遗传密码和蛋白质的生物合成

密码子或称三联体密码，即mRNA上决定 一个特定氨基酸的三个核苷酸 。 3. 密码子的确定 用各种人工合成模板在体外翻译蛋白质的方
法确定 用核糖体结合技术测定密码子中的核苷酸排
列顺序 1961年 ~1965年4年时间，完全确定了编码20
种天然氨基酸的密码子，编出了遗传密码字 典。
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四、遗传密码的基本特征
遗传密码和蛋白质的生物合 成
生物中心法则
DNA
复制
转录
DNA
RNA
逆转录
翻译
蛋白质
基因遗传
基因表达
忠实复制 忠实转录 忠实翻译
第一节 遗传密码
一、DNA是遗传信息的携带分子 （一）细胞含有恒定量的DNA
C值佯谬（矛盾）（C value paradox ）
பைடு நூலகம்
造成C值佯谬现象的原因：基因组DNA存在重复序列和 染色体多倍性；此外，还有染色体外基因（质粒） 和细胞器基因。
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’
大多数校正突变是发生在tRNA基因的突变 上，从而使tRNA的反密码子在阅读mRNA的信 息时发生了变化。
（三）核糖体是蛋白质合成的工厂
用放射性同位素标记氨基酸，注射到小鼠 体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离心 ，分离各细胞器，发现核糖体放射性最强，说 明核糖体是蛋白质合成部位。
（二）DNA是细菌的转化因子 （三）病毒是游离的遗传因子
遗传单位基因，只是一段核酸分子，它可 以存在染色体内，也可以存在染色体外；可以是 细胞内相，也可以是细胞外相。
二、RNA传递和加工遗传信息----基因表达依 赖于RNA
（一）RNA的拼接 （二）RNA的编辑 （三）RNA的译码(解码decoding)和再编码(recoding)
万卡特拉曼-莱马克里斯南、托马斯-施泰茨和阿达-尤纳斯（从左至右） 因对“核糖体结构和功能的研究”做出突出贡献而获得2009年诺贝尔化学奖。
他们在原子水平上揭示了核糖体的形态和功能。
二、翻译的步骤
肽链延伸合成的方向和速度 方向： N 端→C端 速度： 肽链延伸的速度极快，一个核糖体合成一条
完整的血红蛋白α-链(146个AA)3分钟, 0.8AA/秒; 大肠杆菌 20个AA/秒。
（一）密码的基本单位
－－是按5′→3 ′方向编码、不重叠、无标点 的三联体密码子
密码子之间没有任何起“标点”作用的空 格,阅读mRNA时是连续的,一次阅读3个核苷酸(碱 基).
在绝大多数生物中,阅读mRNA时是以密码 子为单位，不重叠地阅读。
少数大肠杆菌噬菌体的RNA基因组中部分基 因的遗传密码是重叠的。
三、遗传密码的破译
1. 遗传密码
指mRNA中的核苷酸序列与多肽中氨基酸序 列之间的对应关系, 通常是指核苷酸三联体决定 氨基酸的对应关系, 故也称三联体密码或密码子.
2. 密码单位
1954年物理学家Gamov G 首先对遗传密码 进行探讨:
41=4; 42=16; 43=64, 足以编码20种氨 基酸， 密码（ codon ）应是三联体（triplet）.
1. 核糖体RNA（rRNA）
2. 核糖体蛋白 大多数蛋白呈纤维状，只有极少数呈球形
3. 核糖体的结构模型
原核生物
真核生物
4. 核糖体的功能 参与多肽链的启动、延长、终止，并“移动
”含有遗传信息的模板mRNA
观点： “核糖体是一种核酶，它催化肽键的形成
，将蛋白质合成牢牢地控制在RNA的手中。”
（4）密码的简并性往往表现在密码子的第三位碱 基上。
（三） 密码的变偶性——摆动性(wobble)
mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对时， 密码子的第一位、第二位的碱基配对是严格的， 第三位碱基可以有一定变动， Crick称这种现象 称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。如 tRNA反密码子第一位的IA、U、C配对。
（二） tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上
在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的 作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸 顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。
tRNA有两个关键部位： ⑴ 3´端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA. 需ATP提供活化氨基酸所需的能量； ⑵ 与mRNA结合部位—反密码子部位(tRNA 的接头作用)。 此外, tRNA上尚有(3)识别氨酰tRNA合成酶的 位点, (4)核糖体识别位点。
显然, 密码子的专一性基本取决于前两位碱
基，第三位碱基起的作用有限(有较大灵活性)。
所以几乎所有氨基酸的密码子都可以用
和
来表示。
tRNA 反密码子中除A、U、 G、 C 四种碱基 外,还经常在第一位出现次黄嘌呤( I ). I 可以与A、 U 、C 三者之间形成碱基对, 使带有次黄嘌呤的反 密码子可以识别更多的简并密码子.
不重叠密码
重叠密码
（二）密码的简并性（degeneracy） (1)除Met(AUG)和Trp(UGG)外，每个氨基酸都
有两个或更多的密码子，这种现象称为密码 子的简并性（degenecy）。 (2)同义密码：同一个氨基酸的不同密码子称同 义密码子（synonyms）。 （3）简并性的生物学意义 减少有害突变，对生物物种的稳定有一定意 义。
（一）氨酰-tRNA合成酶帮助使氨基酸结合到特 定的tRNA上－－氨基酸的活化
各种参加蛋白质合成的AA与携带它的相应的 tRNA结合成氨酰-tRNA的过程。活化反应在 氨酰-tRNA 合成酶的催化下进行。
由于变偶性的存在, 细胞内只需要32种 tRNA, 就能识别61个编码氨基酸的密码子.
原核和真核细胞都只合成约30种带有反密码 子的tRNA。
（四）遗传密码的通用性和变异性
(1) 通用性:指各种低等和高等生物,包括病毒、 细菌及真核生物,基本上共用一套遗传密码.
(2) 密码的变异性:目前已知线粒体 DNA(mtDNA)的编码方式与通用遗传密码子有 所不同.
（五）密码的防错系统
在密码表中，氨基酸的极性通常由密码子的 第二位碱基决定，简并性由第三位碱基决定。这 使得密码子中一个碱基被置换，其结果或仍编码 相同的氨基酸，或以物理化学性质最接近的氨基 酸相取代。－－即：密码的编排具防错功能
第二节 蛋白质合成及转运
一、蛋白质合成的分子基础
（一）mRNA是蛋白质合成的模板