翻译 mrna

(1) 三叶草型的二维结构
各种tRNA均含有 均含有70~80个碱基，其中 个碱基是恒定的。 个碱基， 个碱基是恒定的。 各种 均含有 个碱基 其中22个碱基是恒定的 5’ 端 和 3’ 端 配 对 （ 常 为 7bp ） 形 成 茎 区 ， 称 为 受 体 臂 端永远是4个碱基 （acceptor arm）或称氨基酸臂 。在3’端永远是 个碱基 ）或称氨基酸臂 端永远是 （ XCCA） 的单链区 ， 在其末端有 ） 的单链区， 在其末端有2’-OH或 3’-OH， 是被 或 ， 氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。 氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。 Tψ常由 常由5bp的茎和 的茎和7Nt和环组成 。 此臂负责和核糖体上 和环组成。 常由 的茎和 和环组成 识别结合； 的rRNA 识别结合； 反密码子臂(anticodon arm)常由 常由5bp的茎区和 的茎区和7Nt的环区组 反密码子臂 常由 的茎区和 的环区组 它负责对密码子的识别与配对。 成，它负责对密码子的识别与配对。 D环 (D arm)的茎区长度常为 的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。 双氢尿嘧啶环。 环 的茎区长度常为 ，也称双氢尿嘧啶环 负责和氨基酰tRNA聚合酶结合 聚合酶结合; 负责和氨基酰 聚合酶结合 额外环(extra arm)可变性大，从4 Nt到21 Nt不等，其功 可变性大， 不等， 额外环 可变性大 到 不等 能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－ 型三维结构中负责连接两个区域（ 环 能是在 的 型三维结构中负责连接两个区域 反密码子环和TψC-受体臂）。 受体臂） 反密码子环和 受体臂
4.1.1.4 无细胞系统的建立 1961年Nirenberg建立了无细胞系统 年 建立了无细胞系统 这一新技术又是在多核苷酸磷酸化酶发现的 基础上建立起来的。 基础上建立起来的。 1955 S.Ocha在细菌中分离了多核苷酸磷酸化 在细菌中分离了多核苷酸磷酸化 在细菌中分离了 酶（polynucleotide phosphorylase）,它催化核 ） 它催化核 核苷二磷酸的聚合。 糖 核苷二磷酸的聚合。 它不需要任何DNA模板就可合成。 模板就可合成。 它不需要任何 模板就可合成
4.1.1.5 三联体结合实验 1964年Nirenberg又采 年 又采 用三联体结合实验： 用三联体结合实验： (1) tRNA和氨基酸及 和氨基酸及 三联体的结合是特异的； 三联体的结合是特异的； (2) 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， 纤维滤膜的微孔，而 tRNA- 氨基酸的复合体 是可以通过的。 是可以通过的。
4.1.1.6 利用重复共聚物破译密码 Khorara 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DNA pol 1合成其互补链； 合成其互补链； 然后用 合成其互补链 再用RNA pol及不同的底物合成两条重复的 再用 及不同的底物合成两条重复的 RNA共聚物（见下图），作为翻译的 共聚物（ ），作为翻译的 共聚物 见下图），作为翻译的mRNA ， 加入到体外表达系统中。 加入到体外表达系统中。 Nirenberg和 Khorara二人在破译遗传密码研 和 二人在破译遗传密码研 究中的卓越贡献，他们二人共同获得了1968年 究中的卓越贡献，他们二人共同获得了 年 的诺贝尔化学奖。 的诺贝尔化学奖。
4.1.2.2 遗传密码在纤毛虫和线粒体中的改变
4.1.2.3 遗传密码的特点 (1) 遗传密码是三联体密码。 遗传密码是三联体密码。 三联体密码 (2)遗传密码无逗号。 遗传密码无逗号 遗传密码无逗号。 (3)遗传密码是不重迭的。 遗传密码是不重迭 遗传密码是不重迭的 (4)遗传密码具有通用性。 遗传密码具有通用性。 遗传密码具有通用性 (5)遗传密码具有简并性(degeneracy (synonyms)。 遗传密码具有简并性 遗传密码具有简并性 。 (6) 密码子有起始密码子和终止密码子。 密码子有起始密码子 终止密码子。 起始密码子和 (7) 反密码子中的“摆动”（wobble） 反密码子中的“摆动” ）
表示第三个碱基摆动的模式
在八成员组成的密码子家族 八成员组成的密码子家族 中，每个成员的四个密码子意 思相同，那么第三个碱基U 思相同，那么第三个碱基U、C、 A、G对氨基酸起不到特异的作 用。在七个成员组成的密码子 的意思相同。 的意思相同。第三个碱基都是 Py， Py，含U或C。在五个成员组成 密码子家族中， 的密码子家族中，每个成员的 二个密码子都是相同的， 二个密码子都是相同的，第三 碱基都是Pu Pu， 碱基都是Pu，含A或G 。由一 个成员组成的密码子家族中， 个成员组成的密码子家族中， 个密码子的意思相同， 有3个密码子的意思相同，第 三个碱基含有U 三个碱基含有U、C和A。
编码氨基酸密码子的频率与该氨基酸在蛋白 质中出现频率的关系
4.1.3 tRNA的结构和功能 的结构和功能
4.1.3.1 tRNA的结构 的结构 4.1.3.2 校正 校正tRNA 4.1.3.3 氨酰－ tRNA合成酶 氨酰－ 合成酶
4.1.3.1 tRNA的结构 的结构 (1) 三叶草型的二维结构 (2) tRNA的三维结构 的三维结构 (3) tRNA的L型三级结构 的 型三级结构
4.1.1.3 利用突变来解读密码 1960 A. Tsugita, H.Fraenkel-Connrat小组和 小组和 H.G. Wittmann小组试图通过用亚硝酸来对 小组试图通过用亚硝酸来对 TMV进行诱变。 进行诱变。 进行诱变 当时根据亚硝酸诱变的原理，mRNA中的 当时根据亚硝酸诱变的原理， 中的 A→G或C→U的缘故。 的缘故。 或 的缘故 当时已搞清了TMV肽链的一级结构由 个氨 肽链的一级结构由158个氨 当时已搞清了 肽链的一级结构由 基酸组成。 基酸组成。 将突变型和野生型进行比较就能确定肽链上氨 基酸取代的位点和类型。 基酸取代的位点和类型。
4.1.1.2 三联密码的证实 1961年 Crick和 Brenner.S等证实了三联密码的 年 和 等证实了三联密码的 真实性。 真实性。 他们用T4染色体上的一个基因 染色体上的一个基因（ Ⅱ 位点） 他们用 染色体上的一个基因 （ rⅡ 位点 ） 通 过用原黄素 原黄素（ 过用原黄素（proflavin）处理，可以使 ）处理，可以使DNA脱 脱 落或插入单个碱基，插入叫“加字”突变， 落或插入单个碱基，插入叫“加字”突变，脱 落叫“减字”突变， 落叫“减字”突变，无论加字和减字都可以引 移码突变(frameshift mutation)。 起移码突变 。 Crick小组用这种方法获得一系列的 小组用这种方法获得一系列的T4“加字” 加字” 小组用这种方法获得一系列的 加字 减字”突变， 和“减字”突变，再进行杂交来获得加入或减 少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变。 少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变。
第四章
翻译——从mRNA到蛋白质 从 翻译 到蛋白质
Chapter 4: Translation
4.1 4.2 4.3 4.4
遗传密码和遗传信息的翻译系统 蛋白质合成的过程 蛋白质合成的干扰和抑制 蛋白质的运转机制
4.1 遗传密码和遗传信息的翻译系统
4.1.1 遗传密码的破译 4.1.2 遗传密码的证实和特点 4.1.3 tRNA的结构和功能 的结构和功能 4.1.4 核糖体的结构和功能
• 如UUU：UGG＝（ ×5×5）:（5×1×1） ＝（5× × ） （ × × ） ： ＝（ 25 ： 1 ＝ • 同理 同理UUU：UUG ＝5 ：1， ： ， • 根据检测结果推测 根据检测结果推测: • 苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU） 苯丙氨酸（ ） 半胱氨酸（ ） 5 1 ＝ ： • 苯丙氨酸（UUU）：缬氨酸（GUU） 苯丙氨酸（ ） 缬氨酸（ ） 5 5 ＝ ： • 苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GUU） 苯丙氨酸（ ） 甘氨酸（ ） 1 ＝ 24 ：
(3) 按比例加入２种核苷混合的多聚物 按比例加入２ 由于当时还未分离RNA pol酶，无法按设计的 由于当时还未分离 酶 模板来合成RNA， Nirenberg又想出了一种新 模板来合成 ， 又想出了一种新 的方法，就是按一定的碱基比例来合成RNA。 的方法，就是按一定的碱基比例来合成 。 比如在底物中加5份的 份的UDP和1份的 份的GDP， 比如在底物中加 份的 和 份的 ， 碱基比为U： ＝ ： ， 碱基比为 ：G＝5：1， 它们能组成8种三联体 种三联体： 它们能组成8种三联体： UUU，UUG，UGU，GUU， ， ， ， ， GGG，GGU，GUG，UGG。 ， ， ， 。 U和 G将随机地加入到三联体中 ， 这样按比 和 将随机地加入到三联体中， 将随机地加入到三联体中 例各个位于上进入U和 的概率不同， 例各个位于上进入 和G 的概率不同，如氨基 酸测定结果： 酸测定结果：
4.1.1 遗传密码的破译
4.1.1.1 遗传密码的试拼 4.1.1.2 三联密码的证实 4.1.1.3 利用突变来解读密码 4.1.1.4 无细胞系统的建立 4.1.1.5 三联体结合实验 4.1.1.6 利用重复共聚物破译密码
4.1.1.1 遗传密码的试拼 1954年G.Gamov对破译密码首先提出了设想 年 对破译密码首先提出了设想 若一种碱基对应与一种氨基酸， 若一种碱基对应与一种氨基酸，那么只可能产 种氨基酸； 生4种氨基酸； 种氨基酸 个碱基编码一种氨基酸的话， 种碱基共有 若2 个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有 42=16种不同的排列组合； 种不同的排列组合； 种不同的排列组合 3个碱基编码一种氨基酸，经排列组合可产生 个碱基编码一种氨基酸， 个碱基编码一种氨基酸 43=64种不同形式； 种不同形式； 种不同形式 若是四联密码，就会产生4 种排列组合。 若是四联密码，就会产生 4=256种排列组合。 种排列组合
4.1.2 遗传密码的证实和特点
4.1.2.1 遗传密码的证实 1966年Sterisinger等用噬菌体 证实了遗传密 年 等用噬菌体T4证实了遗传密 码是完全正确的。 码是完全正确的。 他们采用的方法跟Crick的原黄素诱发移码突 的原黄素诱发移码突 他们采用的方法跟 变的方法相同，使T4溶菌酶产生了移码突变， 变的方法相同， 溶菌酶产生了移码突变， 溶菌酶产生了移码突变 根据突变后的蛋白质一级结构和野生型溶菌酶 氨基酸顺序进行了比较。 氨基酸顺序进行了比较。 根据移码还可以推测出遗传信息是以5’→3’方 方 根据移码还可以推测出遗传信息是以 向阅读的，蛋白质则是从N端向 端合成的。 端向C端合成的 向阅读的，蛋白质则是从 端向 端合成的。