13 蛋白质合成-12,12,12

同样方法证明了其它Aa的三联体密码。
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2）E.Coli Ribosome +Templet of Chemical Synthesis (人工模板) + 相应Aa-tRNA+Mg2+保温。 a. Do not add GTP Add GTP b. 模板改为5′PGUUGUU-OH 3′ Val结合于模板 c. 模板改为5′PGUU-OH 3′ Val结合于模板 d. 模板改为5′P-GU-OH 3′无Val结合于模板（至少需 要三Nt） f. 模板改为5′-OH-GUU-P-3′无Val结合于模板 说明：只有5′-P才具模板功能，即翻译有方向性 5′ 3′；需GTP 根据以上大量实验，65年编遗传密码字典。其中AUG 为起始信号，UAA，UAG，UGA为终止Codon
为多顺反子(polycistron)。 • 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) 。
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原核生物的多顺反子
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
蛋白质
非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子
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二、Poly ribosome多聚核蛋白体
Poly A做模板时，获得单一Lys肽链(Lys密码为AAA)
Poly C做模板时，获得单一Pro肽链(Pro密码为CCC)
四联体 UGUG UGUG UGUG…or GUGU GUGU… 为模板获得单一 Aa链（ UGU为 CySH、GUG为 Val ）结果： N － CySH-Val-CySH-Val-CySH-Val － C 。证 明确以三联体密码(Triplet condon)形式存在。
但同一Aa的几组Codons，不同生物利用频率不同
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通用性（universal）：
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体等。 密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
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3、 Degeneracy（简并性）
大 多 数 Aa, 都 可 具 有 好 几 组 Codon(64:20) 。 如 UGU ，
UAA，UAG，UGA，它们是终止Codon；一组AUG，
既编码 Met，又是起始 Codon 。 从第一个密码子到最后一 个密码子之间间隔3n个核苷酸。
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• 遗传密码的特点：
① 连续性；
② 简并性； ③ 通用性； ④ 方向性； ⑤ 摆动性。
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遗传密码的连续性
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基因损伤引起mRNA开放阅读框内的碱基发生
反应后，得到了被标记的苯丙氨酸的多聚体，
从而证明 poly U起了信使 RNA 的作用，
UUU是编码苯丙氨酸的密码子。用同样的方
法证明 CCC 编码脯氨酸，AAA 编码赖氨酸
。这样，这三个密码子最早被解译出来。
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2、Biochemical Evidence
1）Poly U（人工mRNA），20种Aa，在E.Coli－无细 胞系中保温，获得Single Phe Peptide（Phe 密码为UUU）
pr的生物合成需要信息、能量、物质：
◆ mRNA, rRNA and tRNA
◆ Energy－ATP, GTP
◆ Material－Aa （Activated RNAAa）
◆ Cofactors－E、Protein factors(IF、EF、
RF )、Metal ions
2
Structural gene－指DNA分子上决定蛋白质和RNA
插入或缺失，可能导致框移突变（frameshift
mutation）。
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从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终
止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体 密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称
为开放阅读框(open reading frame, ORF)
AUG
UAA
ORF
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Section 2
Ribosome
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多聚核蛋白体示意图
电镜下的多聚核蛋白体
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Section 3 Mechanism of Protein Synthesis
pr合成复杂，有近200种细胞组份参与，全部过
程在核糖体上进行，可大略分为四个阶段。(真核 类似，更复杂)
一、Synthesis of Aa-tRNA（in Cyt）
3个
4个
43＝64 最可能
44＝256 太多
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1954年物理学家G. Gamov首先对遗传密码进 行探讨。蛋白质由20种基本氨基酸组成，而mRNA 只含有4种核苷酸，由4种核苷酸构成的序列是如 何决定多肽链中多至20种氨基酸的序列的呢？显 然，在核苷酸和氨基酸之间不能采取简单的一对 一的对应关系。2个核苷酸决定一个氨基酸也只能
Pro
rpS 21种
rpL 36种
rpS 33种
rpL 49种
30
3、Model：
30S 如胚胎 (embryo), 头、躯干两部分； 50S 具三角
凹槽椭园球体，70S亚基间具细长空隙的球体。
4、Binding Site：
30S 50S
IF3（起始因子）
IF1
A位（氨酰－tRNA结合位）
P位（肽酰-tRNA结合位）
IF2
mRNA
GTP位（延伸的水解GTP）
延伸因子 (EFTu，EFTs) 释放因子 (RF1，RF2，RF3 )
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mRNA是遗传信息的携带者
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子
(cistron)。
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，
转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，
(rRNA,mRNA and tRNA)结构的gene。
Gene Expression－ Structural gene Protein的全过程。 mRNA
Central Dogma－Genetic Information in DNA mRNA Protein（ Genetic Information of Protein Can Not Reverse ） DNA
2、Currency(通用性,近乎）
Virus 、 Procaryote 、 Eucaryote… 都用同一套 Genetic Code ， 如 用 兔 红 血 球 核 糖 体 （ 含 mRNA ） 与 E.Coli tRNA 及 pr 合 成 其 它 因 子 保 温 ， 合 成 了 兔 Hb ， 说 明 E.Coli tRNA能正确阅读兔Hb的mRNA上的信息。
第十二章 蛋白质的生物合成
Chap.12 Biosynthesis of Protein
1
Chap.12 Biosynthesis of Protein
Genetic information－DNA and Central dogma (Replication, Transcription and Translation)
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密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U
G
Aห้องสมุดไป่ตู้
C
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U
G
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摆动配对现象示意图
U
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5、Reading Direction of Genetic Code
5′ 3′，不重叠性
6、密码字典中有三组Codon不编码Aa
所有Aa在掺入肽链前须经活化，并与tRNA结合， 才能被准确运载到指定的位置
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tRNA的三级结构示意图
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氨基酸臂
反密码环
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• 氨基酸的活化与携带反应由氨基酰tRNA合
成酶催化。
• 特定的tRNA与相应的氨基酸结合，生成氨
基酰tRNA，从而由tRNA携带活化的氨基酸
参与蛋白质的生物合成。 氨基酰-tRNA合成酶
1、Mathematics Evidence 50年代，人们已经知道pr的Aa顺序与Nt顺序有关，但 Nt 4种，Aa 20种，4种 Nt 怎样编排才能有效地指导Aa顺 序呢？人们首先在数学上加以推导（择要介绍）
1个Nt决定1个Aa， 41 = 4 不能满足指导20Aa的需要
2个 42＝16 仍不能
UGC 皆 为 Cys ， 几 种 密 码 子 编 码 同 一 Aa 的 Codon 叫 简 并 Codon(同义密码子)
注:Trp,Met只有一个密码子。Leu、Arg、Ser 均有6个密码子
4、第三碱基的变偶性(Wobble,第三碱基具较低专一性) Codon的专一性主要由头两个N决定，第三碱基不那么重 要，这一性质称 Codon 的变偶性，一般规律是 U ＝ C ， A ＝ G 互变，它与简并性不同，变偶性主要是描述tRNA反密码子对 Codon 第 三 位 N 某 种 程 度 的 变 异 仍 具 阅 读 能 力 , 特 别 是 Anticodon 中 I 的阅读能力(I与A、C、U配对)
Genetic code [遗传密码]:
指DNA分子中特定的Nt Sequence指定特定的
Aa Sequence ，这种相关关系或“翻译语言”称 为… Codon[密码子]: 每3个Nt 顺序指令一个Aa的排列位置，这3个 相邻的Nt 称“三联体[Triplet]”或“密码子”。
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一、Evidence of Genetic code
在 pr 合 成 过 程 中 ， 往 往 多 个 Ribosome 结 合 于 一 条 mRNA 分子上，分别同时完成同一种 pr的合成任务，这 种 构 造 叫 多 核 糖 体 。 它 使 翻 译 速 度 成 倍 提 高 。 Poly ribosome上，单个Ribosome间隔3nm，呈念珠状。 每 6 个核糖体形成一个右手螺旋，大亚基在外，小亚 在内。