【生物化学】遗传密码

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氨酰-tRNA
氨酰tRNA合成酶能纠正酰化的错误
氨酰tRNA合成酶的校正部位: 水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间形成的共价联系 异亮氨酰- tRNA合成酶
氨基酰化部位和校正部位共同作用,可使翻译过程的错误频率小于万分之一
(二)翻译的步骤
活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上 进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上 的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程,称 为核糖体循环。
三联体密码是遗传密码的基本单位
共有64个密码子 AUG:Met兼起始密码子 UAA、UAG和UGA:终止密码子,也称 为无义密码子
二、遗传密码的基本特性
① 连续性; ② 简并性; ③ 通用性; ④ 方向性; ⑤ 变偶性(摆动性)。
①遗传密码的连续性(commaless)
开放读码框架( ORF, open reading frame)
原核生物中有4种,在真核生物中只有1种 其主要作用是识别终止密码,协助多肽链的释放
(4)供能物质和无机离子
多肽链合成时,需ATP、GTP作为供能物质,并需 Mg2+、K+参与。
氨基酸活化、肽键形成均需消耗高能磷酸键。
二、 蛋白质生物合成过程
蛋白质生物合成过程包括三大步骤: ①氨基酸的活化与搬运; ②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合; ③多肽链合成后的加工修饰。
原核生物中存在3种延长因子(EFTU,EFTS, EFG),真核生物中存在2种(EF1,EF2)。其作 用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位,并可 促进移位过程。
原核
EFTU(GTPase) EFT
EFTS EFG(转位酶)
真核
α(GTPase) EF1 β
γ EF2(转位酶)
(3)释放因子(RF)
①在原核生物中,多肽的合成只能以N-甲酰甲硫氨酸 -tRNA(fMet-tRNAifmet)的形式起始:
②而在真核生物中,起动tRNA是一种携带甲硫 氨酸的tRNA,即tRNAimet。
在原核生物和真核生物中,均存在另一种携带甲 硫氨酸的tRNAe,识别非起动部位的甲硫氨酸密 码AUG,携带正常的甲硫氨酸掺入肽链。
无义突变 (nonsense mutation)
校正tRNA( suppressor tRNA )
校正突变
3、核糖体是蛋白质 合成的工厂
(1)核糖体的组成
共价键
大分子
非共价键 大分子装配体
糖、氨基酸和核苷酸 球状蛋白质和RNA
核蛋白体
(2)核糖体的结构模型
核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能: 小亚基:可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。
肽链由N端向C端延伸,延长速度极快 从mRNA的5’端向3’端进行翻译
5’ -pAAA-(AAA)-AAC-OH 3’ H2N-Lys-(Lys)n-Asn-COOH
(一)氨酰-tRNA合成酶
(aminoacyl-tRNA synthetase) 氨酰tRNA合成酶存在于胞液中,帮助使氨基酸结合到特
基决定。
中间是U,编码的氨 基酸是非极性,疏水
的和支链的,常在球 蛋白的内部
中间是C,编码的氨 基酸是非极性的或不
带电荷的极性侧链
中间是A或G,相 应氨基酸常在球蛋
白外周,具有亲水 性
故障-安全系统:密 码子中碱基置换后, 结果仍编码相同的氨 基酸,或以理化性质 最接近的氨基酸相取 代,降低基因突变可 能造成的危害程度。
两种密码子之间插入或删去一个碱 基,就会使这以后的读码发生错误, 这称为移码(frame-shift)。
由于移码引起的突变称为移码突变 (frame-shift mutation)。
②遗传密码的简并性
(degeneracy)
• 同一种氨基酸有两个或更 多密码子的现象称为密码子 的简并性。 • 对应于同一种氨基酸的不 同密码子称为同义密码子 (synonymous condon) • 只有Trp和Met仅有一个密 码子
大亚基:
(1)具有两个不同的tRNA结合点。
A位(右)—— 受位或氨酰基位,可与新进入 的氨基酰tRNA结合;
P位(左)——给位或肽酰基位,可与延伸中 的肽酰基tRNA结合。
(2)具有转肽酶活性:将给位上的肽酰 基转移给受位上的氨基酰tRNA,形成 肽键。
(3)具有GTPase活性,水解GTP,获 得能量。
定的tRNA上,与氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有 关。
每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的 数种tRNA具有高度特异性,这是保证tRNA能够携带正确 的氨基酸对号入座的必要条件。
目前认为,该酶对tRNA的识别,是因为在tRNA的氨基酸 臂上存在特定的识别密码,即第二套遗传密码。
意义:减少有害的突变 *在基因工程中,考虑:密码的“偏爱性”
③遗传密码的通用性(universal)
从病毒到人类,蛋白质的生物合成 中都使用同一套遗传密码 (但在线粒体或 叶绿体中特殊)。
④遗传密码的方向性:
mRNA 5’
AUC
3’
蛋白质
N
Ile
C
⑤遗传密码的变偶性(wobble)(或称摆动性)
第一位是A或C, 第二位是A或G, 第三位任意碱 基,相应氨基 酸具有可解离 的亲水性侧链
并具有碱性
第 38 章 蛋白质合成及转运
蛋白质的生物合成是细胞最大的生产活动
蛋白质的生物合成过程,就是将DNA 传递给mRNA的遗传信息,再具体的解 译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程, 这 一 过 程 被 称 为 翻 译 (translation) 。
S-D 序列特点:
在AUG上游8-13个核苷酸处 4-6个核苷酸 富含嘌呤,以AGGA为核心
(可与16S-rRNA 3’端UCCU互补)
-10
富含嘌呤
起始密码子
与16S-rRNA 3’端 富含嘧啶的尾部互补, 形成氢键结合,有助于mRNA的翻译从起 始密码子处开始。
氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA结合,意义 在于: ① 活化氨基酸(能量问题); ②转运、定位:tRNA可携带氨基酸到mRNA的 指定部位(专一性问题)。
(1)氨基酸-AMP-酶复合物的形成
(2)氨基酸从复合物转移 到相应的tRNA上:
氨酰-tRNA
氨基酸-AMP-酶 复合物
只有3’位形成的酯,才参与 在核糖体催化下的转肽反应
Ala- tRNA
Met- tRNAemet met-tRNAimet fmet- tRNAimet
elongation
(起始tRNA)
N-甲酰 甲硫氨酸
initiation
AUG:起始密码子 Met的密码子
能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一 种特殊的tRNA,称为起始tRNA。
(4)具有起动因子、延长因子及释放因 子的结合部位。
4、其他因子
(1)起动因子(IF)
是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子 原核生物中存在3种起动因子,分别称为IF1-3 在真核生物中存在9种起动因子(eIF),其作用
主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板 mRNA结合。
(2)延长因子(EF)
遗传密码(genetic code)指核苷酸三联体 (triplet)决定氨基酸的对应关系。
mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体,代表一 个氨基酸的信息。三个碱基编码一个氨基酸,此 三联体就称为三联体密码( triplet code)或密码 子(codon)。
tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体,可以 识别mRNA上相应的密码,此三联体就称为反密码子 (anticoden)。
蛋白质合成体系包括:
① mRNA:作为蛋白质生物合成的模板, 决定多肽链中氨基酸的排列顺序;
② tRNA:搬运氨基酸的工具; ③ 核糖体:蛋白体生物合成的场所; ④ 酶及其他蛋白质因子;
⑤ 供能物质及无机离子。
蛋白质因子:
起始因子(initiaion factors,IF) 延长因子(elongation factors, EF) 释放因子(release factors, RF) 核蛋白体释放因子(ribosomal release factors, RR)
1、mRNA是蛋白质合成的模板
氨酰 tRNA
mRNA
A、原核生物蛋白质的合成
多聚核糖体 (多核蛋白体)
在蛋白质生物合成过程中,常常由若干核糖体 结合在同一mRNA分子上,同时进行翻译,但 每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔,形成 念球状结构。
B、真核生物蛋白质的合成
原核生物5’端有一段特殊的SD序列, 使核糖体能识别正确的AUG;
反密码对密码的识别,通常也是根据碱基互补原 则,即A—U,G—C配对。
但反密码的第一个核苷酸与密码子的第三个核苷 酸之间的配对,并不严格遵循碱基互补原则,称 为遗传密码的变偶性(或摆动现象)。
如反密码第一个核苷酸为Ⅰ,则可与A、U或C配 对,如为U,则可与A或G配对,这种配对称为不 稳定配对。
错义突变(missense mutation):基因突变造成密码子的改 变。
无义突变(nonsense mutation):基因突变使有义密码子变成 终止密码子。
回复突变(reverse mutation)
校正tRNA
校正tRNA( suppressor tRNA ):某些能校正基因的有害 突变,称为校正tRNA 。引起的突变称为校正突变,其原因 是tRNA反密码子发生改变,不按常规引入氨基酸,却起了 校正功能。
氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后,进一步的去向 就由tRNA来决定
tRNA分子上与多肽合成有关的位点:
① 3’端-CCA上的氨基酸 接受位点;
② 识别氨酰-tRNA合成酶 的位点;
③ 核糖体识别位点; ④ 反密码子位点。
氨酰- tRNA的表示方法
已结合 的氨基 酸残基
代表tRNA的结合特异性
蛋白质代谢的三个问题
1、氨基酸怎样被选择及掺入到多肽链中? 2、多肽链在核糖体上合成完成后,其翻译
后化学修饰是怎样进行的? 3、合成加工好的蛋白质怎样被运送到其发
挥功能的地方?
一、参与蛋白质生物合成的物质
生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用 约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋 白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合 成体系.
真核生物5’端帽子结构可能对核糖 体进入部位的识别起到一定作用
5’端,起始密 码AUG开始
(Met)
3’端,一个或一个以上终止 密码:UAA,UAG和UGA
非编码区,与 表达调控有关
编码区, 读码框架, 三联体密码
3’端polyA尾巴,增 加mRNA的稳定性
2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA 模板上
在氨酰tRNA合成酶催化下,特定的tRNA可与 相应的 氨基酸结合,生成氨酰tRNA,从而携 带氨基酸参与蛋白质的生物合成。
(1)tRNA的两个关键部位:
氨基酸 结合部位
3’端CCA 结构
7个配对碱基, 形成受体端
tRNA四茎 四环结构
mRNA 结合部位
(2)tRNA在识别mRNA分子上的密码子时, 有接头(adaptor)的作用
翻译的过程可分为起动、延长和终止三个阶段。
1、起动阶段:
(1)30S起动复合物的形 成:在起动因子的促进 下,30S小亚基与mRNA 的起动部位、起动tRNA (fmet-tRNAfmet)和GTP 结合,形成复合体。
原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特 殊核苷酸顺序组成,称为SD( ShineDalgarno)序列( 核蛋白体结合位点, ribosomal binding site ,RBS),可被核 蛋白体小亚基辨认结合。
G-C G-U
反密码子与密码子之间的碱基配对
反密码子第一位碱基
A C G U
I
密码子第三位Leabharlann Baidu基
U G
U
意义: 当第三
C
位碱基发生突变
A
时,仍能翻译出
G
正确的氨基酸,
使合成的多肽有
U
C
生物学活力。
A
密码的防错系统:
同义密码子在密码表中的分布十分有规则,而且密码子中碱基顺序与其相应
的氨基酸物理化学性质之间存在巧妙的关系。 氨基酸的极性通常由密码子的第二位(中间)碱基决定,简并性由第三位碱
第 37 章 遗传密码
蛋白质的生物合成是由核酸控制的。
mRNA的核苷酸顺序决定了蛋白质的一 级结构,被选择的氨基酸由tRNA携带 到核糖体上,在核糖体上氨基酸加入 到多肽链中。
一、遗传密码的破译
作为指导蛋白质生物合成的模板, RNA中蕴藏遗 传信息的碱基顺序称为遗传密码(Genetic code)
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