生物化学与分子生物学 第15章：遗传密码.ppt

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1、第第15章：遗传密码章：遗传密码Geneticcode遗传密码：遗传密码：mRNA上由三个连续的核苷酸决定上由三个连续的核苷酸决定一个氨基酸的组合一个氨基酸的组合，称遗传密码、密码子或三，称遗传密码、密码子或三联体密码联体密码（triplet code）。A group of three adjacent nucleotides on the mRNA encode a specify amino acid.1、遗传密码的破译遗传密码的破译RNA:UUAAGCAGC？DNA:AATTCGTCGprotein：How the 4 bases specified in nucleic acid t

2、he 20 amino acid in protein？43=6420()42=1620()mRNA 5AUCGACCUGAGC3mRNA 5AUCGACCUGAGC3多肽多肽 NPhe-Phe-Phe-PheCmRNA 5UUUUUUUUUUUU31.1 数学推算：三联体密码数学推算：三联体密码3AUCGACCUGAGC420()mRNA 5 In 1954，Gamov speculate genetic code is triplet codon）The evidence showed that the genetic code was triplet,nonoverlapping and

3、 unpunctuated。1.2.插入与删除实验插入与删除实验Nature on December 30,1961Crick体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立RNA的合成的合成均聚均聚RNA随机共聚随机共聚RNA重复序列组成的多聚体重复序列组成的多聚体三核苷酸三核苷酸RNA三核苷酸三核苷酸核糖体核糖体aa-tRNA复合体复合体1.3 遗传密码的破译遗传密码的破译体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立Paul Zamecnik In vitro Poly(U)poly(Phe)peptide Poly(C)poly(Pro)peptide Poly(A)poly(Lys)peptide Pol

4、y(G)?均聚均聚 RNA体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立 RNA的合成的合成Marshall Nirenberg(1961)What Mad Pursuit!complex secondary structurepolynucleotide phosphorylase：（多核苷酸磷酸酶）（多核苷酸磷酸酶）requiresnotemplateandmakespolymersusingNDP.随机共聚随机共聚 RNA 体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立ButSer/Leu?UCU/CUC poly(UCUCUC)poly(Ser-Leu-Ser-Leu)CODONFREQUENCYRELA

5、TIVEFREQUENCYAAA0.579100AAC0.11620ACA0.11620CAA0.11620ACC0.0234CAC0.0234CCA0.0234CCC0.004631ADP and CDP are used in a 5:1 ratioIt is possible to determine the composition of the codon!But the precise sequence of the triplet codon is not determined?That required the chemical synthesis of short oligon

6、ucleotides with defined sequences!重复序列组成的多聚体重复序列组成的多聚体Gobind KhoranaTwo base-repeating sequenceThree base-repeating sequenceM.Nirenberg&P.Leder(1964.Science 145;1399)tRNAaatrinucleotideRibosomeNitrocellulose filtertrinucleotideSer-C14,Leu,Lys,Arg,Ser,Leu-C14,Lys,Arg,Ser,Leu,Lys-C14,Arg,In vitroNiren

7、berg and Phil LedershowedthataminoacylatedtRNAscouldbeboundtoribosomesiftheribosomescontainedtrinucleotidesactingasmRNA.三核苷酸三核苷酸核糖体核糖体aa-tRNA复合体复合体Ser-C14.Leu-C14.Lys-C14.Gly-C14.In 1966,61 codon specified 20 amino acids，and 3 stop codon20 reactions in parallel.Each had 19 nonradioactive amino acid

8、and 1 radioactive amino acid.The cracking of the genetic code is regarded as one of the most important scientific discoveries of the twentieth century1968H.Gobind Khorana(46y)How to synthesize triplet RNAMarshall Nirenberg(41y)Genetic codenRobert Holley(46y)tRNAphe cloverleaf structure2、遗传密码的特点、遗传密码

9、的特点遗传密码是三联体的遗传密码是三联体的,无标点无标点,不重叠的不重叠的遗传密码的遗传密码的简并性简并性密码子与密码子与反密码子反向配对反密码子反向配对密码子的密码子的摆动性摆动性密码子的近乎通用性密码子的近乎通用性.密码子饿近乎专职性密码子饿近乎专职性.起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子密码子是三联体的，且是无标点的、不重叠的密码子是三联体的，且是无标点的、不重叠的无标点性是指两个密码子之间没有任何核苷酸隔开；无标点性是指两个密码子之间没有任何核苷酸隔开；不重叠性是指每三个核苷酸编码一个氨基酸，核苷酸不重复使用不重叠性是指每三个核苷酸编码一个氨基酸，核苷酸不重复使用三联体密码以线

10、性的方式被阅读，中间不存在重叠（三联体密码以线性的方式被阅读，中间不存在重叠（overlapping）和停顿和停顿（punctuation）即使在重叠基因中，各个即使在重叠基因中，各个ORF仍按三联体方式连续读码仍按三联体方式连续读码 密码子的密码子的简并性简并性.简并性（简并性（Degeneracy）1个氨基酸有多个密个氨基酸有多个密码子或多个密码子为码子或多个密码子为1个氨基酸编码的现象。个氨基酸编码的现象。同义密码子（同义密码子（synonymouscodons）编码同编码同一种氨基酸的密码子称同义密码子。一种氨基酸的密码子称同义密码子。同义密码子不是随机排列的，通常只是同义密码子不是随

11、机排列的，通常只是第三位第三位的碱的碱基不同。基不同。20种氨基酸中，种氨基酸中，18种（除种（除蛋氨酸蛋氨酸Met、色氨酸色氨酸Trp）均有一个以上的密码子。）均有一个以上的密码子。l密码子简并性的生物学意义密码子简并性的生物学意义？减少有害突变减少有害突变增大增大DNADNA上碱基组成的变动上碱基组成的变动增加生物物种的稳定性增加生物物种的稳定性 Tyr Tyr 5 5 AUG AUG 3 3（mRNA)mRNA)tRNAtRNATyrTyr反密码反密码 3 3 GAU GAU 5 5 （应读应读5 5 3 3，书写应为，书写应为UAGUAG）密码子与密码子与反密码子反向配对反密码子反向配

12、对l变偶性：密码子的第三位碱基比前二个碱基具有较小的专变偶性：密码子的第三位碱基比前二个碱基具有较小的专一性；密码子在与反密码子配对时，前面两对碱基严格按一性；密码子在与反密码子配对时，前面两对碱基严格按碱基配对原则，而第三对碱基允许有一定的自由度。密码碱基配对原则，而第三对碱基允许有一定的自由度。密码子的这一特性称为摆动性或变偶性。子的这一特性称为摆动性或变偶性。密码子的变偶性（密码子的变偶性（wobble）The wobble base permits The wobble base permits rapid dissociation of the rapid dissociation

13、of the tRNAtRNA from from its its codoncodon during protein synthesis.during protein synthesis.The first base of the tRNA anticodonThe third base of the mRNA codonCGAUUA 或或 GGC 或或 UIU、C或或A Wobble hypothesis by Crick 密码子的前两位碱基同反密码子的后两位碱密码子的前两位碱基同反密码子的后两位碱基间形成基间形成强强Watson-Crick 配对，并决定编码的配对，并决定编码的特异性特异

14、性 反密码子的第一位碱基决定了能与其识别的反密码子的第一位碱基决定了能与其识别的密码子数目。密码子数目。前两位碱基不同的简并密码子需要不同的前两位碱基不同的简并密码子需要不同的 tRNA分子来识别分子来识别.翻译翻译61种密码子最少需要种密码子最少需要 种种不同的不同的tRNA需要的最少需要的最少tRNA为为?32 tRNA are required to translateall 61 codons32 tRNA are required to translate all 61 codons密码子的近乎通用性密码子的近乎通用性通用性和变异性通用性和变异性密码子近乎专职性密码子近乎专职性.No

15、 codon specifies more than one amino acid.The exceptions are AUG,UGA and UAG.AUG(start codon and middle Met);UGA(selenocysteine硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸21aa and stop codon UAG(pyrrolysine吡咯赖氨酸吡咯赖氨酸22aa and stop codon 3stopcodons:UAA,UAG,and UGA.onestartcodon:AUG.However,GUG and UUG are occasionally found as start codons。起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子.学习要点1概念：概念：密码子、密码子简并性、同义密码密码子、密码子简并性、同义密码2掌握密码子的基本特征掌握密码子的基本特征3掌握掌握startcodon、stopcodon