链终止密码子

链终止密码子（Stop Codon / Termination Codon） 是mRNA上不编码任何氨基酸的3核苷酸序列，作为蛋白质合成的终止信号，使核糖体释放新生肽链。以下是其详细解析：

一、三种终止密码子及特性

命名趣闻：Amber（琥珀）源自发现者Calvin Bridges好友Harris Bernstein的姓氏德文意译；Ochre（赭石）、Opal（蛋白石）延续颜色命名传统。

二、终止机制：释放因子介导的肽链释放

1. 真核生物（eRF1/eRF3）：

   • eRF1：识别所有三种终止密码子，模拟tRNA结构。

   • eRF3（GTP酶）：促进eRF1与核糖体A位点结合，激活肽酰转移酶活性。

2. 原核生物（RF1/RF2）：

   • RF1：识别UAA/UAG

   • RF2：识别UAA/UGA

   • RF3：辅助RF1/RF2释放

关键步骤：释放因子结合→ 肽酰转移酶水解肽链-tRNA酯键→ 新生蛋白质释放。

三、生物学意义

1. 精确控制蛋白长度：

   • 防止产生过长错误蛋白（如UAG突变为CAG导致延伸出谷氨酰胺）。

2. 开放阅读框（ORF）界定：

   • 起始密码子（AUG）至终止密码子之间的序列为有效编码区。

3. 基因表达调控：

   • 终止密码子位置影响mRNA稳定性（无义介导的mRNA降解，NMD）。

四、特殊现象与人工应用

1. 通读（Readthrough）

• 机制：突变或特殊tRNA使终止密码子被编码氨基酸的tRNA识别。

• 自然案例：

  • 逆转录病毒（如HIV）利用UAG通读合成Gag-Pol融合蛋白。

  • 某些细胞mRNA的UGA通读产生硒代半胱氨酸（含硒酶必需）。

• 应用：设计通读系统生产双功能蛋白。

2. 无义突变（Nonsense Mutation）

• 相关疾病：

• • 囊性纤维化（CFTR基因UGA突变）

  • 杜氏肌营养不良（Dystrophin基因UAA突变）

3. 基因治疗策略

• 抑制性tRNA（sup-tRNA）：
  工程化tRNA识别终止密码子并插入特定氨基酸，恢复全长蛋白表达（临床试验中）。

• PTC124（Ataluren）：
  小分子药物促进UGA通读，治疗无义突变型囊性纤维化/肌营养不良。

五、终止密码子与起始密码子的协同

• Kozak序列：真核mRNA起始密码子周边序列（GCCRCCAUGG）优化翻译效率，而终止密码子下游的3'UTR结构影响终止效率。

• 再起始（Reinitiation）：少数mRNA在终止密码子下游重新起始翻译（如病毒多顺反子mRNA）。

六、进化视角

• 起源：终止密码子可能源于原始RNA世界的简并编码，逐步固定为终止信号。

• 保守性：UAA/UAG/UGA在几乎所有生物中通用，证明其核心地位。

总结：链终止密码子是遗传密码的“句号”，其精准识别保障了蛋白质合成的保真度。理解其机制对解读基因突变致病性、开发基因治疗药物（如通读疗法）及合成生物学设计有重要意义！
关键点速记：

• 三个密码：UAA（Ochre）、UAG（Amber）、UGA（Opal）

• 一个核心：释放因子介导肽链水解

• 两类应用：通读蛋白工程 + 无义突变治疗