第15章遗传密码 ppt课件

1、第第15章：遗传密码章：遗传密码 Genetic code遗传密码：遗传密码： mRNA上由三个延续的核苷酸决议上由三个延续的核苷酸决议一个氨基酸的组合一个氨基酸的组合 ，称遗传密码、密码子或三，称遗传密码、密码子或三联体密码联体密码triplet code 。A group of three adjacent nucleotides on the mRNA encode a specify amino acid .1、遗传密码的破译、遗传密码的破译RNA: UUAAGCAGC？DNA: AATTCGTCGprotein：How the 4 bases specified in nucleic

2、 acid the 20 amino acid in protein？43=6420 ()42=1620 ()mRNA 5AUCGACCUGAGC3mRNA 5AUCGACCUGAGC3多肽多肽 N Phe-Phe-Phe-Phe C mRNA 5UUUUUUUUUUUU 31.1 数学推算：三联体密码数学推算：三联体密码3AUCGACCUGAGC420 ()mRNA 5 In 1954，Gamov speculate genetic code is triplet codonThe evidence showed that the genetic code was triplet, nono

3、verlapping and unpunctuated。1.2. 插入与删除实验插入与删除实验Nature on December 30, 1961Crick体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立RNA的合成的合成均聚均聚RNA随机共聚随机共聚RNA反复序列组成的多聚体反复序列组成的多聚体三核苷酸三核苷酸RNA三核苷酸三核苷酸核糖体核糖体aa-tRNA复合体复合体1.3 遗传密码的破译遗传密码的破译体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立Paul Zamecnik In vitro Poly(U) poly(Phe) peptide Poly(C) poly(Pro) peptide Poly(A)

4、 poly(Lys) peptide Poly(G) ?均聚均聚 RNA体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立 RNA的合成的合成Marshall Nirenberg (1961)What Mad Pursuit !complex secondary structurepolynucleotide phosphorylase ： 多核苷酸磷酸酶多核苷酸磷酸酶requires no template and makes polymers using NDP.随机共聚随机共聚 RNA 体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立ButSer/Leu ? UCU/CUC poly(UCUCUC)poly(Se

5、r-Leu-Ser-Leu)CODON FREQUENCY RELATIVE FREQUENCY AAA 0.579 100 AAC 0.116 20 ACA 0.116 20 CAA 0.116 20 ACC 0.023 4 CAC 0.023 4 CCA 0.023 4 CCC 0.00463 1ADP and CDP are used in a 5:1 ratioIt is possible to determine the composition of the codon!But the precise sequence of the triplet codon is not dete

6、rmined ?That required the chemical synthesis of short oligonucleotides with defined sequences !反复序列组成的多聚体反复序列组成的多聚体Gobind KhoranaTwo base-repeating sequenceThree base-repeating sequenceM. Nirenberg & P. Leder (1964. Science 145;9)tRNAaatrinucleotideRibosomeNitrocellulose filtertrinucleotideSer-C

7、14, Leu, Lys, Arg,Ser, Leu-C14, Lys, Arg,Ser, Leu, Lys-C14, Arg, In vitroNirenberg and Phil Leder showed that aminoacylated tRNAs could be bound to ribosomes if the ribosomes contained trinucleotides acting as mRNA.三核苷酸三核苷酸核糖体核糖体aa-tRNA复合体复合体Ser-C14. Leu-C14 . Lys-C14 . Gly-C14 . In 1966, 61 codon s

8、pecified 20 amino acids，and 3 stop codon20 reactions in parallel. Each had 19 nonradioactive amino acid and 1 radioactive amino acid.The cracking of the genetic code is regarded as one of the most important scientific discoveries of the twentieth century1968H. Gobind Khorana(46y)How to synthesize tr

9、iplet RNAMarshall Nirenberg(41y)Genetic codenRobert Holley(46y)tRNAphe cloverleaf structure2、遗传密码的特点、遗传密码的特点 遗传密码是三联体的遗传密码是三联体的,无标点无标点,不重叠的不重叠的 遗传密码的简并性遗传密码的简并性 密码子与密码子与 反密码子反向配对反密码子反向配对 密码子的摆动性密码子的摆动性 密码子的近乎通用性密码子的近乎通用性. 密码子饿近乎专职性密码子饿近乎专职性. 起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子 密码子是三联体的，且是无标点的、不密码子是三联体的，且是无标点的、不重

10、叠的重叠的无标点性是指两个密码子之间没有任何核苷酸隔开；无标点性是指两个密码子之间没有任何核苷酸隔开；不重叠性是指每三个核苷酸编码一个氨基酸，核苷酸不反复运用不重叠性是指每三个核苷酸编码一个氨基酸，核苷酸不反复运用三联体密码以线性的方式被阅读，中间不存在重叠三联体密码以线性的方式被阅读，中间不存在重叠overlapping和停顿和停顿punctuation即使在重叠基因中，各个即使在重叠基因中，各个ORF仍按三联体方式延续读码仍按三联体方式延续读码 密码子的简并性密码子的简并性.简并性简并性Degeneracy1个氨基酸有多个密个氨基酸有多个密码子或多个密码子为码子或多个密码子为1个氨基酸编码

11、的景象。个氨基酸编码的景象。 同义密码子同义密码子synonymous codons编码同编码同一种氨基酸的密码子称同义密码子。一种氨基酸的密码子称同义密码子。同义密码子不是随机陈列的，通常只是第三位的碱同义密码子不是随机陈列的，通常只是第三位的碱基不同。基不同。20种氨基酸中，种氨基酸中，18种除蛋氨酸种除蛋氨酸Met、色氨酸、色氨酸Trp 均有一个以上的密码子。均有一个以上的密码子。l密码子简并性的生物学意义？密码子简并性的生物学意义？减少有害突变减少有害突变增大增大DNADNA上碱基组成的变动上碱基组成的变动添加生物物种的稳定性添加生物物种的稳定性 Tyr 5 Tyr 5 AUG 3 A

12、UG 3mRNA)mRNA) tRNATyr tRNATyr反密码反密码 3 3 GAU 5 GAU 5 应读应读5 5 3 3，书写应为，书写应为UAGUAG密码子与密码子与 反密码子反向配对反密码子反向配对l变偶性：密码子的第三位碱基比前二个碱基具有较小的专变偶性：密码子的第三位碱基比前二个碱基具有较小的专注性；密码子在与反密码子配对时，前面两对碱基严厉按注性；密码子在与反密码子配对时，前面两对碱基严厉按碱基配对原那么，而第三对碱基允许有一定的自在度。密碱基配对原那么，而第三对碱基允许有一定的自在度。密码子的这一特性称为摆动性或变偶性。码子的这一特性称为摆动性或变偶性。密码子的变偶性密码子

13、的变偶性wobble The wobble base permits rapid dissociation of the tRNA from The wobble base permits rapid dissociation of the tRNA from its codon during protein synthesis.its codon during protein synthesis.The first base of the tRNA anticodonThe third base of the mRNA codonCGAUUA 或或 GGC 或或 UIU、C或或A Wobbl

14、e hypothesis by Crick 密码子的前两位碱基同反密码子的后两位碱密码子的前两位碱基同反密码子的后两位碱基间构成强基间构成强Watson-Crick 配对，并决议编码的配对，并决议编码的特异性特异性 反密码子的第一位碱基决议了能与其识别的反密码子的第一位碱基决议了能与其识别的密码子数目。密码子数目。 前两位碱基不同的简并密码子需求不同的前两位碱基不同的简并密码子需求不同的 tRNA分子来识别分子来识别.翻译翻译61种密码子最少需求种密码子最少需求 种不同的种不同的tRNA需求的最少需求的最少tRNA为为?32 tRNA are required to translateall

15、61 codons32 tRNA are required to translate all 61 codons 密码子的近乎通用性密码子的近乎通用性 通用性和变异性通用性和变异性密码子近乎专职性密码子近乎专职性. No codon specifies more than one amino acid .The exceptions are AUG, UGA and UAG. AUG (start codon and middle Met);UGA ( selenocysteine硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸21aa and stop codon UAG (pyrrolysine吡咯赖氨酸吡咯赖氨酸22aa and stop c