高中生物4.3遗传密码的破译课件集合必修2补充4.3遗传密码的破译.pptVIP

第三节遗传密码的破译 第一套密码子的诞生 1954年 物理学家georgegamov根据在dna中存在四种核苷酸 在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系 做出如下数学推理 如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码 只能决定四种氨基酸 41 4 如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码 可决定16种氨基酸 42 16 上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸 显然是不可能的 那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的 可编64种氨基酸 43 64 若四个核苷酸编码一个氨基酸 可编码256种氨基酸 44 256 以此类推 gamov认为只有43 64这种关系是理想的 因为在有四种核苷酸条件下 64是能满足于20种氨基酸编码的最小数 而44 256以上 虽能保证20种氨基酸编码 但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原则 因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的 1961年 brenner和grick根据dna链与蛋白质链的共线性 colinearity 首先肯定了三个核苷酸的推理 随后的实验研究证明上述假想是正确的 破译密码的研究先后由三个实验逐步发展了四种破译方法 于1965年完成 1 在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的poly 开创了破译遗传密码的先河 1961年 美国nih的nirenberg和mathaei 设想 即然mrna有刺激无细胞系统中的蛋白质合成作用 加入人工合成的多聚核苷酸亦将会有这种促进作用 按此设想 他们合成了polyu作为模板 以观察无细胞系统中蛋白质合成速率 结果出乎意料 合成的肽链中的氨基酸残基全部是苯丙氨酸 即polyphe 于是第一次确认了uuu是phe的密码子 这样 就在一个偶然的机会开创了破译密码的工作 随后 他们又以polya和polyc为模板 证明了分别可指导合成polylys和polypro 即确定了aaa是lys的密码子 ccc是pro的密码子 但是类似的实验不能证明ggg是何种氨基酸的密码子 因为polyg产生牢固的氢键结合 形成三股螺旋 而不与核糖体结合 2 混合共聚物 mixedcopolymers 实验对密码子中碱基组成的测定 1963年 speyer和ochoa等发展了用两个碱基的共聚物破译密码的方法 例如 以a和c原料 合成polyac polyac含有8种不同的密码子 ccc cca caa aaa aac acc aca和cac 各种密码子占的比例随着a和c的不同而不同 实验显示ac共聚物作模板翻译出的肽链由六种氨基酸组成 它们是asp his thr pro 和lys 其中pro和lys的密码子早先已证明分别是ccc和aaa 根据共聚物成份不同的比例和翻译产物中氨基酸比例亦不同的关系 speyer等确定了asp glu和thr的密码子含2alc his的密码子含1a2c thr的密码子也可以含1a2c pro为3c或1a2c lys为3a 但上述方法不能确定a和c的排列方式 而只能显示密码子中碱基组成及组成比例 3 aa trna与确定的三核苷酸序列 密码子 结合 nirenberg和leder于1964年建立了破译密码的新方法 即trna与确定密码子结合实验 该方法利用了如下事实 在缺乏蛋白质合成所需的因子的条件下 特异氨基酸 trna aa trna 也能与核糖体 mrna复合物结合 最重要的是这种结合并不一定需要长的mrna分子 而三核苷酸实际上就可以与核糖体结合 例如 当polyu与核糖体混合时 仅有phe trna 苯丙氨酰 trna 与之结合 相应地pro trna 脯氨酰 trna 特异地与polyc结合 还有guu可促进val trna 缬氨酰 trna 结合 uug促进leu trna 亮氨酰 trna 结合等 虽然所有64个三核苷酸 密码子 都可按设想的序列合成 但并不是全部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合并不象uuu或guu等那样有效 以致不能确定它们是否能为特异的氨基酸编码 4 用重复共聚物 repeatingcopolymers 破译密码 nishimura jones 和khorana等人应用有机化学和酶学技术 制备了已知的核苷酸重复序列 蛋白质在核糖体上的合成可以在这些有规律的共聚物的任一点开始 并把特异的氨基酸参入肽链 使用共聚物构成三核苷酸为单位的重复顺序 如 aag n 它可合成三种类型的多肽 polylys polyarg和polyglu 即aag是lys的密码子 aga是arg的密码子 gaa是glu的密码子 又如 auc n序列是polyile polyser和polyhis的模板 如此至1965年破译了所有氨基酸的密码子 第二套密码子的破译 第二套密码系统的实验证据 trna分子上某些 个 碱基对能决定trna的特异性 1984年 prather等发现突变的赖氨酸trna trnalys 不仅保留对lys的特异性 而且也能携带丙氨酸 ala 或甘氨酸 gly 这个突变的误义抑制子trnalys是在氨基酸接受柄螺旋区的g3c70被g3u70碱基对所取代 更为直接的证据是