分子生物学第4章

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（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码 子称为同义密码子（synonymous codon）。
密码子前两位碱基相同，第三位碱基不同仍编码相同的氨基酸 简并性现象决定了“同义突变”的存在，即DNA或mRNA序列中 一个核苷酸的改变（点突变）可能并不影响其编码的多肽链中氨基 酸的性质和序列。减少了变异对生物的影响
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体。
3、阅读框（reading frame）
• 阅读框：mRNA分子上从一个起始密码子到其下游第一个终止密 码子所界定的一段编码序列
• mRNA中的编码序列在被核糖体阅读和翻译时，从起始到终止都 是以不重叠和不停顿的方式连续进行的，即从mRNA5’端开始， 以三个核苷酸为一组的方式进行。因此，就有可能存在三种阅读 框架，每一种框架只相差一个碱基的位移。三种框架的出现完全 取决于哪一个核苷酸作为第一个密码子的第一个碱基。
• 通常情况下，在三种框架中，只有一种能够正确地编码有功能活 性的蛋白质，而其它的阅读框架往往由于频繁出现终止密码子而 被封闭
• 开放阅读框架（open reading frame,ORF）：指从AUG开始 到终止密码子处的正确可读序列。
•基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺 失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
密码子特点
• 1.密码的连续性(commaless) • 2.密码的简并性(degeneracy) • 3.密码的通用性(universality)
连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个 三联体密码连续阅读，密码间既无 间断也无交叉。
•三联子密码是连续的(commaless)和非重叠(non-
overlapping) •即每个碱基都参与构成密码子且只参与构成一个密码子
• A位点和P位点定位于30S小亚基与50S大亚基的结合区域， E位点定位于50S大亚基上
第二节 氨基酸的负载
二、tRNA既是氨基酸转运工具又是读码器
• 一种氨基酸可能有几种tRNA，它们称为同工tRNA • 一种tRNA可能识别几个不同的密码子，但它们一定
是同义密码子 • 研究发现:mRNA密码子的第三碱基和tRNA反密码子
的第一碱基为摆动位置 (wobble position)，该位置 存在非Watson-Crick碱基对
从原核生物操纵子转录的mRNA有多个编码区，相邻编码区被一个 RBS隔开，这种mRNA称为多顺反子mRNA (Polycistronic mRNA)； 真核生物多数mRNA只有一个编码区，这种mRNA称为单顺反子 mRNA （monocistronic mRNA） (3)3'非翻译区 (3'-UTR): 是从 mRNA 的终止密码子之后到 3，端的 一段序列
• 原核生物和真核生物有着各自的密码偏爱性，如：脯氨酸的密码 子有CCC（真核生物）和CCG（原核生物）
• 某一种密码子的使用频率与细胞内相应的tRNA的丰度一致，二 者之间的相互协调有利于细胞内某一氨基酸含量高的蛋白质的顺 畅表达
通用性
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。
理论意义：这对进化过程中生物物种的稳定性及物 种之间的相互联系与沟通是十分重要的。 实践意义：这对现代基因工程，利用低等细胞生成包 括人类在内的高等哺乳动物基因产物提供了可能性。
原核mRNA的一级结构模式 真核mRNA的一级结构模式（哺乳动物）
2、密码子
• 遗传密码（genetic code）：是mRNA分子上按照 5’→3’方向，每三个核苷酸与一种氨基酸对应，全部 64种组合所形成的体系。
• 密码子（codon）：从mRNA编码区5’→3’端每三个 相邻碱基一组连续分组，每一组碱基构成一个遗传密码， 称为密码子，也叫三联体密码（triplet code）。 每一个密码子与特定的一种氨基酸相对应。
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• 终止密码（stop coden）：也称无意密码子 （nonsense coden）：没有对应的tRNA的反密码子 与之结合，但能被蛋白质合成的终止因子或释放因子识 别，终止肽链的合成。 终止密码有3个：UAA、UAG、UGA
• 起始密码：AUG，是多肽链翻译开始的第一个密码子， 在链内部则作为蛋氨酸的密码子。
1966年，Crick摆动假说(wobble hypothesis):
• 1•反密码子的第二、三碱基与密码子的相应碱 基形成Watson-Crick碱基对，对密码子的特异 性起决定作用
• 2•反密码子的第一碱基决定其识别的密码子数 • 3•第一、二碱基存在区别的同义密码子由不同
的tRNA识别 • 4•识别61个密码子至少需要32种tRNA，其中
包括一种起始tRNA
一个tRNA究竟能识别多少个密码子是由反密码 子的第一位碱基的性质决定的。
三、核糖体是蛋白质的合成机器
• 完整的核糖体复合体有三个tRNA结合位点: A位点 （aminoacyl site） 结合氨酰tRNA P位点 (Peptidyl site） 结合肽酰tRNA E位点 (exit site) 结合脱酰tRNA
第四章 蛋白质生物合成
第一节 参与蛋白质合成的物质
一、mRNA从DNA传递遗传信息
1、mRNA的一级结构 (1)5‘非翻译区 (5’-UTR)：5‘端——起始密码子，含核糖体结合位
点 (RBS)，即核糖体赖以装配并启动翻译的一段序列 (2)编码区 (coding region)：起始密码子——终止密码子（主要序列）
除色氨酸（UGG）和甲硫氨酸（ATG）只有一个密码 子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子： 9种氨基酸有2个密码子， 1种氨基酸有3个密码子， 5种氨基酸有4个密码子， 3种氨基酸有6个密码子。
偏爱性（preference）
• 编码同一种氨基酸的几个同义密码子在基因组中的使用频率可能 不同，使用频率高的称为偏爱密码子 (Preferred codon)，使用 频率低的称为稀有密码子（rare codon)