思考

楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
遗传信息传递的 中心法则
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。
tRNA的三级结构
(1)tRNA的三维结构是和个"倒L形"。 (2)氨基酸接受臂CCA序列和反密码子处于 倒L的两端，二者相距70A。 (3)D环和TψC环形成了倒L的角。 (4)许多三维结构的氢键形成涉及的都是固 定碱基，说明tRNA具有相同的三维或三级 结构。 (5)绝大多数形成的三级结构的氢键涉及的 碱基种类不同于标准的A-U和G-C碱基对;少 数三级结构反应涉及核糖体-磷酸骨架中的 基团，包括核糖的2‘OH基。 (6)几乎所有的碱基均是定向排列的，以致 成摞(stacking)，因此在它们疏水平面之 间有最大反应。 (7)只有少数几个三级结构氢键把的密码茎 固定于分子的其它部位，因此反密码子区 的相对方向，在蛋白质生物合成期间可以 改变。
Poly U 为模板，产生的多肽链为Poly Phe Poly C 为模板，产生的多肽链为Poly Pro Poly A 为模板，产生的多肽链为Poly Lys
类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为 polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核 糖体结合。
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硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA
确定与核糖体结合的AA
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范树国
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。 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的 现象称为简并性（ degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子 称为同义密码子(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少 有害突变 。 3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一 第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对 时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一 定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.
第五章
蛋白质的翻译
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)。
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。
范树国
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基 酸组成的多肽 ,如以Poly UG 为模板，合成产物 为Poly Lys-Val。 （2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基 酸组成的多肽。
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范树国
核糖体结合技术
技术要点：以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
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范树国
三联体密码的破译
1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一 个氨基酸 1961年Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码 子学说是正确的 Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合 成,寻找到了破译遗传密码的途径 Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译 遗传密码的步伐
插入顺序 先导区 插入顺序 末端顺序
特点
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
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
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
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制 蛋白质
翻译
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 传 信 息 流 动 示 意 图
DNA
原核生物和真核生物mRNA的比较
遗 传 密 码
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。
遗传密码字典 遗传密码的破译
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人线粒体中变异的密码子
密码子 UGA
正常情况下编码 终止信号
线粒体DNA编码 Trp
AUA
AGA AGG
Ile
Arg Arg
Met
终止信号 终止信号
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范树国
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
范树国
1966年Crick根据立体化学原理提出： （1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基与tRNA 上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一 性主要是由这两个碱基对的 作用。 （2）有些反密码子的第一个碱基（按5-3 ）决定了 该tRNA识别密码子的数目。 （3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA 来识别。
(1)3‘ 端 含 CCA-OH 序 列 。
(2)TψC环(TψC loop)。
(3)额外环或可变环(extro variable loop)。
(4)反密码子环(anticodon loop)。
(5)二氢尿嘧啶环(dihydr-U loop或 D-loop) (6)上述的TψC环，反密码子环， 和二氢尿嘧啶分别连接在由4或5 个碱基组成的螺旋区上，依次称 为TψC茎，反密码子茎和二氢尿 嘧啶茎。此外，15-16个固定碱基 几乎全部位于这些环上。
然而，de Duve认为第二套密码系统存在于aaRS结构中，并假定 仅仅是辅密码子与aaRS-aa-AMP或aa-aaRS复合物的一个简单反 应。酶是一种蛋白质，而蛋白质怎么能作为携带遗传信息的载 体呢?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。一些 科学家提出RNA在原始时代具有多种功能，例如携带信息，催化 活性和转移信息。在进化过程中，才形成分工负责，即RNA将携 带信息的功能交给DNA，催化活性由酶(蛋白质)承担，RNA本身 仅保留转递信息功能。至今上述三种功能仍不同程度残留于RNA 的事实是对上述分子进化的强有力支持。据此认为: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。
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系
3
5
tRNA
反密码子
5
mRNA
AU C 1 2 3
密码子
3
H2N
Glu
GAG(Glu) 第一个突变：由于 DNA突变使mRNA分 子中GAG变为UAG UAG（终止密码）
COOH
基 因 间 的 校 正 突 变
H2N
第二个突变： tRNA Tyr 的反密码子GUA突变成 CUA
mRNA
核糖体
tRNA
目
录
第一节 蛋白质合成体系 第二节 蛋白质合成的机理 第三节 肽链合成后的折叠与加工 第四节 蛋白质定位
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
第一节 蛋白质合成体系
一、mRNA和遗传密码
二、tRNA 三、核糖体
四、辅助因子
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。
COOH
突变tRNATyr可以将终止密 码 UAG读作Tyr
H2N
TyrCOOHFra bibliotek3-A-U-C- 5
突变tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为3-A-U-G- 5） 此终止密码被读作Tyr
5-U-A-G- 3
核 糖 体
核糖体 是 由 rRNA （ ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核 蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖 体上进行的。
1、核糖体的结构和组成
2、核糖体的功能
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核 糖 体 的 组 成
原核生物核 糖体的组成
23S RNA 5S RNA
50S subunit
34 protein 50S subunit 30S subunit 70S ribosome 30S subunit
16S RNA
原核生物核糖体结构示意图
21 protein
RNA和蛋白质的分布相对集中,RNA主要定位于核 糖体中央,蛋白质在颗粒外围。