第六章蛋白质的生物合成
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❖ 经过三种RNA以及多种蛋白质的相 互作用，使来自DNA的遗传信息正 确地传递到蛋白质。
第一节 遗传密码
一、遗传密码
❖遗传密码（genetic code）是联系核酸 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 途径。mRNA上由三个碱基代表一种 氨基酸，称为密码子（codon）。
❖ 生物体内存在多个密码子代表一种氨 基酸的情况。
❖ 除甲硫氨酸和色氨酸外，其他的氨基酸 均有两种以上的密码子。多种密码子编 码一种氨基酸的现象称为简并 （degeneracy），代表同一种氨基酸的 密码子称为同义密码子（synonyms）。
❖ 氨基酸的密码子数目和它在蛋白质中出 现的频率并没有明显的正相关性。
❖ 一种氨基酸的几个密码子的差异通 常在第三个碱基，说明了密码子的 第三个碱基具有一定的灵活性。
第六章 蛋白质的生物合成
❖ 蛋白质生物合成又称翻译 （translation），是指由RNA参 与的蛋白质生物合成的过程， 它将核酸的碱基序列转变为蛋 白质中的氨基酸序列。
❖ 参与翻译的RNA分子有tRNA、 rRNA和mRNA。tRNA的功能是转 运氨基酸，rRNA与多种蛋白质组 成核糖体作为翻译进行的场所， mRNA作为翻译的模板。
❖ 1) 在体外无细胞蛋白质合成体系中加 入人工合成的polyＵ开创了破译遗传密 码的先河。1961年，美国NIH的 Nirenberg和Mathaei第一次确认了UUU 是Phe的密码子 。随后他们又确定了 AAA是Lys的密码子，CCC是Pro的密 码子。
❖2) 混合共聚物(mixed copolymers)实验 对密码子中碱基组成的测定
❖Christian deDuve认为，第二套密码系 统仅仅是辅密码子与aaRS-aa-AMP或 aa-aaRS复合物的一个简单反应，而 tRNA则起着删除错误氨基酰的作用 。
❖ aaRS上的某些区域含有一些残基可与 辅密码子的核苷酸反应，但无法把所 有氨基酸侧链与tRNA的核苷酸匹配起 来。因此，一些科学家提出第二套密 码系统存在于tRNA分子本身，而不应 存在于aaRS结构中。
1963年，Speyer和Ochoa等发展了用两 个碱基的共聚物破译密码的方法。例 如以A和C原料，合成polyAC。但这个 方法不能确定碱基的排列方式，而只 能显示密码子中碱基组成及组成比例。 另外，通过反复改变共聚物成份比例 的方法亦十分麻烦和费时。
❖3) aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子) 结合（核糖体结合技术）
❖4) 用重复共聚物(repeating copolymers) 破译密码
Jones，和Khorana等人应用有机化学 和酶学技术，制备了已知的核苷酸重 复序列。蛋白质在核糖体上的合成可 以在这些有规律的共聚物的任一点开 始，并把特异的氨基酸参入肽链。例 如，重复序列CUCUCUCUCU......是多 肽Leu-Ser-Leu-Ser......或者是多肽SerLeu-Ser......的信使分子 。
❖ 在所有的生物体内，密码子字典几 乎是通用的，这已被体内和体外的 翻译实验所证实。
❖ 线粒体的遗传密码子存在较多的例 外情况，其中最常见的一种变化是 UGA由终止密码子变为色氨酸的密 码子，这可能是进化上最早期的变 化。
二、密码子和反密码子的相互作用
❖ 密码子决定氨基酸是通过mRNA与 tRNA相互作用实现的，这种作用实 质上是碱基间的配对。
❖1954年，物理学家George Gamov根据 在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质 中存在二十种氨基酸的对应关系 ，提 出三个核苷酸为一个氨基酸编码是最 理想的。因为在有四种核苷酸的条件 下，64 （43=64）是能满足为20种氨基 酸编码的最小数，这也符合生物体在 亿万年进化过程中形成的和遵循的经 济原则 。
❖ 密码子与反密码子（anticodon）间 的正确识别是遗传信息正确传递的保 证。
❖ 一般来说，生物体内tRNA的种类要少于 编码氨基酸的密码子。密码子的前两位 碱基在和反密码子配对时遵循WatsonCrick原则，而第三位碱基则有一定的灵 活性，这就是摆动假说（wobble hypothesis）。
❖ 在不同生物体内，存在多种方式使 少数的tRNA识别61种编码氨基酸的 密码子，不同的生物所采用的途径 也不同。
❖ tRNA分子中含有较多的修饰碱基。 位于反密码子中的或其他位置的修 饰碱基均会对密码子和反密码子的 作用产生影响。
第二套密码系统的概念和特征
❖1988年，Christian deDuve在Hou和 Schimmel等人的研究基础上，提出了第 二套密码系统的概念或学说。该学说认 为: tRNA氨基酸接受柄有一辅密码区 (paracodon region)，可以被氨基酰tRNA 合成酶(aaRS)识别，并决定tRNA的负载 特异性。他认为第二套密码系统蕴含于 aaRS结构中 。
❖ 与经典密码系统不同。辅密码子密码系 统或第二套密码系统是非简并性的(nondegenerate)。可能只有20种aaRS，每种 aaRS能够识别特异于某种氨基酸的所有 tRNA，这种识别与该种特异tRNA的不 同特征有关。第二套密码系统比经典的 密码系统对氨基酸更具有决定性，这与 辅密码子和相应的氨基酸间的立体化学 相互反应有关。
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码 子的新方法，即tRNA与确定密码子结合实 验。即是在缺乏蛋白质合成所需的因子的 Biblioteka Baidu件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能 与核糖体-mRNA复合物结合。最重要的是 这种结合并不一定需要长的mRNA分子 。 但有一些三核苷酸序列与核糖体结合并不 象UUU或GUU等那样有效 。
❖ 密码子的破译是分子生物学发展史 上的一件大事。主要运用了两项技 术，一项是1961年由Nirenberg等报 道的人工合成多聚核苷酸体外翻译 技术；另一项是1964年Nirenberg和 Leder发明的核糖体结合技术。
❖ 这两项技术的出现，为密码子的破 译奠定了基础。
破译密码的实验研究先后由三个实验 室逐步发展了四种破译方法，于1965 年完成。
第一节 遗传密码
一、遗传密码
❖遗传密码（genetic code）是联系核酸 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 途径。mRNA上由三个碱基代表一种 氨基酸，称为密码子（codon）。
❖ 生物体内存在多个密码子代表一种氨 基酸的情况。
❖ 除甲硫氨酸和色氨酸外，其他的氨基酸 均有两种以上的密码子。多种密码子编 码一种氨基酸的现象称为简并 （degeneracy），代表同一种氨基酸的 密码子称为同义密码子（synonyms）。
❖ 氨基酸的密码子数目和它在蛋白质中出 现的频率并没有明显的正相关性。
❖ 一种氨基酸的几个密码子的差异通 常在第三个碱基，说明了密码子的 第三个碱基具有一定的灵活性。
第六章 蛋白质的生物合成
❖ 蛋白质生物合成又称翻译 （translation），是指由RNA参 与的蛋白质生物合成的过程， 它将核酸的碱基序列转变为蛋 白质中的氨基酸序列。
❖ 参与翻译的RNA分子有tRNA、 rRNA和mRNA。tRNA的功能是转 运氨基酸，rRNA与多种蛋白质组 成核糖体作为翻译进行的场所， mRNA作为翻译的模板。
❖ 1) 在体外无细胞蛋白质合成体系中加 入人工合成的polyＵ开创了破译遗传密 码的先河。1961年，美国NIH的 Nirenberg和Mathaei第一次确认了UUU 是Phe的密码子 。随后他们又确定了 AAA是Lys的密码子，CCC是Pro的密 码子。
❖2) 混合共聚物(mixed copolymers)实验 对密码子中碱基组成的测定
❖Christian deDuve认为，第二套密码系 统仅仅是辅密码子与aaRS-aa-AMP或 aa-aaRS复合物的一个简单反应，而 tRNA则起着删除错误氨基酰的作用 。
❖ aaRS上的某些区域含有一些残基可与 辅密码子的核苷酸反应，但无法把所 有氨基酸侧链与tRNA的核苷酸匹配起 来。因此，一些科学家提出第二套密 码系统存在于tRNA分子本身，而不应 存在于aaRS结构中。
1963年，Speyer和Ochoa等发展了用两 个碱基的共聚物破译密码的方法。例 如以A和C原料，合成polyAC。但这个 方法不能确定碱基的排列方式，而只 能显示密码子中碱基组成及组成比例。 另外，通过反复改变共聚物成份比例 的方法亦十分麻烦和费时。
❖3) aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子) 结合（核糖体结合技术）
❖4) 用重复共聚物(repeating copolymers) 破译密码
Jones，和Khorana等人应用有机化学 和酶学技术，制备了已知的核苷酸重 复序列。蛋白质在核糖体上的合成可 以在这些有规律的共聚物的任一点开 始，并把特异的氨基酸参入肽链。例 如，重复序列CUCUCUCUCU......是多 肽Leu-Ser-Leu-Ser......或者是多肽SerLeu-Ser......的信使分子 。
❖ 在所有的生物体内，密码子字典几 乎是通用的，这已被体内和体外的 翻译实验所证实。
❖ 线粒体的遗传密码子存在较多的例 外情况，其中最常见的一种变化是 UGA由终止密码子变为色氨酸的密 码子，这可能是进化上最早期的变 化。
二、密码子和反密码子的相互作用
❖ 密码子决定氨基酸是通过mRNA与 tRNA相互作用实现的，这种作用实 质上是碱基间的配对。
❖1954年，物理学家George Gamov根据 在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质 中存在二十种氨基酸的对应关系 ，提 出三个核苷酸为一个氨基酸编码是最 理想的。因为在有四种核苷酸的条件 下，64 （43=64）是能满足为20种氨基 酸编码的最小数，这也符合生物体在 亿万年进化过程中形成的和遵循的经 济原则 。
❖ 密码子与反密码子（anticodon）间 的正确识别是遗传信息正确传递的保 证。
❖ 一般来说，生物体内tRNA的种类要少于 编码氨基酸的密码子。密码子的前两位 碱基在和反密码子配对时遵循WatsonCrick原则，而第三位碱基则有一定的灵 活性，这就是摆动假说（wobble hypothesis）。
❖ 在不同生物体内，存在多种方式使 少数的tRNA识别61种编码氨基酸的 密码子，不同的生物所采用的途径 也不同。
❖ tRNA分子中含有较多的修饰碱基。 位于反密码子中的或其他位置的修 饰碱基均会对密码子和反密码子的 作用产生影响。
第二套密码系统的概念和特征
❖1988年，Christian deDuve在Hou和 Schimmel等人的研究基础上，提出了第 二套密码系统的概念或学说。该学说认 为: tRNA氨基酸接受柄有一辅密码区 (paracodon region)，可以被氨基酰tRNA 合成酶(aaRS)识别，并决定tRNA的负载 特异性。他认为第二套密码系统蕴含于 aaRS结构中 。
❖ 与经典密码系统不同。辅密码子密码系 统或第二套密码系统是非简并性的(nondegenerate)。可能只有20种aaRS，每种 aaRS能够识别特异于某种氨基酸的所有 tRNA，这种识别与该种特异tRNA的不 同特征有关。第二套密码系统比经典的 密码系统对氨基酸更具有决定性，这与 辅密码子和相应的氨基酸间的立体化学 相互反应有关。
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码 子的新方法，即tRNA与确定密码子结合实 验。即是在缺乏蛋白质合成所需的因子的 Biblioteka Baidu件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能 与核糖体-mRNA复合物结合。最重要的是 这种结合并不一定需要长的mRNA分子 。 但有一些三核苷酸序列与核糖体结合并不 象UUU或GUU等那样有效 。
❖ 密码子的破译是分子生物学发展史 上的一件大事。主要运用了两项技 术，一项是1961年由Nirenberg等报 道的人工合成多聚核苷酸体外翻译 技术；另一项是1964年Nirenberg和 Leder发明的核糖体结合技术。
❖ 这两项技术的出现，为密码子的破 译奠定了基础。
破译密码的实验研究先后由三个实验 室逐步发展了四种破译方法，于1965 年完成。