RNA的生物合成(转录)
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• 大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球 体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三 角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住， 两亚基的结合面进行蛋白质合成。
• 核糖体的组成
核糖体
原核生物 (70S)
亚单位
小亚基(30S) 大亚基(50S)
真核生物 (80S)
小亚基(40S) 大亚基(60S)
rRNA
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发 生插入或缺失，可能导致移码突变。
3.密码子的简并性
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有 一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个， 或多至6个三联体为其编码。
密码子简并性可以减少有害突变。
遗传密码的简并性
同一个氨基酸有两个或更多密码子 的现象，称为密码子的简并性。
➢ 第三个实验：由Jones,Khorana等人完成 的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的 核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板， 在体外进行蛋白质合成，发现可以生成三种 重复的多肽链（图C）。若从A翻译，则合成 出多聚Ile，即AUC对应Ile；若从U翻译，则 合成出多聚Ser，即UCA对应Ser；若从C翻 译，则合成出多聚His，即CAU对应His。这 是因为体外合成是无调控的合成，可以随机 地从A、或U、或C翻译，所以有三种重复的 多肽链生成。
• 其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等
一、翻译的模板 ---mRNA及遗传密码
• mRNA是遗传信息的携带者、传递者
❖ 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。
❖ 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， 为多顺反子。
❖ 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子。
➢ 第二个实验：1964年也是由美国的 M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成 一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大 肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由 此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA 上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几 种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、 最好的证据（图B）。
mRNA上存在遗传密码
mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基 酸，这三个相邻核苷酸就称为一个密码子， 或三联体密码。
阅读与书写方向：5′→3′ 数量：64（43）,编码氨基酸 61 起始密码子：AUG（GUG） 终止密码子：UAA、UAG、UGA
证明三联体密码的三个著名实验
➢ 第一个实验：1961年由美国的 M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核 苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核Biblioteka Baidu酸组成的 多核苷酸链,用它作模板,利用大肠杆菌蛋白提 取液和GTP在体外合成蛋白质。发现多聚(U) 导致多聚Phe的合成,表明多聚(U)编码多聚 Phe；类似的实验表明,多聚(A)编码多聚Lys； 多聚(C)编码多聚Pro (图A)
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
•第2位碱基U：非极性、支链氨基酸
•第2位碱基C：非极性或不带电荷的极性 氨基酸
•第2位碱基A、G：除Trp外，均为极性氨 基酸
•第2位碱基A，第1位碱基G：酸性氨基酸
•第2位碱基A、 G，第1位碱基C 、A ：碱 性氨基酸和不带电荷的极性氨基酸
二、肽链合成的场所 ---rRNA和核糖体
• 核糖体（核蛋白体）是蛋白质合成的场所。
第十二章
蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
– 起始因子（initiation factor, IF） – 延长因子（elongation factor，EF） – 释放因子（release factor，RF）
真核生物：游离核糖体或与内质网结合
原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状 的多核糖体(提高翻译效率)。
• 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。
• 由若干核糖体结合在一条mRNA上同时 进行多肽链的翻译所形成的念球状结构 称为多核糖体。
16S rRNA 5S rRNA 23S rRNA
18S rRNA 5.8S rRNA 5S rRNA 28S rRNA
蛋白质
21种 34种
～33种 ～ 49种
核 糖 体 的 组 成
核糖体的存在形式：
核糖体的存在形态有三种：核糖体亚基、单 核糖体和多核糖体。 核糖体亚基可在10mmol/L浓度的 Mg2+溶液中 聚合，在0.1mmol/L 浓度的Mg2+溶液中解聚。
摆 动 配 对
6. 通用性
• 地球上的一切生物都通用这套密码子表。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、
植物细胞的叶绿体。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自
同一祖先。
7.防错性
• 氨基酸的极性通常由密码子第二位碱基决 定，简并性由第三位碱基决定。
• DNA突变时，保障编码的氨基酸不变，或 编码氨基酸的理化性质不变。
tRNA 上 的 反 密 码 子 通 过 碱 基 互 补 与 mRNA上的密码子反向配对结合，反密码子 第一位碱基与密码子第三位碱基间不严格遵 守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
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 AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U G
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(ORF)。
遗传密码的特点
1.密码子无标点符号
方向5 ‵ 3 ‵
2.密码子的不重叠
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体 密码从起始密码子开始，连续阅读至终止 密码子，密码子间既无间隔也不重叠。
• 核糖体的组成
核糖体
原核生物 (70S)
亚单位
小亚基(30S) 大亚基(50S)
真核生物 (80S)
小亚基(40S) 大亚基(60S)
rRNA
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发 生插入或缺失，可能导致移码突变。
3.密码子的简并性
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有 一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个， 或多至6个三联体为其编码。
密码子简并性可以减少有害突变。
遗传密码的简并性
同一个氨基酸有两个或更多密码子 的现象，称为密码子的简并性。
➢ 第三个实验：由Jones,Khorana等人完成 的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的 核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板， 在体外进行蛋白质合成，发现可以生成三种 重复的多肽链（图C）。若从A翻译，则合成 出多聚Ile，即AUC对应Ile；若从U翻译，则 合成出多聚Ser，即UCA对应Ser；若从C翻 译，则合成出多聚His，即CAU对应His。这 是因为体外合成是无调控的合成，可以随机 地从A、或U、或C翻译，所以有三种重复的 多肽链生成。
• 其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等
一、翻译的模板 ---mRNA及遗传密码
• mRNA是遗传信息的携带者、传递者
❖ 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。
❖ 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， 为多顺反子。
❖ 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子。
➢ 第二个实验：1964年也是由美国的 M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成 一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大 肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由 此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA 上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几 种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、 最好的证据（图B）。
mRNA上存在遗传密码
mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基 酸，这三个相邻核苷酸就称为一个密码子， 或三联体密码。
阅读与书写方向：5′→3′ 数量：64（43）,编码氨基酸 61 起始密码子：AUG（GUG） 终止密码子：UAA、UAG、UGA
证明三联体密码的三个著名实验
➢ 第一个实验：1961年由美国的 M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核 苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核Biblioteka Baidu酸组成的 多核苷酸链,用它作模板,利用大肠杆菌蛋白提 取液和GTP在体外合成蛋白质。发现多聚(U) 导致多聚Phe的合成,表明多聚(U)编码多聚 Phe；类似的实验表明,多聚(A)编码多聚Lys； 多聚(C)编码多聚Pro (图A)
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
•第2位碱基U：非极性、支链氨基酸
•第2位碱基C：非极性或不带电荷的极性 氨基酸
•第2位碱基A、G：除Trp外，均为极性氨 基酸
•第2位碱基A，第1位碱基G：酸性氨基酸
•第2位碱基A、 G，第1位碱基C 、A ：碱 性氨基酸和不带电荷的极性氨基酸
二、肽链合成的场所 ---rRNA和核糖体
• 核糖体（核蛋白体）是蛋白质合成的场所。
第十二章
蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
– 起始因子（initiation factor, IF） – 延长因子（elongation factor，EF） – 释放因子（release factor，RF）
真核生物：游离核糖体或与内质网结合
原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状 的多核糖体(提高翻译效率)。
• 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。
• 由若干核糖体结合在一条mRNA上同时 进行多肽链的翻译所形成的念球状结构 称为多核糖体。
16S rRNA 5S rRNA 23S rRNA
18S rRNA 5.8S rRNA 5S rRNA 28S rRNA
蛋白质
21种 34种
～33种 ～ 49种
核 糖 体 的 组 成
核糖体的存在形式：
核糖体的存在形态有三种：核糖体亚基、单 核糖体和多核糖体。 核糖体亚基可在10mmol/L浓度的 Mg2+溶液中 聚合，在0.1mmol/L 浓度的Mg2+溶液中解聚。
摆 动 配 对
6. 通用性
• 地球上的一切生物都通用这套密码子表。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、
植物细胞的叶绿体。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自
同一祖先。
7.防错性
• 氨基酸的极性通常由密码子第二位碱基决 定，简并性由第三位碱基决定。
• DNA突变时，保障编码的氨基酸不变，或 编码氨基酸的理化性质不变。
tRNA 上 的 反 密 码 子 通 过 碱 基 互 补 与 mRNA上的密码子反向配对结合，反密码子 第一位碱基与密码子第三位碱基间不严格遵 守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
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 AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U G
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(ORF)。
遗传密码的特点
1.密码子无标点符号
方向5 ‵ 3 ‵
2.密码子的不重叠
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体 密码从起始密码子开始，连续阅读至终止 密码子，密码子间既无间隔也不重叠。