分子生物学：第十一章 遗传密码

1、第十一章第十一章遗传密码遗传密码DNA(基因基因)ATCGACGTT转录转录UAGCUGCAAmRNA遗传密码遗传密码tRNA核糖体核糖体(rRNA)产物产物翻译翻译多肽多肽Protein化学修饰化学修饰水解切割水解切割蛋白质折叠蛋白质折叠内含肽切除内含肽切除通常人们将通常人们将mRNA上的核苷酸顺序与蛋白质中的上的核苷酸顺序与蛋白质中的氨基酸顺序的氨基酸顺序的对应关系对应关系称为称为遗传密码遗传密码（genetic code)。遗传密码：遗传密码： 基基 因：包含因：包含4种碱基；种碱基；蛋白质：蛋白质： 包含包含20种氨基酸；种氨基酸；碱基碱基氨基酸，是什么关系？氨基酸，是什么关系？适应体

2、假说适应体假说RNA TIE CLUB - Do or die, or dont try1954年，年，物理学家物理学家George Gamov 推断：推断： 1个碱基决定一种氨基酸，只有个碱基决定一种氨基酸，只有4种；种； 2个碱基决定一种氨基酸，有个碱基决定一种氨基酸，有42=16种；种； 3个碱基决定一种氨基酸，有个碱基决定一种氨基酸，有43=64种；种； 不可能是不可能是4个及以上的关系了个及以上的关系了1961年，年，Brenner和和Grick首先首先肯定了三个核苷酸的推理肯定了三个核苷酸的推理 1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成

3、的poly 开创了开创了破译遗传密码的先河。破译遗传密码的先河。Nirenberg and Johann H. Matthaei, 1961, 莫斯科莫斯科这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙是苯丙氨酸的密码子。氨酸的密码子。分别加入分别加入polyA，polyC 和和polyG 结果相应地获得了多聚赖氨酸，结果相应地获得了多聚赖氨酸，多聚脯氨酸和多聚甘氨酸。多聚脯氨酸和多聚甘氨酸。五五. .三联体结合实验三联体结合实验 1964年Nirenberg又采用三联体结合实验 (1) tRNA和氨基酸及三联体的结合是特异的； (2)

4、 上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过的。 A C A U G U A G A Ser A C A Thr A G A A C A A C A U G U Ser Thr NC Ser U C U U C U U G U U C U A G A Thr U C U U G U A G A Thr Ser NC Thr 图 14-3 三联体结合实验。(上)输入翻译系统的 RNA 和标记的氨基酸(以灰色表示)不符。(下) 输入翻译系统的 RNA 和标记的氨基酸(以灰色表示)相符。利用重复共聚物破译密码利用重复共聚物破译密码Khorara 采用了有

5、机合成一条短的单链采用了有机合成一条短的单链DNA重复顺序，重复顺序， 然后用然后用DNA pol 1合成其互补链，合成其互补链， 再用再用RNA pol及不同的底物合成两条重复的及不同的底物合成两条重复的RNA共聚物，作共聚物，作为翻译的为翻译的mRNA ，加入到体外表达系统中，加入到体外表达系统中，表 14-1 用二个或三个、四个核苷酸构造重复共聚体来确 定密码子重复顺序可组成的三联密码多肽的氨基酸组成(UC)nUCU-CUCSer-Leu(UUC)n(UUC); (UCU); (CUU)poly Phe, poly Ser,poly Leu(UUAC)n(UUA-CUU-ACU-UAC)

6、Leu-Leu-Thr-Tye 5T A C T A C T A C T A C3 3 AT G A T G A T G A T G 5 RNA Pol +GTP +CTP +UTP +UTP +ATP +ATP 5 GUAGUAGUAGUA 3 5UACUACUACUAC 3图 14-4 重复共聚体 RNA 的合成途径。(仿 Watson,J.D.et alMolecular Biology of the Gene4th Ed.1987,Fig.15.4)1. 三联体密码三联体密码 (triplet codon)三联体密码三联体密码是是mRNA 上连续排列的三个核苷酸序列，上连续排列的三个核

7、苷酸序列，并编码一个氨基酸信息的遗传单位并编码一个氨基酸信息的遗传单位。密码子具有通用性与保守性（线粒体除外）密码子具有通用性与保守性（线粒体除外）在一个基因序列中，密码子具有不重叠性和无标点性在一个基因序列中，密码子具有不重叠性和无标点性2. 密码子的特征密码子的特征1) 简并性简并性：同一氨基酸有两组或更多密码子的现象。同一氨基酸有两组或更多密码子的现象。同义密码子同义密码子指编码同一种氨基酸的密码子指编码同一种氨基酸的密码子。密码子在所有生物中都通用密码子在所有生物中都通用 (但在线粒体中存在例外但在线粒体中存在例外) 。2) 通用性通用性:3) 无标点符号无标点符号4) 遗传密码是不重

8、叠的遗传密码是不重叠的 ACCGACUCA ACCGACUCA 3. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon )1) 表现表现:一种氨基酸受一种氨基酸受2个以上密码子编码的现象个以上密码子编码的现象编码一种氨基酸的几个密码子间编码一种氨基酸的几个密码子间, 仅第三位核苷酸不同，仅第三位核苷酸不同，称为密码子家族（称为密码子家族（codon family）。）。 20种氨基酸中有种氨基酸中有18种（除蛋氨酸和色氨酸外）由种（除蛋氨酸和色氨酸外）由2个或个或2个以上的密码子编码。个以上的密码子编码。2) 简并机制简并机制 同工受体同工受体 : 负载同一氨基酸，但

9、识别不同密码子的负载同一氨基酸，但识别不同密码子的tRNAmRNA 5-CGU-CGC-CGA-CGG-AGA-AGG-3GCG GCU UCU353535A A AtRNA 摇摆假说摇摆假说:密码子的第三位核苷酸和密码子的第三位核苷酸和tRNA反密码子的第一位反密码子的第一位核苷酸在一定范围内可选择配对。核苷酸在一定范围内可选择配对。4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon ) tRNA反密码子碱基被修饰反密码子碱基被修饰Xo5U (5-羟基尿苷羟基尿苷)Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲

10、基尿苷)Xm5s2U (5-甲基甲基-2硫代尿苷硫代尿苷)K2C (2-赖氨酸胞苷赖氨酸胞苷)Com5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)I (Inosine次黄嘌呤次黄嘌呤)m7G (7-甲基尿苷甲基尿苷)m5C (5-甲基胞苷甲基胞苷)m6A (6-甲基腺苷甲基腺苷)s2C (2-硫代胞苷硫代胞苷) ( (假尿苷假尿苷) )Um (2-O-甲基尿苷甲基尿苷)Q (Queuosine)2) 简并机制简并机制4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon)tRNA123根据摆动假说，在密码子与反密码子根据摆动假说，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵

11、守碱基配对的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，因而使某些可以摆动，因而使某些tRNA可以识别可以识别1个以上的密码子。个以上的密码子。一个一个tRNA究竟能识别多少个密码子，究竟能识别多少个密码子，是由反密码子的第一位碱基的性质决是由反密码子的第一位碱基的性质决定的：反密码子第一位为定的：反密码子第一位为A或或C时只能时只能识别识别1种密码子种密码子；为为G或或U时可以识别时可以识别两种密码子，为两种密码子，为I (次黄嘌呤次黄嘌呤)时可识别时可识别3种密码子。种密码子。原核生物中大约有原核生物中大约有3045种种tRNA，真，真核细胞中可能存在核细胞中可能存在50种种tRNA.2) 简并机制简并机制 tRNA中被修饰的核苷酸的配对能力中被修饰的核苷酸的配对能力Com5U A, G, UCmnm5U A, GmCm5U A, GUm A, GXm5S2U AQ U, C I U, C, A2) 简并机制简并机制4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon) tRNA中，反密码子碱基被修饰的意义主要是：中，反密码子碱基被修