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1、第四章 生物信息的传递 翻译,DNA上的基因经转录产生mRNA，然后再以mRNA做为模板合成蛋白质，这个遗传信息由DNA传向蛋白质的过程称为基因表达（gene expressing）,蛋白质的合成是将mRNA中的核苷酸顺序转化为蛋白质的氨基酸顺序，是两种分子语言的转换，故称为翻译(translation),转录产生的mRNA是遗传信息的携带者，它直接作为蛋白质合成的模板，mRNA通过遗传密码的形式翻译为蛋白质,合成过程是tRNA携带氨基酸识别模板，并将氨基酸连接起来。,核糖体是蛋白质合成的场所，rRNA是核糖体的骨架,蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再转变成蛋白质中
2、氨基酸排列顺序的过程，因此翻译是由mRNA的核苷酸顺序来代表蛋白质的 氨基酸顺序,（一）遗传密码,核酸中四种核苷酸，而组成蛋白质的氨基酸有20种，即以四种核苷酸顺序代表20种氨基酸,一种核苷酸作为氨基酸的密码是不可能的,假若两种核苷酸为一组代表一个氨基酸，则能代表的氨基酸最多有42=16种,如果三个核苷酸对应一个氨基酸，则可能的密码数就是43=64种，这是能够将20种氨基酸全部包括在内的最低比例,（一）遗传密码,因此3个连续的核苷酸代表1个氨基酸，即每三个核苷酸组成一个密码子，称为三联体密码（triplet code）,一. 三联体密码及其破译,二. 遗传密码的性质,（一）遗传密码,1.通用性
3、,地球上的所有生物，都共用这一套密码，这表明生物的共同起源,但在线粒体和叶绿体的中的密码含义与染色质DNA密码含义有所不同，这也许代表代表一种原始的密码系统，有进化上的含义,二. 密码的性质,2.方向性,在mRNA链上，密码为从5端读向3端，每次读三个核苷酸，中间不重叠，无标点,查遗传密码表，上述mRNA代表的多肽链氨基酸顺序为：,N苯丙甲硫缬甘组脯赖天C,其中UGA代表终止密码，是蛋白质翻译合成的终止信号，不代表任何氨基酸,以下mRNA：,三. 密码的性质,例,蛋白质合成的终止密码有三个，分别为UAA、UAG、UGA，不代表任何氨基酸，同时终止密码以后的密码也不能翻译得到氨基酸,由于上述mR
4、NA链中存在终止密码UAA，则翻译得到的多肽链含4个氨基酸：,N 脯甘亮组C,要点,以下mRNA：,二. 密码的性质,例,2.方向性,3. 连续性,正确的阅读密码，必须从一个正确的起点开始阅读，连续不断的一个接一个阅读，从5端读向3端，直到出现终止密码,密码子之间无间隔，插入或删去一个碱基，就会造成其后所有的密码改变，得到完全不同的蛋白质，称为移码突变,二. 密码的性质,增加或去除三或三的倍数个碱基则不会造成突变,这也证明了遗传密码是三联体密码,4.简并性,密码的简并通常是第三位碱基不同，其中AUG和GUG既是甲硫氨酸和缬氨酸的密码，又是起始密码。,当突变引起密码子内某一核苷酸变化时，所代表的
5、氨基酸不变，合成出的蛋白质与原来一样。这可以保持生物体的遗传的稳定性,二. 密码的性质,从表中可以看出，有许多氨基酸有不止一个密码，一个氨基酸有2个以上密码就称为密码简并性（degeneracy）。,5.摆动性,在蛋白质的翻译过程中，氨基酸的正确加入，必须是tRNA的反密码与mRNA上的密码正确配对,由于氨基酸的密码有简并性，因此携带某种氨基酸的tRNA就必须能识别此氨基酸的几个密码,即tRNA的一个反密码应与mRNA上的几个密码配对，这种配对方式叫摆动性（Wobble ）。,二. 密码的性质,通常tRNA反密码（阅读方向为53）的第二、第三碱基与mRNA上的密码（阅读方向5 3 ）为第一、第
6、二碱基是标准配对。tRNA 的第一个碱基可识别mRNA第三位不同碱基，是摆动配对,密码子与反密码的摆动性配对在生物进化上有积极的意义，可减少突变频率，保持生物遗传的稳定,5.摆动性,二. 密码的性质,Genetic Code of Mammalian Mitochondria,Three possible reading frames of the E. coli trp leader sequence,tRNA的反密码与mRNA的密码配对,反密码与密码碱基配对时的摆动现象,在蛋白质合成过程中，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。所以t
7、RNA又被称为第二遗传密码,（二）tRNA,二. tRNA的功能,一. tRNA的结构,四. 氨酰tRNA的合成酶,三. tRNA的种类,tRNA的二级结构呈三叶草形，分子中含丰富的稀有组分，可将其结构划分为五个区，除氨基酸接受区外，每个区喊含一个突环和一个臂，共为五臂四环.,其中有氨基酸接受臂，四环为反密码环、二氢尿嘧啶环、 TC环和可变环,一. tRNA的结构,tRNA的三级结构象一个倒“L”形，是在三叶草结构基础上通过折叠卷曲，突环上的未配对碱基由于空间位置的改变而与另一个环上的碱基配对，从而形成的三维空间结构。,一. tRNA的结构,tRNA的三叶草形二级结构,在蛋白质合成中tRNA是
8、氨基酸的携带者，氨基酸不能识别密码子，只有与tRNA结合后生成氨酰tRNA携带入核糖体，用于合成肽链，游离氨基酸不能进入核糖体,氨基酸臂3末端的CCA为携带氨基酸的部位；反密码环上的反密码与mRNA上的密码通过碱基配对，使tRNA携带正确的氨基酸,二. tRNA的功能,tRNA的表示法：氨基酸符号写在tRNA的右上角。如携带丙氨酸的tRNA ：tRNAAla,有负载的tRNA ，将其载有的氨基酸符号写在tRNA的前面。如：Ala-tRNAAla,带有氨基酸的称为氨基酰tRNA，如上式为丙氨酰tRNA,二. tRNA的功能,在原核生物中，起始tRNA是携带甲酰蛋氨酸即tRNAfmet；而在真核生
9、物中，起始tRNA携带蛋氨酸，即tRNAimet。 在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起始部位的蛋氨酸密码：AUG。,三. tRNA的种类,1.起始tRNA和延伸tRNA,能够识别mRNA中5端起始密码AUG的tRNA称为起始tRNA，其他tRNA统称延伸tRNA,三. tRNA的种类,2.同工tRNA,每一种氨基酸都由自己特有的tRNA携带，携带20种氨基酸的tRNA各不相同，由于一个氨基酸有几个密码，因此有的氨基酸可被几种tRNA携带。几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA,三. tRNA的种类,3.校正tRNA,由基因突变所引起的遗传信息的改变，分为三
10、类：同义突变、错义突变、无义突变,校正tRNA能通过校正反密码子区的碱基来校正错义突变和无义突变,在校正过程中，无义突变校正tRNA与释放因子竞争结合密码子，而错义突变校正tRNA则与该密码正常tRNA竞争结合密码子，这些都会影响校正的效率,由于遗传密码具有简并性所以有些碱基替换并不造成氨基酸的变化。这种突变叫同义突变,同义突变,编码脯氨酸的密码子有CCU、CCC、CCA、CCG，第三碱基的变化不会引起氨基酸序列的改变，因此没有突变效应。,例,指碱基替换后引起氨基酸序列的改变。有些错义突变严重影响到蛋白质的活性，甚至使活性完全丧失，从而影响了基因的表型,错义突变,镰刀形红细胞贫血,例,镰刀形细
11、胞贫血病：病人的红血球在缺氧时变成镰刀形，其病因在于细胞的血红蛋白的一条链上的第六位谷氨酸被缬氨酸取代，从而形成异常血红蛋白,编码区的单碱基突变导致终止密码子（UGA、UAG、UAA)的形成，使mRNA的翻译提前终止，形成不完整的肽链，因而其产物一般是没有活性的,无义突变,镰刀状贫血病的分子机理:血红蛋白 -链上 谷氨酸变成缬氨酸,氨基酸与tRNA的连接包括两步反应，由同一个酶催化，此酶称为氨基酰tRNA合成酶,四. 氨酰-tRNA合成酶,如Ile tRNA合成酶催化异亮氨酸和tRNAIle的连接,tRNA和氨基酸之间并不存在识别作用，它们均是靠氨基酰tRNA合成酶来识别的，酶分子有两个识别位
12、点，一个位点识别并结合特异氨基酸，另一个位点识别并结合特异tRNA。两个位点专一性不同。,四. 氨酰-tRNA合成酶,氨基酸与其相应的tRNA的连接以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异专一性的，这可以避免错误蛋白质的合成,酶与特异氨基酸的识别和结合并不专一，因此该酶所催化的第一步反应并不严格专一,但酶与tRNA的结合高度专一，第二步能将氨基酸与tRNA的错误连接水解掉,ValAMP + tRNAIle,1.氨基酸(AA)与ATP反应，生成活化的氨基酰腺苷酸AAAMP,2. 然后氨基酸由AAAMP转移给tRNA而生成氨基酰tRNA,氨基酸通过酯键连接于tRNA3端腺苷核糖的的2位或3位羟基,
13、核糖体分布在细胞质内,呈游离状或附着于内质网上,含有蛋白质(40%)和RNA(60%),整个颗粒分为一大一小两个亚基。两个亚基都含有蛋白质和RNA,但种类和数量不同,核糖体是蛋白质合成的场所，在真核细胞中，可游离于细胞浆中，也可附着在内质网上,（三）核糖体,一.核糖体的结构,三.核糖体的功能,二.rRNA,一.核糖体的结构,核糖体由大小两个亚基组成，每个亚基都含有蛋白质和rRNA。,小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质构成。 rRNA能在特定位点与蛋白质结合，组装成核糖体。,原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。
14、,真核生物中的核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。 小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5S rRNA，28S rRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8 S rRNA。,一.核糖体的结构,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,二.rRNA,5S rRNA 5S rRNA含120个核苷酸，有两个高度保守的区域，一个含有保守序列CGAAC，可与tRNA TC环上GTCG序列相互补，这是5S rRNA与tRNA相互识别的序列。另一个区域15个核苷酸的保守序列与23 S rRNA一段序列互补，这是5S rRNA与50S核糖体大亚基相互作用的位点,2.16
15、S rRNA 16S rRNA含1475-1544个核苷酸，分子分为几个区，压缩在30S亚基内， 16S rRNA序列十分保守，在3端一段保守序列与mRNA5 端翻译起始区互补,二.rRNA,3. 23S rRNA 23S rRNA包括2904个核苷酸，有一段能与tRNAMet序列互补的片段，在5 端有一段12个核苷酸片段与5S rRNA互补，表明在大亚基上两种rRNA存在相互作用,4. 5.8S rRNA 5.8S rRNA为真核生物特有，含160个核苷酸，含有与tRNA识别的保守序列，功能与原核生物5S rRNA相似,核糖体的主要功能有3个： 1.识别mRNA上的起始位点并开始翻译 2.帮
16、助mRNA上的密码子与tRNA上的反密码配对 3.合成肽键 其中小亚基和大亚基分别执行不同的功能。,三.核糖体的功能,核糖体的大、小亚基分别有不同的功能： 1小亚基：负责与mRNA进行特异性识别，包括起始部分的识别、密码子与反密码子的作用，以及GTP和起始tRNA结合。,三.核糖体的功能,大亚基功能包括负责携带氨基酸及tRNA；具有转肽酶活性以形成肽键；具有GTPase活性，水解GTP，获得能量；具有起始因子、延长因子及释放因子的结合部位。,2大亚基具有三个不同的tRNA结合点。 A位（右） 氨酰基基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）肽酰基部位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。另外有一个E位为结合空载tRNA的位点。,三.核糖体的功能,在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。 由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核糖体。,三.核糖体的功能,A site: to bind the am
