тоқтату кодоны арқылы "кодталады". Мутацияланған тРНК-лар оқуға себеп болуы мүмкін, сондай-ақ тоқтату кодонының жанындағы белгілі бір нуклеотидтік мотивтер де себепші болуы мүмкін. Трансляциялық оқу вирустар мен бактерияларда кең таралған, сонымен қатар адамдарда, ашытқыларда, бактерияларда және дрозофилаларда гендік реттеу механизмі ретінде кездеседі. Бұл түрдегі эндогендік трансляциялық оқу генетикалық кодтың өзгеруін білдіреді, себебі тоқтату кодоны аминқышқылын кодтайды. Адамның малат дегидрогеназасының жағдайында тоқтату кодоны шамамен 4% жиілікпен оқылады. Тоқтату кодонына енгізілген аминқышқылы тоқтату кодонының типіне байланысты: Gln, Tyr және Lys UAA және UAG кодондары үшін, ал Cys, Trp және Arg UGA кодоны үшін массалық спектрометрия арқылы анықталды. Сүтқоректілердегі оқу деңгейі әртүрлі болуы мүмкін, бұл протеомды кеңейтіп, қатерлі ісіктің дамуына әсер етуі мүмкін.

Су белгісі ретінде пайдалану

2010 жылы Крейг Вентер синтетикалық ДНҚ-мен басқарылатын, толыққанды жұмыс істейтін және көбейетін алғашқы жасушаны таныстырғанда, оның командасы РНК мен ДНҚ-да нәтижелердің шынымен синтетикалық екенін (және ластанбаған немесе өзгеше емес) растау үшін жиі тоқтату кодондарын қолданып, су таңбаларын қалай жасағанын айтты. Олар авторлардың есімдері мен веб-сайт мекенжайларын кодтау үшін де пайдаланды.