蛋白质的生物合成 (5)讲稿.ppt
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1、第一页,讲稿共四十五页哦 引引 言言第二页,讲稿共四十五页哦 引引 言言 中心法则的补充与完善第三页,讲稿共四十五页哦 在在细细胞胞分分裂裂过过程程中中,通通过过DNADNA的的复复制制把把遗遗传传信信息息由由亲亲代代传传递给子代;递给子代;在在子子代代的的个个体体发发育育过过程程中中,遗遗传传信信息息由由DNADNA传传递递到到RNARNA,然然后后翻翻译译成成特特异异的的蛋蛋白白质质,表表现现出出与与亲亲代代相相似似的的遗遗传传性性状状。这这种种遗传信息的流向,称为遗传信息的流向,称为中心法则中心法则。中心法则 引引 言言DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制狭义的中心法则狭义的
2、中心法则第四页,讲稿共四十五页哦 在在某某些些情情况况下下,RNARNA也也是是重重要要的的遗遗传传物物质质,如如RNARNA病病毒毒中中RNARNA具具有有自自我我复复制制的的能能力力,并并同同时时作作为为mRNAmRNA指指导导蛋蛋白白质质的的生生物合成。物合成。在在致致癌癌RNARNA病病毒毒中中,RNARNA还还以以逆逆转转录录的的方方式式将将遗遗传传信信息息传传递给递给DNADNA分子。分子。中心法则的补充与完善 引引 言言 中心法则中心法则RNADNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制反转录反转录RNA复制复制第五页,讲稿共四十五页哦复复制制:以以亲亲代代DNADNA分分子子的的
3、双双链链为为模模板板,按按照照碱碱基基配配对对的的原原则则,合成出与亲代合成出与亲代DNADNA分子相同的双链分子相同的双链DNADNA的过程。的过程。引引 言言转转录录:以以DNADNA分分子子中中一一条条链链的的部部分分片片段段为为模模板板,按按照照碱碱基基配配对原则,合成出一条与模板对原则,合成出一条与模板DNADNA链互补的链互补的RNARNA分子的过程。分子的过程。翻翻译译:把把mRNAmRNA上上的的遗遗传传信信息息按按照照遗遗传传密密码码转转换换成成蛋蛋白白质质中中特特定定的的氨氨基基酸酸序序列列的的过过程程。“翻翻译译”又又叫叫“转转译译”。中心法则的补充与完善几个基本重要的概
4、念几个基本重要的概念第六页,讲稿共四十五页哦第一节第一节 蛋白质合成体系的组分蛋白质合成体系的组分 蛋蛋白白质质的的合合成成是是一一个个十十分分复复杂杂的的过过程程,蛋蛋白白质质的的合合成成要要求求100100多多种种大大分分子子物物质质参参与与和和相相互互协协作作,这这些些大大分分子子物物质质包包括括rnRNArnRNA、tRNAtRNA、核核糖糖体体、多多种种活活化化酶酶及及各各种种蛋蛋白白质质因子。因子。蛋白质的合成不只是氨基酸之间形成肽键的问题,更重要的蛋白质的合成不只是氨基酸之间形成肽键的问题,更重要的在于安排氨基酸的排列顺序,以形成千差万别的蛋白质。在于安排氨基酸的排列顺序,以形成
5、千差万别的蛋白质。第七页,讲稿共四十五页哦 一、遗传密码一、遗传密码 mRNA是蛋白质合成过程中直接指令氨基酸参入的模是蛋白质合成过程中直接指令氨基酸参入的模板。那么板。那么mRNA上的遗传信息是如何传递给蛋白质的?即上的遗传信息是如何传递给蛋白质的?即mRNA的核苷酸序列是如何对应于蛋白质中的氨基酸序列的核苷酸序列是如何对应于蛋白质中的氨基酸序列的?其对应关系来自的?其对应关系来自遗传密码遗传密码。mRNA(或或DNA)中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序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。列之间的对应关系,称为遗传密码。mRNA(或或DNA)中三个连续的核苷酸可编码
6、一种氨基中三个连续的核苷酸可编码一种氨基酸,这种核苷酸三联体称为密码子。酸,这种核苷酸三联体称为密码子。第八页,讲稿共四十五页哦 一、遗传密码一、遗传密码 19541954年物理学家年物理学家G.GamovG.Gamov首先对遗传密码进行探讨。首先对遗传密码进行探讨。蛋白质由蛋白质由2020种基本氨基酸组成,而种基本氨基酸组成,而mRNAmRNA只含有只含有4 4种核苷酸,种核苷酸,由由4 4种核苷酸构成的序列是如何决定多肽链中多至种核苷酸构成的序列是如何决定多肽链中多至2020种氨基种氨基酸的序列的呢?显然,在核苷酸和氨基酸之间不能采取简单酸的序列的呢?显然,在核苷酸和氨基酸之间不能采取简单
7、的一对一的对应关系。的一对一的对应关系。2 2个核苷酸决定一个氨基酸也只能编个核苷酸决定一个氨基酸也只能编码码1616种氨基酸,如果用种氨基酸,如果用3 3个核苷酸决定一个氨基酸,个核苷酸决定一个氨基酸,4 43 3=64=64,就足以编码就足以编码2020种氨基酸了,这说明可能需要种氨基酸了,这说明可能需要3 3个或更多个或更多个核苷酸编码一个氨基酸。个核苷酸编码一个氨基酸。第九页,讲稿共四十五页哦第十页,讲稿共四十五页哦 一、遗传密码一、遗传密码 1961年年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定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。
8、个碱基编码一个氨基酸,此三联体碱基即称为密码子。他们研究他们研究T4噬菌体噬菌体 位点位点A和和B两个顺反子变异的影响,这两个顺反子变异的影响,这两个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌两个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌 株有关。株有关。他们的研究发现,在上述位点缺失一个核苷酸产生的突他们的研究发现,在上述位点缺失一个核苷酸产生的突变体,不能感染大肠杆菌变体,不能感染大肠杆菌 株。株。第十一页,讲稿共四十五页哦 一、遗传密码一、遗传密码碱基序列碱基序列碱基序列碱基序列CATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCAT
9、CAT1 1 1 1CATCATCATCATCACACACAC C C CATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATC1 1 1 11 1 1 1 CATCATCATCATCACACACAC C C CA A A AX X X XT T T TCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCATCAT2 2 2 2CATCATCATCATX X X XCACACACAX X X XTCTCTCTCATCATCATCATCATCATCATCATCATATATAT3 3 3 3CACACACAX X X X T T T TX X X
10、 XC C C CATATATATX X X X CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT 缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变 第十二页,讲稿共四十五页哦 一、遗传密码一、遗传密码第十三页,讲稿共四十五页哦 在理论上,遗传密码可以通过简单的比较在理论上,遗传密码可以通过简单的比较 mRNA的的碱基序列及其所编码的多肽的氨基酸序列进行确定,然碱基序列及其所编码的多肽的氨基酸序列进行确定,然而在而在 20 世纪世纪 60 年代,此方法不可行,因为当时分离年代,此方法不可行,因为当时分离 mRNA 并测定其序
11、列的方法尚未建立。并测定其序列的方法尚未建立。2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码第十四页,讲稿共四十五页哦 1961年年 Nirenberg 等用大肠杆菌无细胞体系,外加等用大肠杆菌无细胞体系,外加 20 种氨基酸的混合物(其中有一种氨基酸被同位素标记)及种氨基酸的混合物(其中有一种氨基酸被同位素标记)及 poly U,经保温反应后,得到了被标记的苯丙氨酸的经保温反应后,得到了被标记的苯丙氨酸的多聚体,从而证明多聚体,从而证明 poly U起了信使起了信使 RNA 的作用,的作用,UUU是编码苯丙氨酸的密码子。用同样的方法证明是编码苯丙氨酸的密码子。用同样的方法证明 CCC 编码脯氨
12、酸,编码脯氨酸,AAA 编码赖氨酸。这样,这三个密码子最早编码赖氨酸。这样,这三个密码子最早被解译出来了。被解译出来了。2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码第十五页,讲稿共四十五页哦 Nirenberg 和和 Ochoa 等又进一步用两种核苷酸或三等又进一步用两种核苷酸或三种核苷酸的共聚物作模板,重复上述实验。例如,用种核苷酸的共聚物作模板,重复上述实验。例如,用U和和G 随机排列组成的共聚物可以出现随机排列组成的共聚物可以出现 8 种不同的三联体,种不同的三联体,即即GGG,GGU,GUG,UGG,UUG,UGU,GUU,UUU。酶促合成共聚核苷酸时,根据加入核苷酸底物的比例酶促合成
13、共聚核苷酸时,根据加入核苷酸底物的比例可以计算出各种三联体出现的频率,而标记氨基酸掺入新可以计算出各种三联体出现的频率,而标记氨基酸掺入新合成的肽链的相对量与三联体密码出现的频率相符合合成的肽链的相对量与三联体密码出现的频率相符合 2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码第十六页,讲稿共四十五页哦2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码UUUGUUGGU第十七页,讲稿共四十五页哦2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码UUUGUUGGU 1964年年Nirenberg等发现在无蛋白质合成的情况下,三等发现在无蛋白质合成的情况下,三联核苷酸能促进特异的联核苷酸能促进特异的tRNA与核
14、糖体结合。例如,加入与核糖体结合。例如,加入pUpUpU促进脯氨酸促进脯氨酸tRNA与之结合,与之结合,pApApA促进赖氨酸促进赖氨酸tRNA与之结合。与之结合。进一步要解决的问题是密码子中三个碱基的排列顺序进一步要解决的问题是密码子中三个碱基的排列顺序第十八页,讲稿共四十五页哦2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码UUUGUUGGU 将结合的氨酰将结合的氨酰-tRNA-三核苷酸三核苷酸-核糖体吸附在硝酸纤核糖体吸附在硝酸纤维素滤膜上,这样,凡是结合在核糖体(带特定氨基酸)上的维素滤膜上,这样,凡是结合在核糖体(带特定氨基酸)上的tRNA分子在通过硝酸纤维素滤膜时被截留下来,而未结合分
15、子在通过硝酸纤维素滤膜时被截留下来,而未结合的的tRNA则可通过。由于则可通过。由于三核苷酸模板只能与一定的三核苷酸模板只能与一定的tRNA对应对应,而一定的,而一定的tRNA又只与特定的氨基酸又只与特定的氨基酸结结合,所以只要合,所以只要带标带标记记的氨基酸被的氨基酸被滤膜,就可以测出三联体对应氨基酸的密码子。滤膜,就可以测出三联体对应氨基酸的密码子。第十九页,讲稿共四十五页哦2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码UUUGUUGGU 利用此系统,通过合成所有利用此系统,通过合成所有64种可能的三联体,测定每种种可能的三联体,测定每种三联体对三联体对20种氨基酸相应的种氨基酸相应的tRN
16、A与核糖体结合的影响,已使与核糖体结合的影响,已使50多种密码子被解译出来。但还有一些三联体编码的氨基多种密码子被解译出来。但还有一些三联体编码的氨基酸不能肯定,需要用其他方法来破译。酸不能肯定,需要用其他方法来破译。第二十页,讲稿共四十五页哦2.遗传密码的解读 一、遗传密码一、遗传密码UUUGUUGGU 与此同时,与此同时,Khorana 应用合成的具有重复序列的多核应用合成的具有重复序列的多核苷酸如苷酸如UCUCUCUC进行体外蛋白质人工合成,发现产物为进行体外蛋白质人工合成,发现产物为丝氨酸与亮氨酸交替出现的多肽:丝氨酸与亮氨酸交替出现的多肽:Ser Leu Ser Leu,说说明明UC
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