02遗传密码——三联子
遗传密码的性质名词解释
遗传密码的性质名词解释一、引言生物学领域中,遗传密码(genetic code)是指将DNA或RNA上的遗传信息转化成某种形式的有机物或蛋白质序列的一套规则。
遗传密码的性质是了解遗传信息传递的基础,对于理解生命的起源和进化具有重要意义。
二、遗传密码的基本性质1. 三联密码子(triplet codon)遗传密码是由三个碱基组成的密码子,每个密码子编码一个氨基酸或指示终止蛋白质合成。
为了满足20种氨基酸的编码需求,遗传密码共有64种可能的密码子组合。
其中,61种密码子用于编码氨基酸,剩下的三种密码子(UAA,UAG,UGA)则为终止子,用于指示蛋白质合成结束。
2. 无歧义性(unambiguous)遗传密码是无歧义的,每种密码子只编码一种氨基酸。
意味着不同的密码子不会编码相同的氨基酸,也不会将同一种氨基酸编码成不同的密码子。
这种无歧义性保证了遗传信息传递的准确性。
3. 无重叠性(non-overlapping)遗传密码是无重叠的,即一个密码子的起始位点与其相邻密码子的起始位点不会重叠。
这种无重叠性保证了遗传信息的完整性和顺序性。
4. 兼容性(universal)尽管不同的生物体遵循相同的遗传密码,但存在一些微小的变异。
然而,这种变异并不影响生物体之间的翻译机制。
遗传密码的兼容性使得DNA/RNA能够在不同的生物体中传递遗传信息。
5. 遗传密码的纺织在遗传密码中,不同氨基酸的编码并不是随机的,而是按照一定的规律进行组合。
例如,编码氨基酸脯氨酸的密码子都以"CU"开头,编码色氨酸的密码子都以"UGG"开头等。
这种遗传密码的纺织为理解基因的起源和进化提供了线索。
三、遗传密码的进化1. 基因重组基因重组是指通过基因突变和基因重排等机制,导致新的密码子序列出现。
这种基因重组使得遗传密码具有多样性,进一步推动了生物体的进化。
2. 异时信息转译异时信息转译是指DNA或RNA上的部分密码子原本编码一个氨基酸,但在特定情况下可以解读为另一个氨基酸。
遗传密码中的DNA三联密码子配对规则
遗传密码中的DNA三联密码子配对规则DNA(脱氧核糖核酸)是构成生物基因的重要组成部分,它携带着生物体的遗传信息。
在遗传密码中,DNA的基本结构单元由四种核苷酸组成,分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。
这四种核苷酸按照特定的规则排列组成DNA链,而DNA三联密码子则是遗传密码中的一种重要构件,它描述了氨基酸的编码方式。
DNA三联密码子是由三个相邻的核苷酸组成,例如ATG、TAC等。
这些三联密码子被称为遗传密码表,它们决定了蛋白质合成的顺序和种类。
在DNA的复制过程中,一条DNA链会分裂成两条互补的链,并通过碱基配对原则进行复制和合成,这也符合了DNA三联密码子的配对规则。
DNA三联密码子的配对规则的基础是互补配对原则。
按照这个原则,A核苷酸总是与T核苷酸相互配对,而G核苷酸总是与C核苷酸配对。
这种配对方式保证了DNA双链的稳定性和结构的准确性,同时也提供了遗传信息的可靠传递。
DNA的配对规则是通过碱基间的氢键相互作用来实现的。
对于A-T配对,A核苷酸中的氮原子与T核苷酸中的氢原子形成两个氢键。
而对于G-C配对,G核苷酸中的氮原子与C核苷酸中的氢原子形成三个氢键。
这些氢键的形成提供了DNA的稳定性,确保了遗传信息的准确传递。
DNA三联密码子的配对规则也决定了氨基酸的编码方式。
在遗传密码表中,每个三联密码子对应一个特定的氨基酸。
例如,ATG对应着蛋白质合成的起始位点,ACT对应着丝氨酸等。
通过配对规则,DNA链上的三联密码子可转录成mRNA(信使核糖核酸),随后mRNA与核糖体相互作用,并依据遗传密码表进行翻译,最终合成具有特定氨基酸序列的蛋白质。
遗传密码表中的三联密码子是高度特化的,也就是说,每个三联密码子只对应一个特定的氨基酸。
这种高度特化的机制使得DNA能够进行精确的蛋白质合成,并保证了生物体的遗传信息的准确性。
然而,也正是由于这种高度特化的机制,突变或缺失一个核苷酸可能会对蛋白质的编码方式产生重大影响,导致突变体的产生。
遗传密码
遗传密码-概念英文名:codon遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。
指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向,由起始密码子AUG开始,每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
遗传密码是一组规则,将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列,以用于蛋白质合成。
几乎所有的生物都使用同样的遗传密码,称为标准遗传密码;即使是非细胞结构的病毒,它们也是使用标准遗传密码。
但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。
[编辑本段]遗传密码-特点1.连续性。
mRNA的读码方向从5'端至3'端方向,两个密码子之间无任何核苷酸隔开。
mRNA链上碱基的插入、缺失和重叠,均造成框移突变。
遗传密码表2.简并性。
指一个氨基酸具有两个或两个以上的密码子。
密码子的第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。
3.摆动性。
mRNA上的密码子与转移RNA(tRNA)J上的反密码子配对辨认时,大多数情况遵守碱基互补配对原则,但也可出现不严格配对,尤其是密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对时常出现不严格碱基互补,这种现象称为摆动配对。
4.通用性。
蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类都通用。
但已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
[编辑本段]遗传密码-破解历史遗传密码的发现是20世纪50年代的一项奇妙想象和严密论证的伟大结晶。
mR NA由四种含有不同碱基腺嘌呤[简称A]、尿嘧啶(简称U)、胞嘧啶(简称C)、鸟嘌呤(简称G)的核苷酸组成。
最初科学家猜想,一个碱基决定一种氨基酸,那就只能决定四种氨基酸,显然不够决定生物体内的二十种氨基酸。
那么二个碱基结合在一起,决定一个氨基酸,就可决定十六种氨基酸,显然还是不够。
如果三个碱基组合在一起决定一个氨基酸,则有六十四种组合方式,看来三个碱基的三联体就可以满足二十种氨基酸的表示了,而且还有富余。
第二遗传密码
1681第二遗传密码邹承鲁(中国科学院生物物理研究所, 北京 100101)摘要 遗传信息的传递应该是从核酸序列到有完整结构的功能蛋白质的全过程. 现有的遗传密码仅有从核酸序列到无结构的多肽链的信息传递, 因此是不完整的. 后一部分, 即遗传信息传递密码的第二部分(简称第二遗传密码), 是遗传信息从蛋白质中氨基酸序列到其空间结构之间的传递.本文总结了当前已知的蛋白质中氨基酸序列和蛋白质总体空间结构的关系, 对第二遗传密码应该具有的特征进行了讨论. 认为第二遗传密码除和三联密码同样具有简并性(即不同序列对应相同结构)外, 还具有多意性(即类似序列具有不同结构)和全局性(即局部序列改变往往影响整体结构)等特征.关键词 第二遗传密码 简并性 多意性 全局性对生命遗传信息存储1682在阻断分子间的错误相互作用, 从而保证蛋白质合成后的高效正确折叠. 分子伴侣如何识别并与折叠中间态结合从而帮助蛋白质的正确折叠, 是当前国际上折叠研究的核心问题之一.三联遗传密码解决的是在一维空间内两个不同性质分子的“翻译”关系, 即从线性DNA 的核苷酸排列顺序到线性多肽链的氨基酸排列顺序; 而第二遗传密码要解决的是一维空间序列信息与三维空间结构信息之间的关系, 自然要复杂得多. 由氨基酸顺序决定蛋白质三维空间结构, 到由蛋白质三维结构决定其特定的生物功能, 是完整的遗传信息传递过程的不可缺少的重要的一半.由于三联遗传密码的阐明, 现在已经知道的不少蛋白质的氨基酸序列实际上是由其对应的DNA 分子核苷酸序列推断得到的, 而且根据氨基酸顺序预测蛋白质的三维空间结构的努力也有了不少进展. 现在有不少原核生物及少数真核生物的基因组全序列已被解出, 人基因组全序列也基本得到阐明. 仅就人基因组而言, 所编码的全部蛋白质总数约为数万个. 这些蛋白质的氨基酸序列都可以由其对应的DNA 核苷酸序列推断得到, 但要认识这些蛋白的功能是与了解其空间结构密切相关的. 即使现在对蛋白质三维空间结构测定的速度已经大大加快(平均一天解出5个蛋白质结构), 但数以10万计的蛋白结构测定仍不是短期内能够完成的, 这就对揭示氨基酸序列和蛋白质空间结构的对应关系提出了前所未有的挑战[1]. 自然界存在的蛋白质总数虽然很大, 但根据它们在序列上的相似性以及进化上的同源性, 可以归并为总数并不很大的蛋白质家族; 并从它们所含二级结构在拓扑学上的关系又可以归并为有限数目的折叠类型. 对于自然界存在的蛋白质折叠类型总数, 虽然各人估计不同, 近年来倾向于不到1000种[8, 9], 这就使认识全部蛋白质三维空间结构的任务大大简化, 看来并不是可望而不可及的了. 蛋白质三维空间结构预测的目的在于认识氨基酸序列和蛋白质空间结构的对应关系,也就是确立第二遗传密码. 由于这一问题的复杂性, 虽然最近Demshenko 等人[10]对这一问题做了一个详细的综述, 迄今为止尚未见到关于第二遗传密码具体内容的任何设想.当前国际上对于蛋白质在体内外的折叠过程已有了一定的了解. 已取得的结果都说明第二遗传密码不仅确实存在, 也是可以认识的. 解决这一问题可以从两方面入手. 一是从理论上研究蛋白质的氨基酸序列如何决定其三维空间结构, 即如上所述的蛋白质空间结构的预测.二是在实验上研究变性蛋白如何重新折叠恢复其天然构象, 以及新生肽链如何折叠成为完整蛋白质分子的全过程. 在此基础上, 研究肽链中氨基酸的定点突变如何影响蛋白质的总体结构折叠与形成的动力学过程. 实验研究不仅将会为第二遗传密码的确定提供重要信息, 也是最终检验所提出的第二遗传密码是否正确的必要手段.结构预测方面的主要问题是: 如何根据蛋白质的氨基酸组成和顺序预测蛋白质的折叠类型, 如何根据一个肽段的氨基酸顺序预测其二级结构, 不同肽段的二级结构又是如何构成一个蛋白质特定的三维空间结构, 亚基如何组装为完整分子, 有一定结构的蛋白质在细胞中处于什么位置, 又担负着什么生物功能. 当前对于结构预测主要从两个方面进行. 一是从已知结构出发, 从中总结规律, 对未知结构的蛋白进行预测. 这一方法特别对进化上相关的蛋白常常被证明是有效的. 第二种较有一般意义的方法是根据蛋白质分子中已知的各种基团间物理化学相互作用基本原理, 对蛋白质三维结构从头进行预测, 这一方法已经取得的成果还极其有限. 国际上每两年召开一次蛋白质结构预测比较评价会议, 最近的一次会议是在1998年夏召开的[11]. 二级结构预测目前还处于初期阶段, 准确度最高也只不过是72%左右. 高级结构预1683测惟一的,即两者之间是一对一的对应关系, 但实际情况不是这样简单. 在第一遗传密码中有所谓“简并性”, 即同一氨基酸可以为不同密码子所编码, 如CGA 和AGC 都编码为精氨酸, UCC 和AGU 都编码为丝氨酸等. 第二密码也同样有简并性. 现在已经知道有不少氨基酸序列颇为不同的肽链可以有极为相似甚至相同的空间结构, 这就是第二密码的简并性.第二密码的简并性首先体现为在不同生物体中执行相同生物功能的蛋白质虽然可以有氨基酸序列上的差异, 但却有相同的整体空间结构. 例如有近百种不同来源的线粒体细胞色素c 的氨基酸序列已经测定, 它们的氨基酸残基数均在104左右, 其中仅在21个位置上的氨基酸在不同生物体的细胞色素c 是完全相同的, 其他则各不相同; 但是所有这些细胞色素c 的整体空间结构却是非常相似的[14]. 另外, 两个在功能上完全无关的蛋白质, 卵类黏蛋白的第三结构域和核糖体结构蛋白L7/L12的C-末端部分虽然在氨基酸序列上仅有3%相同, 却具有几乎完全相同的空间结构[15].简并性还体现在用化学修饰及定点突变方法研究侧链残基取代对蛋白质折叠状态影响的研究结果. 首先是研究改变侧链性质,包括大小氢键形成能力等的影响. 例如硫氧还蛋白在分子内部有一个巯基, 对这个巯基用不同链长的烷基硫代磺酸修饰可以在分子内部引入不同链长, 包括从甲烷到正戊烷的烷代二硫键. 这样在分子内部引入大小不同的疏水基团的结果并没有影响分子的圆二色光谱, 也没有影响它在胍溶液中的去折叠与重折叠以及对DNA 多聚酶的活化[16]. 晶体衍射结构分析的结果表明, 对金黄色葡萄球菌核酸酶做同样的修饰也不影响分子的整体结构[17]. 在分子内部引入大小不同的疏水基团的结果, 只不过是使某些侧链基团在位置上有所重排, 但并不影响分子的总体结构.更多的证据来自定点突变研究. 定点突变技术的建立为蛋白质结构功能关系研究提供了极大的方便. 金黄色葡萄球菌核酸酶是研究得最多的蛋白之一, 它的149个氨基酸残基几乎每一个都被替换过. 多数残基被替换时对酶的结构或功能都不产生明显影响. 特别值得注意的是处于分子内部的疏水残基Val-56被极性并带正电荷的Lys 取代时, 不影响酶分子的整体三维结构[18]. 对T4溶菌酶的类似取代也得到同样的结果[19]. 结构研究还表明处于分子内部的1684Lys 并没有为氢键或盐键所稳定. 这一事实充分说明某些个别键的破坏并不能对结构起到决定性的作用, 所以个别残基的单独替换不会对分子的总体构象产生明显的影响. 甚至把整段的序列用相同残基构成的序列所取代, 如T4溶菌酶分子内部40~49 的10个残基都用丙氨酸取代, 对酶的折叠或生物活性都没有明显影响[20]. 对Arc 阻遏物进行类似的取代实验也得到类似的结果[21].从晶体衍射研究已经看到某些分子内部比较拥挤, 而另一些分子内部具有大量的空间,为此进行了侧链大小颇为不同的残基的替换, 甚至用插入或删除一定长度肽段的方法探讨分子内部空间对分子整体结构的影响. 例如用侧链大小不同的氨基酸相互取代以增加或减少分子内部的拥挤程度[22, 23], 甚至引入或删除一定长度的肽段[24, 25], 对蛋白质分子的整体构象都没有明显的影响. 分子表面则可以容忍更大的变化, 例如在核糖核酸酶H [26]的表面引入含120~130个氨基酸残基的肽段, 对蛋白质分子的整体构象没有明显的影响.1.2 多意性从已知的蛋白质氨基酸序列和空间结构的对应关系看来, 第二遗传密码显然远较第一密码更为复杂. 除和第一密码同样具有简并性外, 看来某些相同的氨基酸序列还可以在不同条件下决定不同的空间结构, 这种情况可以称之为第二遗传密码的多意性, 一个为大家熟悉的例子是Prusiner [27]对天然型和感染型朊病毒(prion)的研究. 天然型朊病毒(PrP c )在正常动物体内存在, 不导致疾病, 而感染型的朊病毒(PrP SC )则导致某些神经性疾病, 并导致天然型朊病毒转变为感染型的朊病毒. 初步的结构研究表明天然型朊病毒主要为α-螺旋结构, 而感染型的朊病毒却主要为β-折叠结构. 近年来还有其他一些实验表明某些蛋白在一定条件下可以有多种构象存在, 如鸟氨酸脱羧酶[28]和腺苷酸激酶[29]等. 这在表面上看来似乎和Anfinsen 原理相矛盾, 但实际上并非如此. Anfinsen 原理从根本上说是一个热力学原理, 其基本论点是“由氨基酸序列所确定的一种空间结构是在一定条件下从热力学角度看来最稳定的结构”. 这里应该指出两点. 首先是这一最稳定的结构是在一定条件下的最稳定的结构, 在其他条件下并不一定是最稳定的结构. 其次热力学上最稳定的结构并不一定是在动力学上最容易达到的结构.图1是一个说明这一原理的示意图. A 和B都是热力学上的稳定结构, 两者由一个较高的能障所隔开. 单纯从能量角度看来A 比B更为稳定, 但是从B 转化为A 需要克服一个较高的能障, 因此从动力学角度看来B 比A 更容易达到. 在变性蛋白(U)重新折叠时,更容易形成的是构象B 而不是更为稳定的A.新生肽链在体内折叠时也有类似情况. 正因为动力学上最容易达到的状态不一定是热力学上最稳定的状态, 因此达到稳定状态的过程常常是不能自发完成的, 而需要其他分子即所谓分子伴侣的帮助.前已提及,不同生物体中执行相同生物图1 Anfinsen 原理示意图1685功能的蛋白质(又称同源蛋白质, 意指在进化上的同一来源)可以在氨基酸序列上差异很大, 但却有几乎完全相同的空间结构. 由于第二密码的这种高度的简并性, 在1994年Rose 和Creamer [30]提出一个挑战, 他们称之为Paracelsus 挑战, 即如果有人能够在改变不超过50%的氨基酸序列的情况下就能改变一个蛋白的基本空间结构, 将得到 1 000美元的奖金. 结果在1997年, Regan 小组获得了这一挑战的胜利[31], 赢得了奖金. 他们改变了金黄色葡萄球菌IgG 结合蛋白中一个56个残基片段中的28个残基, 从而设计得到一个全新结构的蛋白, 把原来主要是β-折叠的结构改变为一个主要是α-螺旋的蛋白.这一实验说明不能简单的看待简并性和多意性. 不同来源的细胞色素c 虽然仅有20%序列相同, 或者说在80%的位置上残基不同, 结构却几乎完全相同; 但另一方面, 50%残基的改变已经可以完全改变金黄色葡萄球菌IgG 结合蛋白片段的折叠类型. 这只能说明第二密码的复杂性, 不能简单的看有多少残基被取代, 而更重要的是看用什么残基取代什么残基以及在什么位置上取代.1.3 全局性维系蛋白质总体空间结构相对稳定的是大量弱键协同作用的结果, 个别键的形成或破坏并不足以影响蛋白质的总体空间结构, 这就是第二密码简并性的结构基础. 任何对于第二密码的设想都必须把大量弱键协同作用的考虑放在首位, 并不是一段特定序列的肽链只对应一种特定空间结构这样的简单关系. 正因为肽链在空间卷曲折叠构成蛋白质总体的空间结构,在肽链上相距很远的残基可以在空间上彼此靠近而相互作用, 并对分子总体结构产生重要影响. 第二密码必须把蛋白分子作为一个全局来考虑, 这就从根本上决定了第二密码的复杂性,不可能像第一密码那样有简单的一对一的关系. 某些蛋白C-末端少数氨基酸的去除, 或侧链基团的翻译后修饰[32], 有时都可以对整体构象和功能产生重大影响[1]. 在新生肽链合成过程中,后形成的肽段可以影响已经形成的肽段的构象从而造成对分子整体的影响[33]. 以上这些情况可以称之为第二密码的全局性, 全局性决定了第二密码的复杂性.第二密码的全局性还体现在环境对分子结构的影响上. 已经知道蛋白质分子与水可有紧密结合, 水分子对于维系蛋白质一定的空间结构有重要作用, 即使在结晶状态, 蛋白质分子也含有大量的结晶水. 因此曾经认为以非水溶剂全部或部分取代水溶液, 将对蛋白质折叠起破坏性的作用, 但是实际情况却并非如此. 例如溶菌酶在甘油与水的混合溶液甚至纯甘油中仍能保持天然结构[34]. 虽然已知不少有机溶剂是蛋白质的变性剂, 但是溶菌酶能在丙酮或乙酰氨的水溶液中正确折叠[35]. 即使是50%的甲醇也只影响金黄色葡萄球菌核酸酶[36]及核糖核酸酶[37]的折叠动力学, 而不影响它们的最终折叠状态. 但环境对蛋白分子结构确实有重要影响,如免疫球蛋白轻链在不同离子强度和pH 下形成不同的晶体, X 射线衍射结构测定表明这些不同晶体确实具有略为不同的空间结构[38]. 在体内, 某些跨膜蛋白是部分处于膜双层内部的疏水条件下, 对于这些蛋白的折叠状态虽然仍是由其氨基酸序列所决定, 但也必然会受到其特殊环境的影响.体外研究和体内研究有一个重要的条件的不同. 体外折叠研究通常是在稀溶液(µg/mL)中进行的. 但细胞内某些高含量蛋白质浓度可以高达毫克每毫升级的水平, 两者相差千倍, 而细胞内总蛋白浓度更是可高达数百毫克每毫升的水平[39]. 因此高浓度的蛋白与蛋白间的相互作1686用更是一个必须考虑的问题. 虽然已有不少作者注意到这一差异, 但尚未在折叠研究中引起足够的重视.2 第二遗传密码的研究在实际应用上的意义第一密码的阐明解决了基因在不同生物体之间的转移与表达, 开辟了遗传工程和蛋白工程的新产业. 但是在异体表达的蛋白质往往不能正确折叠成为活性蛋白质而聚集形成包含体.生物工程的这个在生产上的瓶颈问题需要第二密码的理论研究和折叠的实验研究来指导和帮助解决. 由于分子伴侣在新生肽链折叠中的关键作用, 它一定会对提高生物工程产物的产率有重要的实用价值.蛋白工程的兴起, 已经使人们不再满足于天然蛋白的利用, 而开始追求设计自然界不存在的全新的老年性痴呆症化疗损伤炎症细胞和组织损伤以及老年化都与应激蛋白有关. 因此在医学上不仅开辟了与分子伴侣和应激蛋白有关的新的研究领域, 也开创了广阔的应用前景.参 考 文 献1王志珍, 邹承鲁. 后基因组蛋白质组研究. 生物化学与生物物理学报, 1998, 30: 533~5392Anfinsen C B, Haber E, Sela M, et al. 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第九讲第二套遗传密码
对提高生物工程产物的产率有重要的实用价值。
蛋白质工程的兴起,已使人们不再满足于天然蛋白
的利用,而开始追求设计自然界不存在的全新的、 具有某些特定性质的蛋白质。这就开辟了蛋白设计 的新领域。
(改变金黄色葡萄球菌IgG结合蛋白中一个56个殘基片段中的28个殘基, 从而使原来主要是β-折叠的结构改变为一个主要是α-螺旋的蛋白)
四.第二套遗传密码的特点
①
简并性:指不少氨基酸序列颇为不同的肽链可以有 极为相似的甚至相同的三维结构。 如在不同生物体中执行相同生物功能的蛋白质虽然 可以有氨基酸序列上的差异,但却有相同的整体三 维结构。 例:近百种不同来源的线粒体细胞色素C的氨基 酸序列已经测定,它们的氨基酸残基数均在104左右, 其中仅在21个位置上的氨基酸在不同的生物体的细 胞色素C是完全相同的,其他则各不相同;但是所有 这些细胞色素C的整体三维结构却是非常相似的。
在蛋白质家族中,根椐其氨基酸序列相差 少于20%者可划为亚家族
③ •
通过实验研究 探讨变性蛋白质如何重恢复其天然构象
•
•
新生肽如何折叠为完整蛋白质
研究肽链中氨基酸的定点突变如何影响蛋
白质的总体结构折叠与形成的动力学过程
•
实验研究不仅将会为第二遗传密码的确定
提供重要信息,也是最终检验所提出的第
二遗传密码是否正确的必要手段。
第二遗传密码具有简并性、多义性和全局 性等特点。第二遗传密码的研究,将为提 高生物工程产物的产率和设计自然界不存 在的全新蛋白质开创广阔的前景。
THE END !
近年来得知某些疾病是由于蛋白质折叠错
误而引起的。如类似疯牛病的某些神经性
疾病、老年痴呆症、帕金森症等。这些疾
朱玉贤 第三版 现代分子生物学 重点
分子生物学课程教学讲义朱玉贤第一讲序论二、现代分子生物学中的主要里程碑分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征与其重要性、规律性和相互关系的科学,是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘,由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的根底学科。
当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的,科学家为提醒这些遗传密码所进展的努力就成为人类征服自然的一局部,而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学。
从1847年Schleiden和Schwann提出"细胞学说",证明动、植物都是由细胞组成的到今天,虽然不过短短一百多年时间,我们对生物大分子--细胞的化学组成却有了深刻的认识。
孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识,而Morgan的基因学说那么进一步将"性状"与"基因"相耦联,成为分子遗传学的奠基石。
Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型,为充分提醒遗传信息的传递规律铺平了道路。
在蛋白质化学方面,继Sumner在1936年证实酶是蛋白质之后,Sanger利用纸电泳与层析技术于1953年首次说明胰岛素的一级结构,开创了蛋白质序列分析的先河。
而Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白〔myoglobin〕与血红蛋白〔hemoglobin〕的三维结构,论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用,成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。
1910年,德国科学家Kossel第一个别离了腺嘌呤,胸腺嘧啶和组氨酸。
1959年,美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸,实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。
同年,Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制。
1962年,Watson〔美〕和Crick〔英〕因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖,后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。
遗传密码ppt课件
十三、真核类细胞中蛋白质在转译后修饰
►部分切除。 ►添加其它化学基团等。
双链。 ► 要证实基因是DNA分子的一个区段:测定基因的核
苷酸顺序和它所决定的蛋白质的氨基酸顺序,根据 遗传密码,比较两者的顺序,是否互相对应。 ► 碱基序列测定:
Sanger双脱氧链终止法:1977年发明。 Gilbert化学修饰法:1977年发明。
二人于1980年获得诺贝尔奖。
► RNA噬菌体MS2: * 含有三个基因。碱基排列顺序与其编码的蛋白质 的氨基酸顺序相对应。
细菌中:起始密码子为AUG和GUG。
真核生物:起始密码子为AUG。(遗英词)
►终止密码子:三种不编码氨基酸的密码子是 UAA、UAG和UGA。它们的作用是终止 mRNA翻译成蛋白质。
(三联体密码)
(不重叠性:前后两个密 码子无兼用核苷酸)
(统一性)
八、核糖体
►信使RNA(mRNA):遗传信息的携带者。 ►转移RNA(rRNA):与核糖体蛋白质结合在一
► 断定两个突变属于不同顺反子的根据,是这两个突 变型的顺式或反式构型都表现为野生型。
► 属于同一顺反子的两个拟等位突变型的的反式结构 的表型为突变型,只有顺式结构的表型才是野生型。
► 一个顺反子是一个不容割裂的功能单位。
曲霉菌
► 曲霉菌的菌丝是单倍体。 ► 两个不同菌株的菌丝混合培养,有时两种不同的核
十四、中心法则和它的发展
►1958年Crick提出了DNA-RNA和蛋 白质三者关系的中心法则。
遗传密码
遗传密码遗传密码-概述遗传密码遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。
指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向,由起始密码子AUG 开始,每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
遗传密码决定蛋白质中氨基酸顺序的核苷酸顺序,由3个连续的核苷酸组成的密码子所构成。
由于脱氧核糖核酸(DNA)双链中一般只有一条单链(称为有义链或编码链)被转录为信使核糖核酸(mRNA),而另一条单链(称为反义链)则不被转录,所以即使对于以双链DNA作为遗传物质的生物来讲,密码也用核糖核酸(RNA)中的核苷酸顺序而不用DNA中的脱氧核苷酸顺序表示。
遗传密码-简介人体遗传密码正在被逐步破译图册在转移核糖核酸(tRNA)分子中有一组与mRNA中的密码子配对的三联体,称为反密码子。
每种tRNA携带一种特定的氨基酸,在遗传密码的解读中起着关键性的作用。
1961年英国分子生物学家F·H·C·克里克等在大肠杆菌噬菌体T4中用遗传学方法证明密码子由三个连续的核苷酸所组成。
美国生物化学家M·W·尼伦伯格等从1961年开始用生物化学方法进行解码研究。
1964年尼伦伯格等人进行人工合成的三核苷酸和氨基酰-tRNA、核糖体三者的结合试验,证明三核苷酸已经具备信使的作用。
通过种种实验,遗传密码已于1966年全部阐明。
表中所列的64个密码子编码18种氨基酸和两种酰胺。
至于胱氨酸、羟脯氨酸、羟赖氨酸等氨基酸则都是在肽链合成后再行加工而成的。
64个密码子中还包括3个不编码任何氨基酸的终止密码子,它们是UAA、UAG、UGA。
这种由3个连续的核苷酸组成的密码称为三联体密码。
1954年2月,美国物理学家Gamow根据Watson和Crick发表的DNA双股螺旋结构,提出了DNA的腺嘌呤N5C5H5,鸟嘌呤N5C5H5O,胞嘧啶N3C4H5O和胸腺嘧啶N2C5H6O2等四种碱基可能就是密码子的最初设想。
遗传密码的解读
遗传密码的解读遗传密码是生物体内部遗传信息传递的重要方式,它决定了蛋白质的合成过程。
在细胞内,DNA中的信息需要通过转录和翻译的过程转化为蛋白质,而这一过程正是由遗传密码来完成的。
遗传密码的解读是生物学研究中的重要课题,它揭示了生命的奥秘,为人类深入了解生物学提供了重要线索。
1. 遗传密码的基本概念遗传密码是指在蛋白质合成过程中,mRNA上的核苷酸序列与特定的氨基酸之间的对应关系。
在遗传密码中,每个密码子对应着一个特定的氨基酸,同时还有起始密码子和终止密码子。
起始密码子标志着蛋白质合成的开始,而终止密码子则表示蛋白质合成的结束。
遗传密码的解读需要依靠tRNA和rRNA等分子的协同作用,通过互补配对的方式完成。
2. 遗传密码的特点遗传密码具有以下几个特点:(1)遗传密码是三联体的:每个密码子由三个核苷酸组成,这种三联体的结构决定了遗传密码的多样性和复杂性。
(2)遗传密码具有冗余性:同一种氨基酸可以由多个不同的密码子编码,这种冗余性保证了遗传密码的稳定性和可靠性。
(3)遗传密码是非重叠的:在mRNA上,每个密码子之间没有重叠,保证了蛋白质合成的准确性和顺序性。
3. 遗传密码的解读过程遗传密码的解读是一个复杂而精密的过程,包括转录和翻译两个阶段。
(1)转录:在细胞核中,DNA的信息被转录成mRNA,这一过程由RNA聚合酶完成。
RNA聚合酶在DNA模板上按照碱基互补配对的原则合成mRNA,形成mRNA的前体。
(2)翻译:mRNA前体进入细胞质中的核糖体,与tRNA和rRNA相互作用,进行翻译过程。
tRNA携带特定的氨基酸,通过与mRNA上的密码子互补配对,将氨基酸按照遗传密码的规则连接成多肽链,最终形成蛋白质。
4. 遗传密码的意义遗传密码的解读对于生物体的生长发育、遗传变异等过程具有重要意义。
(1)遗传密码的解读揭示了生物体内部遗传信息传递的机制,为人类深入了解生命的奥秘提供了重要线索。
(2)遗传密码的破译有助于揭示遗传病的发生机制,为疾病的预防和治疗提供理论基础。
第10篇 遗传密码
B 核糖体结合技术
1964年Nirenberg又采用 三联体结合实验 (1) tRNA和氨基酸及三联 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,而 tRNA- 氨 基酸的复合体是可以通过 的。
通过该方法,61个codons被破译(仅剩UAA,UAG,UGA?) Stop codon 的证实
2)实验破译三联子密码
A. 以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板 指导多肽的合成 制备大肠杆菌的无细胞合成体系: (在含DNA、mRNA、tRNA、核糖体、AA-tRNA合成酶及其他
酶类的抽提物中加入DNase,降解体系中的DNA,耗尽mRNA 时,体系中的蛋白质合成即停止)
当补充外源mRNA或人工合成的各种均聚物或共聚 物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分时又能合 成新的肽链,新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板 所决定。因此,分析比较加入的模板和合成的肽链 即可推知编码某些氨基酸的密码。
简并:1个氨基酸有多个密码子的现象或多个密码子为1个氨基 酸编码。 编码同一种氨基酸的密码子称同义密码子
简并密码的生物学意义: 减少变异对生物的影响
The Genetic Code
同义密码子一般都不是随机分布的,因为其第一、第 二位核苷酸往往是相同的,而第三位核苷酸的改变并 不一定影响所编码的氨基酸,这种安排减少了变异对 生物的影响。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。
反密码子第一位 A C G U I
密码子第三位 U G C,U A,G A,U,C
Wobble base的摇摆配对原则
3. 遗传密码的通用性和变异性
遗传密码无论在体内还是体外,也无论是对病毒、细菌、 动物还是植物而言都是适用的,所以,密码子具有通用性。已 经查明,在支原体中,终止密码子UGA被用来编码色氨酸;在 嗜热四膜虫中,另一个终止密码子UAA被用来编码谷氨酰胺。 密码子具有特殊性。
医学分子生物学重点名词解释问答(2)
医学分子生物学重点名词解释问答(2)医学分子生物学重点名词解释问答复制方式称为DNA的半保留复制。
DNA的半不连续复制(semi-discontinuous replication):在DNA复制过程中,前导链的复制是连续的,而后随链的复制是中断的、不连续的。
DNA复制体(replisome):在复制叉附近,形成了以两套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引发体和解链酶构成的类似核糖体大小的复合体,称为DNA复制体。
AP位点(AP site):糖苷水解酶特异性切除受损核苷酸上的糖苷键,在DNA链上形成的去嘌呤或去嘧啶位点。
转座\移位(transposition):遗传信息从一个基因座转移至另一个基因座的现象称为基因转座,是由可移位因子介导的遗传物质重排。
转座子(transposon,Tn):存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。
由于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一位置,甚至在不同染色体之间跃迁,因此有时也称为跳跃基因(Jumping gene)。
插入序列(insertion sequence,IS):最简单的不含有任何宿主基因的转位因子。
片段长度700—2500bp。
复合转座子(composite transposon):是一类携带某些与转座无关的抗性基因(或其它宿主基因)的转座子。
分子量>2000bp。
启动子(promoter):能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。
核心启动子(core promoter):指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序列。
包括转录起始点及其上游-25/-30bp处的TATA盒。
RNA剪接(RNA splicing):一个基因的外显子和内含子共同转录在一条转录产物中,将内含子去除而把外显子连接起来形成成熟RNA分子的过程。
RNA的选择性剪接:用不同的剪接方式从一个mRNA前体产生不同的mRNA剪接异构体的过程。
RNA的编辑(RNA editing):转录后的RNA插入、删除或取代一些核苷酸残基,导致DNA所编码的遗传信息发生改变。
遗传密码——三联子 tRNA的结构、功能与种类 核糖体的结构...
● 遗传密码——三联子 ● tRNA的结构、功能与种类 ● 核糖体的结构与功能 ● 蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
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三、核糖体的结构与功能
(一)核糖体的结构
1/3的蛋白和2/3的RNA• (原核) 2/5的蛋白和3/5的RNA (真核)
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5’-AGGAGGU-3’
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2. 在IF-2和GTP的帮助下, fMet-tRNAfMet进入小亚基
的P位,tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码
子配对。
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
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3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基
P位点 Peptidyl site 成肽的位点 E位点 Exit• site 退出的位点
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在单个核糖体上,可化分多个功能活性中心,
在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。
●mRNA结合部位——小亚基
●结合或接受AA-tRNA部位(A位)——大亚基
●结合或接受肽基tRNA的部位(P位)——大亚基
CGAAC 与tRNA上的TΨC臂上的GTΨCG识别 与5S• rRNA功能相似
18S rRNA
酵母的18S rRNA的3’端与大肠杆菌16S rRNA具有广泛的同源性
28S rRNA
功能还不清楚
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三个tRNA结合位点
A位点 Aminoacyl site 氨酰的位点
生物学中的重要概念——遗传密码
生物学中的重要概念——遗传密码遗传密码是生物学中一个非常重要的概念,它是描述基因和蛋白质之间关系的重要性原则。
在生物界中,遗传密码是遗传信息编码的关键系统,通过遗传密码,基因的信息可以被传输并翻译成蛋白质。
遗传密码的组成遗传密码由核苷酸三联体(codon)所构成,它们是由DNA序列编码的。
核苷酸三联体的序列不同,因此,它们可以编码不同的氨基酸。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位之一,因此,在编码蛋白质的过程中,遗传密码承担着非常重要的作用。
遗传密码的规则遗传密码是一套规则,用来指示氨基酸在蛋白质合成中的位置。
每个核苷酸三联体相当于一条指令,告诉蛋白质细胞合成器组成什么氨基酸链。
基因里的信息经过转录形成RNA分子,这个RNA分子含有与DNA上相同的三联体,但是,它不是由A、T、C、G四个碱基构成的,而是由A、U、C和G四个碱基组成的。
此时,这些三联体被称为密码子(codon)。
RNA通过mRNA,组成三联体,被称为是非常重要的遗传信息,因为它们决定着蛋白质的序列。
遗传密码的特点遗传密码具有一些特点。
首先,它是不具备歧义性的。
也就是说,每个三联体只能编码一种氨基酸。
其次,遗传密码是具有特异性的,即不同的三联体所编码的氨基酸是不同的。
最后,遗传密码还是具有一致性的,即在不同生物种类中,编码同样氨基酸的三联体相同。
遗传密码的意义正是由于遗传密码的存在,基因和蛋白质之间才能建立起联系。
当细胞合成新的蛋白质时,它先从DNA中复制出所需的基因信息,然后将这些信息转换成mRNA信使分子,在核外转录成蛋白质。
这一过程的主要参与者是核苷酸三联体,也就是遗传密码。
遗传密码的研究遗传密码的研究从20世纪60年代开始,当时罗伯特和霍利卡首次破解了遗传密码。
他们利用核酸化学的技术,研究了以胶肉杆菌和噬菌体为代表的多个细胞类型,试图确定每种核苷酸三联体对应的氨基酸。
最终,他们证明了核苷酸序列共有64种可能性,且仅有20种氨基酸。
这些独立的从核酸翻译成氨基酸的三联体被称为密码子。
遗传学生命科学中的遗传密码
遗传学生命科学中的遗传密码遗传学作为生命科学的一个重要分支,研究的内容主要涉及到生物个体间遗传性状的传递、变异和演化规律等方面。
而遗传密码是遗传学中的一个重要概念,它指的是基因与蛋白质之间的翻译关系,是一套用于翻译DNA中的信息的规则。
一、遗传密码的发现在20世纪50年代,科学家们通过一系列的实验证明了基因是由DNA组成,并且存在于细胞核中。
然而,科学家们尚未解开基因中具体蕴含的信息。
直到1961年,研究人员马歇尔·内伦伯格和赛尔斯·纽普拉特等人通过实验证明,基因是由DNA编码的,而基因信息的翻译是通过载体分子RNA来完成的。
他们的研究为揭示遗传密码提供了重要的线索。
二、遗传密码的含义遗传密码是描述基因信息翻译过程的一套规则。
它规定了基因中DNA序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系。
在遗传密码中,一段连续的三个核苷酸被称为一个密码子,而每个密码子对应一个特定的氨基酸。
根据遗传密码的规则,这些密码子的排列顺序决定了生物体中的蛋白质序列。
三、遗传密码的特点1. 三联密码子:遗传密码是由三个核苷酸组成的密码子,也称为三联体。
由于核苷酸有四种碱基,因此总共有64种不同的可能性的三联密码子组合。
其中61种密码子指定了20种氨基酸,而另外3个密码子则表示终止翻译。
2. 稳定一致性:遗传密码是普遍存在、稳定一致的。
无论是何种生物的DNA,遗传密码规则是相同的。
这种稳定一致性使得基因信息的翻译成为可能。
4. 起始密码子和终止密码子:遗传密码中包含一个起始密码子(AUG)和三个终止密码子(UAA、UAG、UGA)。
起始密码子用于启动翻译过程,而终止密码子则表示蛋白质的结束。
5. 有些密码子具有多义性:有些密码子不仅仅对应一个氨基酸,而是可以对应多个氨基酸。
这种多义性在遗传密码中存在,并且是由生物体的适应性进化造成的。
四、遗传密码的重要性遗传密码是生命科学中非常重要的一部分,它直接决定了基因信息的翻译成蛋白质的过程。
遗传密码——精选推荐
遗传密码遗传密码决定蛋⽩质中氨基酸顺序的核苷酸顺序 ,由3个连续的核苷酸组成的密码⼦所构成 。
由于脱氧核糖核酸(DNA )双链中⼀般只有⼀条单链(称为有义链或编码链)被转录为信使核糖核酸(mRNA ),⽽另⼀条单链(称为反义链)则不被转录,所以即使对于以双链 DNA 作为遗传物质的⽣物来讲,密码也⽤核糖核酸(RNA )中的核苷酸顺序⽽不⽤DNA 中的脱氧核苷酸顺序表⽰。
遗传密码编辑⽅向性连续性简并性摆动性通⽤性阅读⽅式验证猜想破译⽅法破解原理起始和终⽌密码⼦简并性阅读框⾮标准的遗传密码⽬录1概念2特点3破解历史4历史起源5密码⼦表6逆密码⼦表7技术细节8结构基因的表达9⼀代密码10⼆代密码11医学应⽤12意义英⽂名:geneticcodon遗传密码遗传密码⼜称密码⼦、遗传密码⼦、三联体密码。
指信使RNA (mRNA )分⼦上从5'端到3'端⽅向,由起始密码⼦AUG 开始,每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上每⼀个氨基酸和各氨基酸的合成顺序,以及蛋⽩质合成的起始、延伸和终⽌。
遗传密码遗传密码是⼀组规则,将DNA 或RNA 序列以三个核苷酸为⼀组的密码⼦转译为蛋⽩质的氨基酸序列,以⽤于蛋⽩质合成。
⼏乎所有的⽣物都使⽤同样的遗传密码,称为标准遗传密码;即使是⾮细胞结构的病毒,它们也是使⽤标准遗传密码。
但是也有少数⽣物使⽤⼀些稍微不同的遗传密码。
⽅向性密码⼦是对mRNA 分⼦的碱基序列⽽⾔的,它的阅读⽅向是与mRNA 的合成⽅向或mRNA 编码⽅向⼀致的,即从5'端⾄3'端。
连续性mRNA 的读码⽅向从5'端⾄3'端⽅向,两个密码⼦之间⽆任何核苷酸隔开。
mRNA 链上碱基的插⼊、缺失和重叠,均造成移框突变。
简并性概念遗传密码遗传密码特点[1]遗传密码表遗传密码表指⼀个氨基酸具有两个或两个以上的密码⼦。
密码⼦的第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。
摆动性mRNA 上的密码⼦与转移RNA(tRNA )J 上的反密码⼦配对辨认时,⼤多数情况遵守碱基互补配对原则,但也可出现不严格配对,尤其是密码⼦的第三位碱基与反密码⼦的第⼀位碱基配对时常出现不严格碱基互补,这种现象称为摆动配对。
三联子密码名词解释
三联子密码名词解释
嘿,你知道三联子密码不?这可真是个神奇的东西啊!就好像是生
命的密码锁一样。
三联子密码,简单来说呢,就是遗传信息的一种编码方式。
咱举个
例子啊,就好比你有一串特别的钥匙,每三把钥匙一组,这一组钥匙
就能打开特定的一扇门。
在生物界呀,DNA 上的碱基序列就是这样的
钥匙串,三个碱基一组,形成了三联子密码。
你想想看,细胞就像是一个超级大工厂,三联子密码就是指挥这个
工厂运作的指令。
比如 AUG 这个三联子密码,它就像是一个启动信号,告诉细胞开始制造蛋白质啦。
哎呀呀,这三联子密码多重要啊!它决定了生物会有什么样的特征,会怎么生长发育。
这就好像是一场奇妙的旅程,三联子密码就是那张
指引方向的地图!
咱再打个比方,三联子密码就像是一首独特的曲子,每个音符都不
能错,错了整首曲子就变味了。
要是三联子密码出了错,那可不得了,可能会导致各种各样的疾病呢!
你说神奇不神奇?它虽然看不见摸不着,但却在默默地影响着一切
生命活动。
所以啊,我们得好好了解它,研究它。
我觉得三联子密码就是生命的奥秘之一,值得我们不断去探索和发现,它让我们对生命有了更深刻的认识和理解,不是吗?。
三联体遗传密码子
三联体遗传密码子知识介绍三联体遗传密码子是生物体内至关重要的遗传信息编码系统,它在决定蛋白质的氨基酸顺序方面发挥着至关重要的作用。
三联体遗传密码子是由3个连续的核苷酸组成的密码子,这些核苷酸按照特定的顺序排列,形成一个个的密码子。
这些密码子在信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向排列,从起始密码子AUG开始,每三个核苷酸组成一个三联体。
三联体遗传密码子具有许多重要的特性。
首先,它具有连续性,即一串核苷酸只能按照其排列顺序一个接一个地被读取,不能跳过任何一段核苷酸。
这意味着每一个核苷酸都在编码过程中发挥着不可或缺的作用。
其次,遗传密码具有简并性,即一种密码子只能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子决定。
这种特性增加了遗传信息的复杂性和多样性,使得生物体能够合成出种类繁多的蛋白质。
除此之外,三联体遗传密码子还具有摆动性。
当mRNA上的密码子与转移RNA(tRNA)上的反密码子配对辨认时,大多数情况下它们遵循碱基互补配对原则,但也有可能出现不严格配对的情况。
这种不严格配对使得密码子的解读更加灵活,能够适应不同的环境变化和生物进化。
最后,三联体遗传密码子具有通用性,几乎所有的生物都使用同样的遗传密码。
这使得不同生物之间的基因交流和相互作用成为可能,也进一步证明了生物的多样性和统一性。
总之,三联体遗传密码子是生物体内至关重要的遗传信息编码系统,它通过特定的核苷酸排列和组合方式来决定蛋白质中的氨基酸顺序。
其特性包括连续性、简并性、摆动性和通用性,这些特性共同保证了遗传信息的准确传递和蛋白质合成的多样性。
对于理解生物的生长发育、疾病发生和演化等过程具有重要意义。
遗传密码的性质
1.遗传密码子是三联体密码:一个密码子由信使核糖核酸(mRNA)上相邻的三个碱基组成。
2.密码子具有通用性:不同的生物密码子基本相同,即共用一套密码子。
3遗传密码子无逗号:两个密码子间没有标点符号,密码子与密码子之间没有任何不编码的核苷酸,读码必须按照一定的读码框架,从正确的起点开始,一个不漏地一直读到终止信号。
4遗传密码子不重叠,在多核苷酸链上任何两个相邻的密码子不共用任何核苷酸。
5密码子具有简并性:除了甲硫氨酸和色氨酸外,每一个氨基酸都至少有两个密码子。
这样可以在一定程度内,使氨基酸序列不会因为某一个碱基被意外替换而导致氨基酸错误。
6密码子阅读与翻译具有一定的方向性:从5'端到3'端。
7有起始密码子和终止密码子,起始密码子有两种,一种是甲硫氨酸(AUG),一种是缬氨酸(GUG),而终止密码子(有3个,分别是UAA、UAG、UGA)没有相应的转运核糖核酸(tRNA)存在,只供释放因子识别来实现翻译的终止。
在信使RNA中,碱基代码A代表腺嘌呤,G代表鸟嘌呤,C代表胞嘧啶,U代表尿嘧啶(注意:RNA 与DNA不同,RNA没有胸腺嘧啶T,取而代之的是尿嘧啶U,按照碱基互补配对原则,U与A形成配对)。
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▪ 2)Francis Crick等人第一次证实只有用三联子密码 的形式才能把包含在由AUGC四个字母组成遗传信 息(核酸)准确无误地翻译成由20种不同氨基酸组 成的蛋白质序列,实现遗传信息的表达。
实验1: 用吖啶类试剂(诱导核苷酸插入或丢失)处理T4
UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’由第二种读码 方式产生的密码子UAG是终止密码,不编码任何氨 基酸,因此,只产生GUA(Val)或AGU(Ser)。
▪ 实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。Nirenberg等
及Ochoa等又用各种随机的多聚物作模板合 成多肽。例如,以只含A、C的多聚核苷酸作 模板,任意排列时可出现8种三联子,即 CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、 AAC、AAA,获得由Asn、His、Pro、Gln、 Thr、Lys等6种氨基酸组成的多肽。
▪ 实验4: 以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核
苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽, 5'…UGU GUG UGU GUG UGU GUG…3',不管读码从U开 始还是从G开始,都只能有UGU(Cys)及GUG(Val)两 种密码子。
▪ 实验5: 以共聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组
成的多肽。如以多聚(UUC)为模板,可能有3种 起读方式:
5’…UUC UUC UUC UUC UUC…3’或 5’…UCU UCU UCU UCU UCU…3’或 5'…CUU CUU CUU CUU CUU…3'分别产生UUC(Phe)、UCU(Ser) 或CUU(Leu).
多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2种多肽: 5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’或5’…UAG
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU 等为模板,在含核糖体、AA-tRNA的反应液中保温 后通过硝酸纤维素滤膜,只有游离的AA-tRNA因相 对分子质量小而通过滤膜,而核糖体或与核糖体结 合的AA-tRNA则留在滤膜上,这样可把已结合与未 结合的AA-tRNA分开。
当体系中带有多聚核苷酸模板时,从大肠杆菌
50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果: (1)Paul Zamecnik等人证实细胞中蛋白
质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸
注射到大鼠体内,经过一段时间后收获其肝
脏,进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份 中的放射性蛋白质。
如果注射后经数小时(或数天)收获肝脏,
所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质; 果注射后几分钟内即收获肝脏,那么,
AA-tRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入 mRNA或人工合成的均聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基 酸等成分时又能合成新的肽链,新生肽链的氨基酸顺序由外 加的模板来决定。
1961年,Nirenberg等以poly(U)作模板时发现合成了多 聚苯丙氨酸,从而推出UUU代表苯丙氨酸(Phe)。以poly (C)及poly(A)做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。
二. 遗传密码——三联子
▪ 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个核苷酸就称为一个密码,也叫三联 子密码。翻译时从起始密码子AUG开始,沿 mRNA5’→3’的方向连续阅读直到终止密码子,生成 一条具有特定序列的多肽链。
▪ mRNA中只有4种核苷酸,而蛋白质中有20种氨 基酸,若以一种核苷酸代表一种氨基酸,只能代表 4种(41=4)。若以两种核苷酸作为一个密码(二联 子),能代表42=16种氨基酸。而假定以3个核苷酸 代表一个氨基酸,则可以有43=64种密码,满足了 编码20种氨基酸的需要。
噬菌体rII位点上的两个基因,使之发生移码突变 (frame-shift),就生成完全不同的、没有功能的 蛋白质。
实验2: 研究烟草坏死卫星病毒发现,其外壳蛋白亚基由
400个氨基酸组成,相应的RNA片段长1200个核苷 酸,与密码三联子体系正好相吻合。
▪ 实验3: 以均聚物为模板指导多肽的合成。 在含有tRNA、核糖体、
▪ (3)氨基酸的“活化”与核糖体结合技术。 如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共培养,氨
基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性RNA分子 (transfer RNA,tRNA)上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA),并把 催化该过程的酶称为氨基酰合成酶(aminoacyltRNA Synthetase)。
中提取的核糖体经常与特异性氨基酰-tRNA相结合。 如果把核糖体与poly(U)和Phe-tRNAPhe共温育, 核糖体就能同时与poly(U)和Phe-tRNAPhe相结 合。
4种核苷酸组成61个编码氨基酸的密码子 和3个终止密码子,它们不能与tRNA的反密 码子配对,但能被终止因子或释放因子识别, 终止肽链的合成。由一种以上密码子编码同 一个氨基酸的现象称为简并(degeneracy), 对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子 (synonymous codon)。