FAFU-第八章蛋白质的生物合成、转运

❖
密码子
UGA AUA CUA AGA
通用 （核DNA）
编码
终止码
异亮氨酸
亮氨酸
精氨酸
哺乳动物
色氨酸 蛋氨酸 亮氨酸 终止码
线粒体DNA编码
酵母菌 果蝇
色氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 精氨酸
色氨酸 蛋氨酸 亮氨酸 丝氨酸
植物
终止码 异亮氨酸
亮氨酸 精氨酸
❖ 密码的简并性： 由一种以上密码 子编码同一个氨 基酸的现象称为 简并，对应于同 一种氨基酸的几 个密码子称为同 义密码子。
1. 三联子密码及其破译
• 密码破译方法
– 在体外无细胞蛋白质合 成体系中加入人工合成 的polyＵ
– 混合共聚物实验
– aa-tRNA 与 确 定 的 三 核 苷酸序列结合
– 用重复共聚物
2. 遗传密码的性质 生表密 物是码 ，具的 但有通 也普用 有遍性 些性与 特的特 殊，殊 情适性 况用。 。于密 一码 切子
– 受体臂：链两端碱基序列互补形成的杆状结构；3’端有未配对的3～ 4个碱基；3’端的CCA，最后一个碱基2'烃基可被氨酰化。
– TψC臂：其中ψ表示假尿嘧啶，是tRNA分子所拥有的不常见核苷酸。 – 反密码子臂：位于套索中央有三联反密码子。 – D臂：含有二氢尿嘧啶。
Kim Sung-Hou PhD (born 1937) is a Korean-born American structural biologist and biophysicist. Dr. Kim reported the first 3D structure of tRNA with A. Rich in 1973
• 第一节 遗传密码
• 第二节 tRNA
• 第三节 核糖体
• 第四节 蛋白质 合成机制
• 第五节 蛋白质 转运机制
第一节 遗传密码
• 贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递到蛋白质 上。mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的 破译（解码）来实现的。
• mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个 氨基酸，这3个核苷酸称为密码，也叫三联子密码。
2. 遗传密码的性质
• 密码子与反密码子的相互作用
• 在密码子与反密码子的配对中，前 两对严格遵守碱基配对原则，第三 对碱基有一定自由度，可以"摆动"， 使某些tRNA可以识别1个以上的密 码子。
摆动配对
U
mRNA 5'
AUU
AUC
AUA
3'
UAI
UAI
UAI
tRNA
5'
5'
5'
3Il'e
3' Ile
❖ 特点：存在经过特殊修饰的碱 基，3’端都以CCA-OH结束， 这是其氨基酸结合位点。
3’ 5’
CCAOH
5’
CCG
I
3’
GGC
tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码 子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
1. tRNA的结构
• 二级结构
• 由于小片段碱基互补配对，形成三叶草形的二级结构。三叶 草形tRNA分子上有4条根据它们的结构或已知功能命名的手 臂：
FAFU-第八章蛋白 质的生物合成、转
运
翻译是指将 mRNA链上的核苷酸从 一个特定的起始位点开 始，按每3个核苷酸代 表一个氨基酸的原则， 依次合成一条多肽链的 过程。
• 在翻译过程中：
– 核糖体是蛋白质合成的场所。
– mRNA是蛋白质合成的模板。
– 转移RNA（transfer RNA，tRNA）是模板与氨 基酸之间的接合体。
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺 失，可能导致框移突变（frame shift mutation）。
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 框架（open reading frame, ORF）。
反密码子环
– 若同时对模板进行插入和删除试验，插入和删除的碱基数一 样，后续密码子序列就不会变化，翻译得到的后续的蛋白质 序列就保持不变。
– 如果同时删去3个核苷酸，翻译产生少一个氨基酸的蛋白质， 序列不发生变化。
遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码
●至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个 终止密码子全部被查清。
I3l'e
密码子、反密码子配对的摆动现象
பைடு நூலகம்
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U G AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U
G
第二节 tRNA
• tRNA在蛋白质合成中处于关键地位。
❖ tRNA不仅为每个三联密码子 翻译成氨基酸提供了接合体， 还为准确无误地将所需氨基酸 运送到核糖体上提供运送载体 ，它又被称为第二遗传密码。
减少了变异对生物的影响
2. 遗传密码的性质
• 密码的摆动性。
• 同义密码子第一、二第 位核苷酸往往是相同的， 而第三位核苷酸的改变 不一定影响所编码的氨 基酸。
• 一般说来，编码某一氨 基酸的密码子越多，该 氨基酸在蛋白质中出现 的频率也越高（精氨酸 是个例外）。
•密码的连续性。起始密码子决定所有后续密码子的位置。
tRNA
二 级 结 构
1. tRNA的结构 • 三级结构
• tRNA三级结构都呈L形折叠式 • tRNA的三级结构与氨酰-tRNA合成
酶对tRNA的识别有关。
三叶草二级结构具有四个臂
5’ D环
3’ 氨基酸茎
TψC 环 可变环
L 型三维结构两个双螺旋区相互垂直
TψC 环 D环
氨基酸茎 3’
5’
可变环
• 翻译时从起始密码子AUG开始，沿着mRNA 5’→3’ 的方向连续阅读密码子，直至终止密码子为止，生 成一条具有特定序列的多肽链――蛋白质。
1. 三联子密码及其破译
• 构想：以3个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43 ＝64种密码，可以满足编码20种氨基酸的需要。
• 证明：
– 在模板mRNA中插入或删除一个碱基，会改变该密码子以后 全部氨基酸序列。
– 在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生 物大分子参与。
• 翻译过程的特点：
– 蛋白质合成是一个需能反应，要有各种高能化合物的参 与。细胞用来进行合成代谢的总能量的90%消耗在蛋白 质合成过程中。
– 在真核生物细胞核内合成的mRNA，要运送到细胞质， 才能翻译生成蛋白质。
– 蛋白质合成速度很快。大肠杆菌只需要5s就能合成一条 由100个氨基酸组成的多肽。