第十三章 蛋白质的生物合成共78页文档
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一、mRNA和遗传密码
原核生物mRNA的结构：4个特点
mRNA的半衰期很短,很不稳定,一旦完成其使 命后很快就被水解掉。 mRNA的分子大小差 异大。mRNA的合成是在DNA指导下的RNA 聚合酶的催化下先合成mRNA的前体，即核内 不均一RNA（hnRNA）。 hnRNA在细胞核 内加工成mRNA，然后转移到细胞质中。
生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定 的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把 亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子 代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给 RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨 基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后 代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主 细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒 RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称 为逆转录这是中心法则的补充。
mRNA
mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程 中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
原核生物和真核生物mRNA的比较
原核细胞mRNA的结构特点
SD区
顺反子
5´
AGGAGGU
顺反子
顺反子
3´
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
帽子结构功能
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列
U C A G
U C A G
3.三核苷酸诱导安酰tRNA对核糖体的特异结合
技术要点：人工合成三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA
确定与核糖体结合的AA
பைடு நூலகம்
（二）遗传密码的性质
1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 编码一个肽链的所有密码子是一个接着一个地 线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔，从 起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构 成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架 （ORF）。方向：从mRNA的5’到3’。
翻译过程十分复杂，需要mRNA、 tRNA、rRNA和多种蛋白因子参 与。在此过程中mRNA为合成的 模板，tRNA为运输氨基酸工具， rRNA 和 蛋 白 质 构 成 核 糖 体 ， 是 合成蛋白质的场所，蛋白质合成 的方向为N—C端。
遗传信息传递的中心法则
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制
翻译
蛋白质
如果利用poly（UC），则得到多聚Ser-LeuSer-Leu，推测UCU编码Ser，CUC编码Leu.
到1965年就全部破译了43 = 64组密码子。
M.W.Nirenberg等,1968年获诺贝尔生理医学 奖.
第一位
（5ˊ）
U
U
C
A
G
遗传密码字典
第二位
C
A
G
第三位
（3ˊ）
U C A G
U C A G
合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成。
AAAAAAA-OH
(一)遗传密码的破译
1.三联体密码与阅读框 遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷
酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对 应关系称为遗传密码。
密码子(codon)：mRNA上每3个相邻 的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨 基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子 或三联体密码。
B、可以使DNA上的碱基组成有较达的变化余 地，而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意 思基本同上）。
3、密码的摆动性：
密码子中第三位碱基与反密码子第一位 碱基的配对有时不一定完全遵循A-U、 G-C的原则，Crick把这种情况称为摇 摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。
反密码子第一位的G可以与密码子第三位 的C、U配对，U可以与A、G配对，I可 以和密码子的U、C、A配对，这使得 该类反密码子的阅读能力更强。
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分 子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生 命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基 础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命 。
遗 DNA
传
信
息
流
mRNA
动
示
核糖体
意
图
tRNA
第一节 RNA在蛋白质生物 合成中的重要功能
tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反 密码子，位于反密码子环上。
密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 两者反向平行配对。3’ 5’
5’
CCG
I
GGC
CCA-OH 3’
4、密码子是近于完全通用的。
这是如火如荼的转基因的前提。 目前只发现线粒体和叶绿体内有列外情况。
64组密码子中，AUG既是编码蛋氨酸的 密码，又是起始密码；有三组密码不编 码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止 密码子：UAG、UAA、UGA。
2.人工合成多核苷酸和
无细胞体系蛋白质合成
1961年，M.W.Nirenberg等人,大肠杆菌的无 细胞体系中外加poly(U)模板、20种标记的 氨基酸，经保温后得到了多聚phe-phe-phe， 于是推测UUU编码phe。利用同样的方法得 到 CCC 编 码 pro ， GGG 编 码 gly ， AAA 编 码 lys。
的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
真核细胞mRNA的结构特点
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
顺反子
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质所
必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质中
的稳定性
5´ “帽子”
PolyA 3´
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始
二、t RNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不 但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体， 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。
5‘
3‘
起始密
码子
如果在阅读框中插入或删除一个碱基 就会使其后的读码发生移位性错误 （称为移码）。
2.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，对应于同一氨基酸的一组密码子称 为同义密码子(Synonymous codon)。
简并性的生物学意义？
A、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性 后果
原核生物mRNA的结构：4个特点
mRNA的半衰期很短,很不稳定,一旦完成其使 命后很快就被水解掉。 mRNA的分子大小差 异大。mRNA的合成是在DNA指导下的RNA 聚合酶的催化下先合成mRNA的前体，即核内 不均一RNA（hnRNA）。 hnRNA在细胞核 内加工成mRNA，然后转移到细胞质中。
生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定 的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把 亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子 代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给 RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨 基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后 代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主 细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒 RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称 为逆转录这是中心法则的补充。
mRNA
mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程 中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
原核生物和真核生物mRNA的比较
原核细胞mRNA的结构特点
SD区
顺反子
5´
AGGAGGU
顺反子
顺反子
3´
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
帽子结构功能
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列
U C A G
U C A G
3.三核苷酸诱导安酰tRNA对核糖体的特异结合
技术要点：人工合成三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA
确定与核糖体结合的AA
பைடு நூலகம்
（二）遗传密码的性质
1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 编码一个肽链的所有密码子是一个接着一个地 线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔，从 起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构 成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架 （ORF）。方向：从mRNA的5’到3’。
翻译过程十分复杂，需要mRNA、 tRNA、rRNA和多种蛋白因子参 与。在此过程中mRNA为合成的 模板，tRNA为运输氨基酸工具， rRNA 和 蛋 白 质 构 成 核 糖 体 ， 是 合成蛋白质的场所，蛋白质合成 的方向为N—C端。
遗传信息传递的中心法则
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制
翻译
蛋白质
如果利用poly（UC），则得到多聚Ser-LeuSer-Leu，推测UCU编码Ser，CUC编码Leu.
到1965年就全部破译了43 = 64组密码子。
M.W.Nirenberg等,1968年获诺贝尔生理医学 奖.
第一位
（5ˊ）
U
U
C
A
G
遗传密码字典
第二位
C
A
G
第三位
（3ˊ）
U C A G
U C A G
合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成。
AAAAAAA-OH
(一)遗传密码的破译
1.三联体密码与阅读框 遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷
酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对 应关系称为遗传密码。
密码子(codon)：mRNA上每3个相邻 的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨 基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子 或三联体密码。
B、可以使DNA上的碱基组成有较达的变化余 地，而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意 思基本同上）。
3、密码的摆动性：
密码子中第三位碱基与反密码子第一位 碱基的配对有时不一定完全遵循A-U、 G-C的原则，Crick把这种情况称为摇 摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。
反密码子第一位的G可以与密码子第三位 的C、U配对，U可以与A、G配对，I可 以和密码子的U、C、A配对，这使得 该类反密码子的阅读能力更强。
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分 子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生 命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基 础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命 。
遗 DNA
传
信
息
流
mRNA
动
示
核糖体
意
图
tRNA
第一节 RNA在蛋白质生物 合成中的重要功能
tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反 密码子，位于反密码子环上。
密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 两者反向平行配对。3’ 5’
5’
CCG
I
GGC
CCA-OH 3’
4、密码子是近于完全通用的。
这是如火如荼的转基因的前提。 目前只发现线粒体和叶绿体内有列外情况。
64组密码子中，AUG既是编码蛋氨酸的 密码，又是起始密码；有三组密码不编 码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止 密码子：UAG、UAA、UGA。
2.人工合成多核苷酸和
无细胞体系蛋白质合成
1961年，M.W.Nirenberg等人,大肠杆菌的无 细胞体系中外加poly(U)模板、20种标记的 氨基酸，经保温后得到了多聚phe-phe-phe， 于是推测UUU编码phe。利用同样的方法得 到 CCC 编 码 pro ， GGG 编 码 gly ， AAA 编 码 lys。
的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
真核细胞mRNA的结构特点
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
顺反子
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质所
必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质中
的稳定性
5´ “帽子”
PolyA 3´
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始
二、t RNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不 但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体， 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。
5‘
3‘
起始密
码子
如果在阅读框中插入或删除一个碱基 就会使其后的读码发生移位性错误 （称为移码）。
2.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，对应于同一氨基酸的一组密码子称 为同义密码子(Synonymous codon)。
简并性的生物学意义？
A、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性 后果