分子生物学第四章生物信息的传递下.ppt

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1、 第四章第四章第四章第四章 生物信息的传递生物信息的传递生物信息的传递生物信息的传递 （下）（下）（下）（下）从从从从mRNAmRNA到蛋白质合成到蛋白质合成到蛋白质合成到蛋白质合成n n序序.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n n一一.遗传密码遗传密码三联子三联子n n二二tRNAn n三三AA-tRNA合成酶合成酶n n四核糖体四核糖体n n五五.蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成n n六。蛋白质运转机制六。蛋白质运转机制本章主要内容序序.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n n基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，

2、基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。其生理学功能以蛋白质形式得到表达。其生理学功能以蛋白质形式得到表达。其生理学功能以蛋白质形式得到表达。n nDNADNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成制得到永存，并通过转录生成制得到永存，并通过转录生成制得到永存，并通过转录生成mRNAmRNA，翻译生，翻译生，翻译生，翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。成蛋白质的过程控制所有生命现象。成

3、蛋白质的过程控制所有生命现象。成蛋白质的过程控制所有生命现象。序序.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n n基因表达包括基因表达包括基因表达包括基因表达包括转录转录转录转录（transcriptiontranscription）和）和）和）和翻译翻译翻译翻译（translationtranslation）两个阶段。）两个阶段。）两个阶段。）两个阶段。n n转录转录转录转录是指拷贝出一条与是指拷贝出一条与是指拷贝出一条与是指拷贝出一条与DNADNA链序列完全相同链序列完全相同链序列完全相同链序列完全相同（除了（除了（除了（除了TUTU之外）的之外）的之外）的之外）的RNARNA单链

4、的过程，是基单链的过程，是基单链的过程，是基单链的过程，是基因表达的因表达的因表达的因表达的核心核心核心核心步骤。步骤。步骤。步骤。序序.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n n翻译翻译翻译翻译是指以新生的是指以新生的是指以新生的是指以新生的mRNAmRNA为模板，把核苷酸为模板，把核苷酸为模板，把核苷酸为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的白质多肽链的过程，是基因表达的白质多肽链的过程，是基因表达的白质多肽链的过程，是基

5、因表达的最终目的最终目的最终目的最终目的。n n只有只有mRNA所携所携带的遗传信息才带的遗传信息才被用来指导蛋白被用来指导蛋白质生物合成，所质生物合成，所以人们一般用以人们一般用U、C、A、G这这4种种核苷酸而不是核苷酸而不是T、C、A、G的组合的组合来表示遗传性状。来表示遗传性状。n n所谓所谓翻译翻译是指将是指将mRNA链上的核苷酸从一链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。肽链的过程。n n蛋白质分子氨基酸的排列顺序是严格按蛋白质分子氨基酸的排列顺序是严格按

6、照蛋白质的照蛋白质的编码基因编码基因中的碱基排列顺序中的碱基排列顺序决定的。决定的。n n基因的遗传信息在转录过程中从基因的遗传信息在转录过程中从DNA转转移到移到mRNA，再，再由由mRNA将这种遗传信将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译做翻译。n n翻译翻译过程是蛋白质分子生物合成的过程，过程是蛋白质分子生物合成的过程，此过程需此过程需200多种生物大分子参加，包括多种生物大分子参加，包括核糖体、核糖体、mRNA、tRNA及多种蛋白质因及多种蛋白质因子。子。n nmRNAmRNA-模板模板模板模板n nrRNArRNA-构成核糖体作为蛋白质

7、合成场所构成核糖体作为蛋白质合成场所构成核糖体作为蛋白质合成场所构成核糖体作为蛋白质合成场所n ntRNAtRNA-搬运工具搬运工具搬运工具搬运工具n n氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸-原料原料原料原料n n蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子-起始因子起始因子起始因子起始因子IFIF、延伸因子、延伸因子、延伸因子、延伸因子EFEF、释放因子释放因子释放因子释放因子RFRF等等等等n n酶酶酶酶-氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶、转肽酶、转位合成酶、转肽酶、转位合成酶、转肽酶、转位合成酶、转肽酶、转位酶酶酶酶等。等。等。等。n n无机离子无机离子无机离子无机离子-Mg-Mg+一

8、一.遗传密码遗传密码三联子三联子1 1、遗传密码概况、遗传密码概况、遗传密码概况、遗传密码概况n n原核细胞中每种原核细胞中每种原核细胞中每种原核细胞中每种mRNAmRNA分子常带有多个功能相关分子常带有多个功能相关分子常带有多个功能相关分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种蛋白质的编码信息，以一种蛋白质的编码信息，以一种蛋白质的编码信息，以一种多顺反子多顺反子多顺反子多顺反子的形式排列，的形式排列，的形式排列，的形式排列，在翻译过程中可同时合成在翻译过程中可同时合成在翻译过程中可同时合成在翻译过程中可同时合成几种几种几种几种蛋白质。蛋白质。蛋白质。蛋白质。n n真核细胞中每种真核细胞

9、中每种真核细胞中每种真核细胞中每种mRNAmRNA一般只带有一般只带有一般只带有一般只带有一种一种一种一种蛋白质编蛋白质编蛋白质编蛋白质编码信息，是码信息，是码信息，是码信息，是单顺反子单顺反子单顺反子单顺反子的形式。的形式。的形式。的形式。一一.遗传密码遗传密码三联子三联子n nmRNA分子上以分子上以53方向方向,从从AUG开始开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子。每三个连续的核苷酸组成一个密码子。n n种碱基种碱基64种密码子种密码子20种氨种氨基酸基酸起始密码起始密码终止密码终止密码n n每种氨基酸有至少每种氨基酸有至少一种一种密码子，最多的密码子，最多的有有6种种密码子。密码子。2、

10、三联子密码及其破译密码及其破译n n50-6050-60年代破译遗传密码方面的年代破译遗传密码方面的年代破译遗传密码方面的年代破译遗传密码方面的三项重要成果三项重要成果三项重要成果三项重要成果：（1 1）PaulZamecnikPaulZamecnik等人证实细胞中等人证实细胞中等人证实细胞中等人证实细胞中蛋白质合成的蛋白质合成的蛋白质合成的蛋白质合成的场所场所场所场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大。他们把放射性标记的氨基酸注射到大。他们把放射性标记的氨基酸注射到大。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行鼠体内，经过一段

11、时间后收获其肝脏，进行鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。性蛋白质。性蛋白质。性蛋白质。2、三联子密码及其破译密码及其破译n n50-6050-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果：年代破译遗传密码方面的三项重要成果：年代破译遗传密码方面的三项重要成果：年代破译遗传密码方面的三项重要成果：如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，如果注射后经数小时（或数天）收

12、获肝脏，所所所所有细胞成份有细胞成份有细胞成份有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质。中都带有放射性标记的蛋白质。中都带有放射性标记的蛋白质。中都带有放射性标记的蛋白质。如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含有性标记只存在于含有性标记只存在于含有性标记只存在于含有核糖体颗粒核糖体颗粒核糖体颗粒核糖体颗粒的细胞质成份中。的细胞质成份中。的细胞质成份中。的细胞质成份中。2）FrancisCrick等人第一次证实只有用等人第一次证实只有用三联三联子密码子密码的形式才

13、能把包含在由的形式才能把包含在由AUGC四个四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由译成由20种不同氨基酸组成的蛋白质序列，种不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。实现遗传信息的表达。n n实验实验实验实验1:1:用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4T4噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体rIIrII位点上的两个基因，使之发生移码突位点上的两个基因，使之发生移码突位点上的两个基因，使之发生移码突位点上的两个基因，使之发生移码突变

14、（变（变（变（frame-shiftframe-shift），就生成完全不同的、没有功），就生成完全不同的、没有功），就生成完全不同的、没有功），就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。能的蛋白质。能的蛋白质。能的蛋白质。n n实验实验实验实验2:2:研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由由由由400400个氨基酸组成，相应的个氨基酸组成，相应的个氨基酸组成，相应的个氨基酸组成，相应的RNARNA片段长片段长片段长片段长12001200个个个个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻

15、合。核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。n n实验实验实验实验3:3:以以以以均聚物均聚物均聚物均聚物为模板指导多肽的合成。为模板指导多肽的合成。为模板指导多肽的合成。为模板指导多肽的合成。在含有在含有在含有在含有tRNAtRNA、核糖体、核糖体、核糖体、核糖体、AA-tRNAAA-tRNA合成酶及其它蛋白质合成酶及其它蛋白质合成酶及其它蛋白质合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入因子的细胞抽提物中加入因子的细胞抽提物中加入因子的细胞抽提物中加入mRNAmRNA或人工合成的或人工合成的或人工合成的或人工合成的均聚物作为模

16、板以及均聚物作为模板以及均聚物作为模板以及均聚物作为模板以及ATPATP、GTPGTP、氨基酸等成分、氨基酸等成分、氨基酸等成分、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。外加的模板来决定。外加的模板来决定。外加的模板来决定。n n实验实验实验实验4:4:以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由

17、以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由2 2个氨基酸组成的个氨基酸组成的个氨基酸组成的个氨基酸组成的多肽多肽多肽多肽.5UGUGUGUGUGUGUGUGUG35UGUGUGUGUGUGUGUGUG3不管读码从不管读码从不管读码从不管读码从U U开始还是从开始还是从开始还是从开始还是从G G开始，都只能有开始，都只能有开始，都只能有开始，都只能有UGUUGU（CysCys）及）及）及）及GUGGUG（ValVal）两种密码子。）两种密码子。）两种密码子。）两种密码子。实验实验5:以以以以共聚三核苷酸共聚三核苷酸共聚三核苷酸共聚三核苷酸作为模板可得到有

18、作为模板可得到有作为模板可得到有作为模板可得到有3 3种氨基酸种氨基酸种氨基酸种氨基酸组组组组成的多肽。如以多聚（成的多肽。如以多聚（成的多肽。如以多聚（成的多肽。如以多聚（UUCUUC）为模板，可能有）为模板，可能有）为模板，可能有）为模板，可能有3 3种种种种起读方式：起读方式：起读方式：起读方式：n n5UUCUUCUUCUUCUUC35UUCUUCUUCUUCUUC3n n或或或或5UCUUCUUCUUCUUCU35UCUUCUUCUUCUUCU3n n或或或或5CUUCUUCUUCUUCUU35CUUCUUCUUCUUCUU3n n产生产生产生产生UUCUUC（PhePhe）、）、）

19、、）、UCUUCU（SerSer）或）或）或）或CUUCUU（LeuLeu）.实验实验5:多聚三核苷酸为模板时也可能只合多聚三核苷酸为模板时也可能只合成成2种种多肽：多肽：5GUAGUAGUAGUAGUA35GUAGUAGUAGUAGUA3或或或或5UAGUAGUAGUAGUAG35UAGUAGUAGUAGUAG3或或或或5AGUAGUAGUAGUAGU35AGUAGUAGUAGUAGU3由于第二种读码方式产生的密码子由于第二种读码方式产生的密码子由于第二种读码方式产生的密码子由于第二种读码方式产生的密码子UAGUAG是是是是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生终止密码，不编码任何氨基酸，

20、因此，只产生终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生GUAGUA（ValVal）或或或或AGUAGU（SerSer）。）。）。）。n n实验实验6:以以随机多聚物随机多聚物指导多肽合成。指导多肽合成。Nirenberg等及等及Ochoa等又用各种随机的等又用各种随机的多多聚物聚物作模板合成多肽。作模板合成多肽。n n实验实验6:如，以只含如，以只含A、C的多聚核苷酸作模板，的多聚核苷酸作模板，任意排列时可出现任意排列时可出现8种三联子，即种三联子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，获得由，获得由Asn、His、Pro、Gl

21、n、Thr、Lys等等6种氨基酸组成的多肽。种氨基酸组成的多肽。3）氨基酸的）氨基酸的“活化活化”与核糖体结合技术与核糖体结合技术如果把氨基酸与如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共培和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的产分子上。现将氨基酸活化后的产物称为氨基酰物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程的，并把催化该过程的酶称为氨基酰合成酶。酶称为氨基酰合成酶。3）氨基酸的）氨基酸的“活化活化”与核糖体结合技术与核糖体结合技术以人工合成的三核苷酸如以人工合成的三核苷酸如以人工合成的三核苷酸如以人工合成的三核苷酸

22、如UUUUUU、UCUUCU、UGUUGU等为模板，在等为模板，在等为模板，在等为模板，在含核糖体、含核糖体、含核糖体、含核糖体、AA-tRNAAA-tRNA的反应液的反应液的反应液的反应液中保中保中保中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有温后通过硝酸纤维素滤膜，只有温后通过硝酸纤维素滤膜，只有温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的游离的游离的游离的AA-tRNAAA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体糖体糖体糖体结合的结合的结合的结合的AA-tRNAAA-t

23、RNA则留在滤膜上，这样可把则留在滤膜上，这样可把则留在滤膜上，这样可把则留在滤膜上，这样可把已已已已结合与未结合的结合与未结合的结合与未结合的结合与未结合的AA-tRNAAA-tRNA分开分开分开分开。3）氨基酸的）氨基酸的“活化活化”与核糖体结合技术与核糖体结合技术当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与特异性氨基酰提取的核糖体经常与特异性氨基酰提取的核糖体经常与特异性氨基酰提取的核糖体经常与特异性氨基酰-tRNA-tRNA相结合。相结合。相结合

24、。相结合。如果把核糖体与如果把核糖体与如果把核糖体与如果把核糖体与polypoly（U U）和）和）和）和Phe-tRNAPhePhe-tRNAPhe共温育，共温育，共温育，共温育，核糖体就能同时与核糖体就能同时与核糖体就能同时与核糖体就能同时与polypoly（U U）和）和）和）和Phe-tRNAPhePhe-tRNAPhe相结相结相结相结合合合合。3、遗传密码的性质遗传密码的性质（1 1）起始码与终止码）起始码与终止码）起始码与终止码）起始码与终止码:n nAUGAUG是原核生物和真核生物起始密码（第一个氨基是原核生物和真核生物起始密码（第一个氨基是原核生物和真核生物起始密码（第一个氨基

25、是原核生物和真核生物起始密码（第一个氨基酸是蛋氨酸），少数细菌用酸是蛋氨酸），少数细菌用酸是蛋氨酸），少数细菌用酸是蛋氨酸），少数细菌用GUGGUG做为起始码。在真做为起始码。在真做为起始码。在真做为起始码。在真核生物偶尔用核生物偶尔用核生物偶尔用核生物偶尔用CUGCUG起始密码。（起始密码。（起始密码。（起始密码。（起始密码起始密码起始密码起始密码：AUGAUG、GUGGUG和和和和CUGCUG）n n密码子密码子密码子密码子UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA是肽链成的终止密码是肽链成的终止密码是肽链成的终止密码是肽链成的终止密码，不，不，不，不代表任何氨基酸。代表任何氨基酸。代表任何

26、氨基酸。代表任何氨基酸。3、遗传密码的性质遗传密码的性质（2 2）密码无标点符号：）密码无标点符号：）密码无标点符号：）密码无标点符号：按个碱基决定个氨基酸构成了一个按个碱基决定个氨基酸构成了一个按个碱基决定个氨基酸构成了一个按个碱基决定个氨基酸构成了一个连续不连续不连续不连续不断断断断的读框，直至终止码。的读框，直至终止码。的读框，直至终止码。的读框，直至终止码。如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。移码突变，引起突变位点下游氨基

27、排列的错误。移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。（3）密码的简并性：）密码的简并性：一种氨基酸有一种氨基酸有几组密码子几组密码子，或者，或者几组密几组密码子码子代表一种氨基酸的现象代表一种氨基酸的现象称为密码子的简称为密码子的简并性并性。（3 3）密码的简并性：）密码的简并性：）密码的简并性：）密码的简并性：简并性主要是第简并性主要是第简并性主要是第简并性主要是第个碱基发生摆动现象形成个碱基发生摆动现象形成个碱基发生摆动现象形成个碱基发生摆动现象形成的，即密码子专一性由的，即密码子专一性由的，即密码子专一性由的，即密码子专一性由前个前个前个前个碱

28、基决定。碱基决定。碱基决定。碱基决定。即使第个碱基发生突变也能翻译出正确的即使第个碱基发生突变也能翻译出正确的即使第个碱基发生突变也能翻译出正确的即使第个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸，这对于保证氨基酸，这对于保证氨基酸，这对于保证氨基酸，这对于保证物种的稳定性物种的稳定性物种的稳定性物种的稳定性有一定意义有一定意义有一定意义有一定意义。（纠错？）（纠错？）（纠错？）（纠错？）n n（3）密码的简并性：）密码的简并性：编码某一氨基酸的编码某一氨基酸的密码子越多密码子越多，该氨基酸，该氨基酸在蛋白质中出现的在蛋白质中出现的频率频率越高（精氨酸例外）。越高（精氨酸例外）。“变偶假说变偶假说”与

29、简并性与简并性n n1 1、mRNAmRNA上的密码子的第上的密码子的第上的密码子的第上的密码子的第、碱基与碱基与碱基与碱基与tRNAtRNA上的反密码子相应的碱基形成上的反密码子相应的碱基形成上的反密码子相应的碱基形成上的反密码子相应的碱基形成强强强强的配对。的配对。的配对。的配对。专一专一专一专一性主要由这个碱基对的作用造成性主要由这个碱基对的作用造成性主要由这个碱基对的作用造成性主要由这个碱基对的作用造成。“变偶假说变偶假说”与简并性与简并性n n2 2、反密码子、反密码子、反密码子、反密码子第个碱基第个碱基第个碱基第个碱基决定个决定个决定个决定个tRNAtRNA所能解读所能解读所能解读

30、所能解读的的的的密码子数目密码子数目密码子数目密码子数目。如：第个碱基为如：第个碱基为如：第个碱基为如：第个碱基为C C或或或或A A时时时时1 1个；个；个；个；U U或或或或G G时时时时2 2个个个个即即即即U U可以与可以与可以与可以与A A或或或或G G，G G可以与可以与可以与可以与U U或或或或C C；当；当；当；当InosineInosine（I I）能识别个密码子。）能识别个密码子。）能识别个密码子。）能识别个密码子。“变偶假说变偶假说”与简并性与简并性n n3 3、当一、当一、当一、当一AAAA有多个密码时，如密码子头有多个密码时，如密码子头有多个密码时，如密码子头有多个密

31、码时，如密码子头2 2个碱基的个碱基的个碱基的个碱基的任何一个是不同的，则须有不同的任何一个是不同的，则须有不同的任何一个是不同的，则须有不同的任何一个是不同的，则须有不同的tRNAtRNA。n n4 4、要求至少有、要求至少有、要求至少有、要求至少有3232种种种种tRNAtRNA与与与与6161种密码子对应。种密码子对应。种密码子对应。种密码子对应。n n（4 4）密码的通用性：）密码的通用性：）密码的通用性：）密码的通用性：n n大量的事实证明生命世界从低等到高等，大量的事实证明生命世界从低等到高等，大量的事实证明生命世界从低等到高等，大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码，

32、也就是说遗传密码在很长的都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。因此这张密码表进化时期中保持不变。因此这张密码表进化时期中保持不变。因此这张密码表进化时期中保持不变。因此这张密码表是生物是生物是生物是生物界通用的界通用的界通用的界通用的。然而，出乎人们预料的是，真核生。然而，出乎人们预料的是，真核生。然而，出乎人们预料的是，真核生。然而，出乎人们预料的是，真核生物物物物线粒体的密码子有许多不同于通用密码线粒体的密码子有许多不同于通用密码线粒体的密码子有许多不同于通用密码线粒体的密码子有许多不同于

33、通用密码，例，例，例，例如人线粒体中，如人线粒体中，如人线粒体中，如人线粒体中，UGAUGA不是终止码，而是色氨酸不是终止码，而是色氨酸不是终止码，而是色氨酸不是终止码，而是色氨酸的密码子，的密码子，的密码子，的密码子，AGAAGA，AGGAGG不是精氨酸的密码子，不是精氨酸的密码子，不是精氨酸的密码子，不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，加上通用密码中的而是终止密码子，加上通用密码中的而是终止密码子，加上通用密码中的而是终止密码子，加上通用密码中的UAAUAA和和和和UAGUAG，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨，线粒

34、体中共有四组终止码。内部甲硫氨酸密码子有两个，即酸密码子有两个，即酸密码子有两个，即酸密码子有两个，即AUGAUG和和和和AUAAUA；而起始甲硫；而起始甲硫；而起始甲硫；而起始甲硫氨酸密码子有四组，即氨酸密码子有四组，即氨酸密码子有四组，即氨酸密码子有四组，即AUNAUN。在线粒体中发现。在线粒体中发现。在线粒体中发现。在线粒体中发现例外情况例外情况例外情况例外情况.（4）密码的通用性：）密码的通用性：密码表密码表是生物界通用的是生物界通用的，但真核生，但真核生物物线粒体线粒体的密码子有许多的密码子有许多不同于通用密不同于通用密码码。（4）密码的通用性：）密码的通用性：如线粒体如线粒体UGA

35、不是终止码，而是色氨不是终止码，而是色氨酸的密码子，酸的密码子，AGA，AGG不是精氨酸的密不是精氨酸的密码子，而是终止密码子。码子，而是终止密码子。线粒体中共有组终止码线粒体中共有组终止码AGA、AGG、UAA和和UAG。内部甲硫氨酸密码子有个，即内部甲硫氨酸密码子有个，即AUG和和AUA；而起始甲硫氨酸密码子有；而起始甲硫氨酸密码子有组，即组，即AUN。4、密码子和反密码子的相互作用密码子和反密码子的相互作用 n n蛋白质生物合成过程中，蛋白质生物合成过程中，蛋白质生物合成过程中，蛋白质生物合成过程中，tRNAtRNA的反密码子通过的反密码子通过的反密码子通过的反密码子通过碱基的反向配对与

36、碱基的反向配对与碱基的反向配对与碱基的反向配对与mRNAmRNA的密码子相互作用。的密码子相互作用。的密码子相互作用。的密码子相互作用。n n19661966年，年，年，年，CrickCrick根据立体化学原理提出根据立体化学原理提出根据立体化学原理提出根据立体化学原理提出摆动假摆动假摆动假摆动假说说说说（变偶假说变偶假说变偶假说变偶假说），解释了反密码子中某些稀有），解释了反密码子中某些稀有），解释了反密码子中某些稀有），解释了反密码子中某些稀有成分如成分如成分如成分如I I以及许多有以及许多有以及许多有以及许多有2 2个以上同源密码子的配对个以上同源密码子的配对个以上同源密码子的配对个以上

37、同源密码子的配对问题。问题。问题。问题。任意一个密码子的前任意一个密码子的前位碱基都与位碱基都与tRNA中的相应碱基形成碱基配对。中的相应碱基形成碱基配对。反密码子的反密码子的5位的位的U被修饰被修饰可使之优先与可使之优先与密码子的第密码子的第位的位的A配对胜过与配对胜过与G配对配对密码子的使用频率与反密码子的关系密码子的使用频率与反密码子的关系反密码子的反密码子的5位的位的I与密码子的与密码子的U和和C配对配对优先于优先于A配对。配对。当一个密码子的头当一个密码子的头2个碱基与反密码子形个碱基与反密码子形成成AU对时，则第个碱基优先用对时，则第个碱基优先用C生成生成GC对而不用对而不用U生成

38、生成AU对。对。密码子的使用频率与反密码子的关系密码子的使用频率与反密码子的关系二二tRNAn n序：序：序：序：tRNA(transferRNA)tRNA(transferRNA)是蛋白质合成中的接合是蛋白质合成中的接合是蛋白质合成中的接合是蛋白质合成中的接合器分子。器分子。器分子。器分子。tRNAtRNA是细胞内分子量是细胞内分子量是细胞内分子量是细胞内分子量最小最小最小最小的一类核酸。的一类核酸。的一类核酸。的一类核酸。二二tRNAn n序：序：序：序：tRNAtRNA中含有中含有中含有中含有10%10%20%20%的稀有碱基，如：的稀有碱基，如：的稀有碱基，如：的稀有碱基，如：mGmG

39、、mAmA，双氢尿嘧啶，双氢尿嘧啶，双氢尿嘧啶，双氢尿嘧啶(DHUDHU)、次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤等等。此等等。此等等。此等等。此外，外，外，外，tRNAtRNA内还含有一些稀有核苷，如：胸腺嘧啶内还含有一些稀有核苷，如：胸腺嘧啶内还含有一些稀有核苷，如：胸腺嘧啶内还含有一些稀有核苷，如：胸腺嘧啶核糖核苷，假尿嘧啶核苷核糖核苷，假尿嘧啶核苷核糖核苷，假尿嘧啶核苷核糖核苷，假尿嘧啶核苷()等。等。等。等。二二tRNAn ntRNA在蛋白质合成中处于关键地位，被称在蛋白质合成中处于关键地位，被称为为第二遗传密码第二遗传密码。n n所有的所有的tRNA都能够与核糖体的都能够与核糖体的P位点

40、和位点和A位位点点结合。结合。n n代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的tRNA称为称为同工同工tRNA。n n在一个同工在一个同工tRNA组内，组内，所有所有tRNA均专一均专一于相同的氨基酰于相同的氨基酰-tRNA合成酶合成酶。1、tRNA的三叶草型二级结构的三叶草型二级结构n ntRNA主要由主要由条手臂引起的。条手臂引起的。tRNA的稀的稀有碱基含量非常丰富（有碱基含量非常丰富（70余种）。每个余种）。每个tRNA分子分子至少有至少有2个稀有碱基个稀有碱基，特别是在，特别是在反密码子反密码子3端邻近部位出现的端邻近部位出现的频率最高频率最高，且，且大多为嘌呤核苷酸。对维持反密码子环的大多为

41、嘌呤核苷酸。对维持反密码子环的稳定性及密码子、反密码子之间的配对是稳定性及密码子、反密码子之间的配对是很重要的。很重要的。受体臂受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和）由配对的杆状结构和3端末配对的端末配对的3-4个碱基所组成（个碱基所组成（CCA），最），最后一个碱基后一个碱基OH可以被氨酰化。可以被氨酰化。TC臂臂是根据是根据3个核苷酸命名的，其个核苷酸命名的，其表示拟表示拟尿嘧啶，是尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。分子不常见的核苷酸。反密码子臂反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密是根据位于套索中央的三联反密码子命名的。码子命名的。D臂臂是根据它含有是根据它含有二氢尿

42、嘧啶二氢尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。）命名的。2tRNA的的L形三级结构形三级结构3tRNA的功能的功能n ntRNA在蛋白质合成中处于关键地位。在蛋白质合成中处于关键地位。n ntRNA的功能：的功能：运输的工具，运载运输的工具，运载aa;解读解读mRNA的遗传信息。的遗传信息。4tRNA的种类的种类（1 1）起始）起始）起始）起始tRNAtRNA和和和和延伸延伸延伸延伸tRNAtRNA能特异地能特异地能特异地能特异地识别识别识别识别mRNAmRNA模板模板模板模板上起始密码子的上起始密码子的上起始密码子的上起始密码子的tRNAtRNA叫叫叫叫起始起始起始起始tRNAtRNA

43、，其他，其他，其他，其他tRNAtRNA统称为延伸统称为延伸统称为延伸统称为延伸tRNAtRNA。原核生物起始原核生物起始原核生物起始原核生物起始tRNAtRNA携带甲酰甲硫氨酸（携带甲酰甲硫氨酸（携带甲酰甲硫氨酸（携带甲酰甲硫氨酸（fMetfMet）,真核生物起始真核生物起始真核生物起始真核生物起始tRNAtRNA携带甲硫氨酸（携带甲硫氨酸（携带甲硫氨酸（携带甲硫氨酸（MetMet）。）。）。）。4tRNA的种类的种类n n（2 2）同工）同工）同工）同工tRNAtRNA代表同一种氨基酸的代表同一种氨基酸的代表同一种氨基酸的代表同一种氨基酸的tRNAtRNA称为称为称为称为同工同工同工同工t

44、RNAtRNA，同，同，同，同工工工工tRNAtRNA能识别同义密码，同时能被能识别同义密码，同时能被能识别同义密码，同时能被能识别同义密码，同时能被AA-tRNAAA-tRNA合合合合成酶识别。成酶识别。成酶识别。成酶识别。4tRNA的种类的种类（3 3）校正）校正）校正）校正tRNAtRNA校正校正校正校正tRNAtRNA分为分为分为分为无义无义无义无义突变及突变及突变及突变及错义错义错义错义突变校正。某突变校正。某突变校正。某突变校正。某个氨基酸的密码子变成个氨基酸的密码子变成个氨基酸的密码子变成个氨基酸的密码子变成终止密码子终止密码子终止密码子终止密码子（UAGUAG、UGAUGA、U

45、AAUAA），使蛋白质合成提前终止，合成），使蛋白质合成提前终止，合成），使蛋白质合成提前终止，合成），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无功能的或无功能的或无功能的或无意义的多肽无意义的多肽无意义的多肽无意义的多肽，这种突变就称为，这种突变就称为，这种突变就称为，这种突变就称为无义突变无义突变无义突变无义突变。4tRNA的种类的种类n nAA-tRNAAA-tRNA合成酶的作用是将合成酶的作用是将合成酶的作用是将合成酶的作用是将AAAA接合于接合于接合于接合于tRNAtRNA上。上。上。上。原核生物有原核生物有原核生物有原核生物有2020种氨酰种氨酰种氨酰种氨酰-tRNA-tRNA合成酶，

46、合成酶，合成酶，合成酶，每一种专一每一种专一每一种专一每一种专一地对应一种地对应一种地对应一种地对应一种AAAA。三三AA-tRNA合成酶合成酶n n大肠杆菌分离出的大肠杆菌分离出的大肠杆菌分离出的大肠杆菌分离出的AA-tRNAAA-tRNA合成酶可分成两类，但合成酶可分成两类，但合成酶可分成两类，但合成酶可分成两类，但都具有三个区域：都具有三个区域：都具有三个区域：都具有三个区域：催化域：催化域：催化域：催化域：ATPATP和氨基酸结合位点，有和氨基酸结合位点，有和氨基酸结合位点，有和氨基酸结合位点，有2 23 3个相同的短个相同的短个相同的短个相同的短的的的的AAAA序列（称序列（称序列（

47、称序列（称“署名序列署名序列署名序列署名序列”）。）。）。）。tRNAtRNA受体螺旋结合域：受体螺旋结合域：受体螺旋结合域：受体螺旋结合域：插入催化域中，与插入催化域中，与插入催化域中，与插入催化域中，与tRNAtRNA接触。接触。接触。接触。tRNAtRNA反密码子结合域：反密码子结合域：反密码子结合域：反密码子结合域：与与与与tRNAtRNA反密码子结合。反密码子结合。反密码子结合。反密码子结合。三三AA-tRNA合成酶合成酶n nAA-tRNAAA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与合成酶是一类催化氨基酸与合成酶是一类催化氨基酸与合成酶是一类催化氨基酸与tRNAtRNA结合结合结合结合的

48、特异性酶，其反应式如下：的特异性酶，其反应式如下：的特异性酶，其反应式如下：的特异性酶，其反应式如下：第一步是氨基酸活化生成酶第一步是氨基酸活化生成酶第一步是氨基酸活化生成酶第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。氨基酰腺苷酸复合物。氨基酰腺苷酸复合物。氨基酰腺苷酸复合物。AA+ATP+AA+ATP+酶（酶（酶（酶（E E）E-AA-AMP+PPiE-AA-AMP+PPi第二步是氨酰基转移到第二步是氨酰基转移到第二步是氨酰基转移到第二步是氨酰基转移到tRNA3tRNA3末端腺苷残基上，末端腺苷残基上，末端腺苷残基上，末端腺苷残基上，与其与其与其与其22或或或或3-3-羟基结合。羟基结合。

49、羟基结合。羟基结合。E-AA-AMP+tRNAAA-tRNA+E+AMPE-AA-AMP+tRNAAA-tRNA+E+AMP n n蛋白质合成的真实性主要决定于蛋白质合成的真实性主要决定于AA-tRNA合合成酶是否能使氨基酸与对应的成酶是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。相结合。n nAA-tRNA合成酶既要能识别合成酶既要能识别tRNA，又要能，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。n n不同的不同的tRNA有不同碱基组成和空间结构，容有不同碱基组成和空间结构，容易被易被tRNA合成酶所识别，困难的是这些酶如合成酶所识别，困难的是这些酶如何识

50、别结构上非常相似的氨基酸。何识别结构上非常相似的氨基酸。tRNA和氨基酰和氨基酰-tRNAn ntRNAtRNA的反密码子环与的反密码子环与的反密码子环与的反密码子环与mRNAmRNA的密码配对的密码配对的密码配对的密码配对n ntRNAtRNA的的的的3-3-端端端端CCA-OHCCA-OH是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点n n氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有绝对专一性合成酶具有绝对专一性合成酶具有绝对专一性合成酶具有绝对专一性校正活性校正活性校正活性校正活性tRNA和氨基酰和氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸 +tRNA氨基酰氨基酰-