第十章蛋白质的生物合成
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DNA: ATGCATGCATGC
RNA: TUCGUACGUACG PROTEIN: aa1 aa2 aa3 aa4
1954年物理学家G. Gamov首先对遗传密码进行探讨。
➢ 4种核苷酸 构成序列( mRNA)→ 20种基本aa构成序列(蛋白 质) ？
➢ 一对一的对应关系，× ➢ 42=16， × ➢ 43=64，足够
第十章蛋白质的生物合成
第十章 蛋白质的生物合成
第一节 蛋白质的合成体系 第二节 蛋白质的生物合成过程 第三节 肽链合成后的折叠与修饰 第四节 蛋白质合成后的定向转运
第一节 蛋白质的合成体系
蛋白质的合成要求100多种大分子物质参与和 相互协作，这些大分子物质包括mRNA、许多 tRNA、核糖体、多种活化酶和各种蛋白质因 子。
ABCDEFGHIJKL
—aa1 —aa2 — aa3 —aa4—
第十章蛋白质的生物合成
（3）密码子简并性（degeneracy）
➢ 密码子的简并性:指大多数氨基酸都是由几个不 同的密码子编码的现象．如UCU，UCC，UCA， UCG，AGU及AGC 6个密码子都编码丝氨酸。
➢ 同义密码子（synonymous codon）：编码相同 氨基酸的密码子。
第十章 蛋白质的生物合成
翻译(translation)： 以mRNA为模板合成蛋白 质的过程。
转录
➢原料：氨基酸 ➢涉及到细胞内所有种类 的RNA和几十种蛋白质因 子 ➢：ATP和GTP提供。 ➢场所：在核糖体
RNA
复制
复制
DNA
逆转录
翻译?
中心法则
蛋白质
中心法则指出，遗传信息的表达最终是 合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质， 这种以mRNA上所携带的遗传信息,到 多肽链上所携带的遗传信息的传递，就 好象以一种语言翻译成另一种语言时的 情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋 白质合成过程为翻译(translation)。
第十章蛋白质的生物合成
遗传密码的发现
➢1961年，M.Nirenberg等人提出。 43 =64
➢大肠杆菌中，以多聚U做为mRNA，即polyU+20 种放射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系， 在外界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（phe） 肽链。
➢UUU为phe的三联体密码。
➢确立了polyA为Lys, polyC为Pro等。
1961年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定 mRNA上相邻三个碱基编码一个氨基酸， 此三联体碱 基称为密码子（codon）。
1954年物理学家G. Gamov首先对遗传密码进行探讨。 蛋白质由20种基本aa组成，而mRNA只含有4种核苷酸， 由4种核苷酸构成的序列是如何决定多肽链中多至20种氨 基酸的序列的呢？ 显然，在核苷酸和aa之间不能采取简单的一对一的对应关 系。 2个核苷酸决定一个aa也只能编码42=16种aa， 如果3个核苷酸决定一个aa，43=64，就足以编码20种aa 了，这说明可能需要3个或更多个核苷酸编码一个aa 1961年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定3个碱 基编码一个氨基酸，此三联体碱基即称为密码子。
原核生物的多顺反子
5 PPP
3
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
（二） 遗传密码（genetic code）
➢ mRNA的碱基序列是如何翻译成蛋白质的氨基酸序 列？
➢ 遗传密码：DNA（或其转录的mRNA）中的碱基序 列和蛋白质序列之间的对应关系。
IA、U、C配对。
反密码子 第一位碱基
A C G
U
I
密码子 第三位碱基
U
G
U C
A G U C A
第十章蛋白质的生物合成
(5) 起始密码子和终止密码子
64个密码子中，有1个密码子AUG既是甲硫氨 酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子 （initiation codon）。
➢ 只有Met(AUG)和Trp(UGG)仅有一个密码子 。
简并性的生物学意义？
➢ 一是可以减少有害的突变。 假如每种氨基酸只有一个密码子，那么剩下的
44个密码子都成了终止密码子，一旦某氨基酸的密 码子发生单碱基的点突变，则很可能造成肽链合成 的过早终止。 ➢ 二是既使DNA上碱基组成有变化，仍可保持由此 DNA编码的多肽链上氨基酸序列不变。如GCN编 码 Ala ， 由 于 简 并 性 的 存 在 ， 不 论 第 三 位 的 N(A/G/C/U)变成什么，都仍然编码Ala
密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信 号 到终止信号的排列方向均为5-3′，与 mRNA链 合成时延伸方向相同。
（２）密码子的读码连续性（无标点，不重叠）
从正确起点开始至终止信号，密码子的排列 是连续的。既不存在间隔（无标点），也无 重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱 基，会使该点以后的读码发生错误，称为移 码，由这种情况引起的突变称为移码突变。 （RNA的编辑）
➢mRNA与遗传密码 ➢tRNA ➢核糖体 ➢辅助因子
一、mRNA与遗传密码 （一）mRNA (messenger RNA)
携带DNA的遗传信息，作为模板通过翻译将遗传信 息传递给蛋白质，直接决定多肽链中AA的顺序。
mRNA分子中四种不同碱基构成特定顺序决定蛋白 质分子中20种AA所构成的序列。
mRNA是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板
➢发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且 含3 -OH和5 -磷酸基的三核苷酸最有效。
➢阅读方向为5-3 。至1966年，20中氨基酸对应的 61个密码子和三个终止密码子全部破译。全部被查清。
第十章蛋白质的生物合成
Baidu Nhomakorabea 遗传密码
阅读方向为5‘-3’
第十章蛋白质的生物合成
2、遗传密码的特点
⑴密码子的方向性
（4） 密码子的变偶性（摆动性）
如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同 ， 显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位 碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位 碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这 种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。
RNA: TUCGUACGUACG PROTEIN: aa1 aa2 aa3 aa4
1954年物理学家G. Gamov首先对遗传密码进行探讨。
➢ 4种核苷酸 构成序列( mRNA)→ 20种基本aa构成序列(蛋白 质) ？
➢ 一对一的对应关系，× ➢ 42=16， × ➢ 43=64，足够
第十章蛋白质的生物合成
第十章 蛋白质的生物合成
第一节 蛋白质的合成体系 第二节 蛋白质的生物合成过程 第三节 肽链合成后的折叠与修饰 第四节 蛋白质合成后的定向转运
第一节 蛋白质的合成体系
蛋白质的合成要求100多种大分子物质参与和 相互协作，这些大分子物质包括mRNA、许多 tRNA、核糖体、多种活化酶和各种蛋白质因 子。
ABCDEFGHIJKL
—aa1 —aa2 — aa3 —aa4—
第十章蛋白质的生物合成
（3）密码子简并性（degeneracy）
➢ 密码子的简并性:指大多数氨基酸都是由几个不 同的密码子编码的现象．如UCU，UCC，UCA， UCG，AGU及AGC 6个密码子都编码丝氨酸。
➢ 同义密码子（synonymous codon）：编码相同 氨基酸的密码子。
第十章 蛋白质的生物合成
翻译(translation)： 以mRNA为模板合成蛋白 质的过程。
转录
➢原料：氨基酸 ➢涉及到细胞内所有种类 的RNA和几十种蛋白质因 子 ➢：ATP和GTP提供。 ➢场所：在核糖体
RNA
复制
复制
DNA
逆转录
翻译?
中心法则
蛋白质
中心法则指出，遗传信息的表达最终是 合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质， 这种以mRNA上所携带的遗传信息,到 多肽链上所携带的遗传信息的传递，就 好象以一种语言翻译成另一种语言时的 情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋 白质合成过程为翻译(translation)。
第十章蛋白质的生物合成
遗传密码的发现
➢1961年，M.Nirenberg等人提出。 43 =64
➢大肠杆菌中，以多聚U做为mRNA，即polyU+20 种放射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系， 在外界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（phe） 肽链。
➢UUU为phe的三联体密码。
➢确立了polyA为Lys, polyC为Pro等。
1961年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定 mRNA上相邻三个碱基编码一个氨基酸， 此三联体碱 基称为密码子（codon）。
1954年物理学家G. Gamov首先对遗传密码进行探讨。 蛋白质由20种基本aa组成，而mRNA只含有4种核苷酸， 由4种核苷酸构成的序列是如何决定多肽链中多至20种氨 基酸的序列的呢？ 显然，在核苷酸和aa之间不能采取简单的一对一的对应关 系。 2个核苷酸决定一个aa也只能编码42=16种aa， 如果3个核苷酸决定一个aa，43=64，就足以编码20种aa 了，这说明可能需要3个或更多个核苷酸编码一个aa 1961年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定3个碱 基编码一个氨基酸，此三联体碱基即称为密码子。
原核生物的多顺反子
5 PPP
3
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
（二） 遗传密码（genetic code）
➢ mRNA的碱基序列是如何翻译成蛋白质的氨基酸序 列？
➢ 遗传密码：DNA（或其转录的mRNA）中的碱基序 列和蛋白质序列之间的对应关系。
IA、U、C配对。
反密码子 第一位碱基
A C G
U
I
密码子 第三位碱基
U
G
U C
A G U C A
第十章蛋白质的生物合成
(5) 起始密码子和终止密码子
64个密码子中，有1个密码子AUG既是甲硫氨 酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子 （initiation codon）。
➢ 只有Met(AUG)和Trp(UGG)仅有一个密码子 。
简并性的生物学意义？
➢ 一是可以减少有害的突变。 假如每种氨基酸只有一个密码子，那么剩下的
44个密码子都成了终止密码子，一旦某氨基酸的密 码子发生单碱基的点突变，则很可能造成肽链合成 的过早终止。 ➢ 二是既使DNA上碱基组成有变化，仍可保持由此 DNA编码的多肽链上氨基酸序列不变。如GCN编 码 Ala ， 由 于 简 并 性 的 存 在 ， 不 论 第 三 位 的 N(A/G/C/U)变成什么，都仍然编码Ala
密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信 号 到终止信号的排列方向均为5-3′，与 mRNA链 合成时延伸方向相同。
（２）密码子的读码连续性（无标点，不重叠）
从正确起点开始至终止信号，密码子的排列 是连续的。既不存在间隔（无标点），也无 重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱 基，会使该点以后的读码发生错误，称为移 码，由这种情况引起的突变称为移码突变。 （RNA的编辑）
➢mRNA与遗传密码 ➢tRNA ➢核糖体 ➢辅助因子
一、mRNA与遗传密码 （一）mRNA (messenger RNA)
携带DNA的遗传信息，作为模板通过翻译将遗传信 息传递给蛋白质，直接决定多肽链中AA的顺序。
mRNA分子中四种不同碱基构成特定顺序决定蛋白 质分子中20种AA所构成的序列。
mRNA是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板
➢发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且 含3 -OH和5 -磷酸基的三核苷酸最有效。
➢阅读方向为5-3 。至1966年，20中氨基酸对应的 61个密码子和三个终止密码子全部破译。全部被查清。
第十章蛋白质的生物合成
Baidu Nhomakorabea 遗传密码
阅读方向为5‘-3’
第十章蛋白质的生物合成
2、遗传密码的特点
⑴密码子的方向性
（4） 密码子的变偶性（摆动性）
如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同 ， 显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位 碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位 碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这 种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。