第十一章第十一章遗传密码遗传密码 DNA(基因基因)……ATCGACGTT……转录转录……UAGCUGCAA……mRNA遗传密码遗传密码tRNA核糖体核糖体(rRNA)产物产物翻译翻译多肽多肽Protein化学修饰化学修饰水解切割水解切割蛋白质折叠蛋白质折叠内含肽切除内含肽切除 通通常常人人们们将将mRNA上上的的核核苷苷酸酸顺顺序序与与蛋蛋白白质质中中的的氨氨基基酸酸顺顺序序的的对对应应关关系系称称为为遗遗传传密密码码（（genetic code)遗传密码：遗传密码： 基基 因：包含因：包含4种碱基；种碱基；蛋白质：蛋白质： 包含包含20种氨基酸；种氨基酸；碱基碱基——氨基酸，是什么关系？氨基酸，是什么关系？ 适应体假说适应体假说RNA TIE CLUB ---- Do or die, or don’t try 1954年，年，物理学家物理学家George Gamov 推断：推断：•1个碱基决定一种氨基酸，只有个碱基决定一种氨基酸，只有4种；种；•2个碱基决定一种氨基酸，有个碱基决定一种氨基酸，有42=16种；种；•3个碱基决定一种氨基酸，有个碱基决定一种氨基酸，有43=64种；种；•不可能是不可能是4个及以上的关系了个及以上的关系了1961年，年，Brenner和和Grick首先首先肯定了三个核苷酸的推理肯定了三个核苷酸的推理 1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的polyＵＵ 开创了开创了破译遗传密码的先河。
破译遗传密码的先河－－Nirenberg and Johann H. Matthaei, 1961, 莫斯科莫斯科这这一一结结果果不不仅仅证证实实了了无无细细胞胞系系统统的的成成功功，，同同时时还还表表明明UUU是是苯苯丙丙氨酸的密码子氨酸的密码子分分别别加加入入polyA，，polyC 和和polyG 结结果果相相应应地地获获得得了了多多聚聚赖赖氨氨酸酸，，多聚脯氨酸和多聚甘氨酸多聚脯氨酸和多聚甘氨酸 五五. .三三联体体结合合实验1964年Nirenberg又采用三联体结合实验(1) tRNA和氨基酸及三联体的结合是特异的；(2) 上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过的 利用重复共聚物破译密码利用重复共聚物破译密码Khorara 采用了有机合成一条短的单链采用了有机合成一条短的单链DNA重复顺序，重复顺序，然后用然后用DNA pol 1合成其互补链，合成其互补链，再用再用RNA pol及不同的底物合成两条重复的及不同的底物合成两条重复的RNA共聚物，作共聚物，作为翻译的为翻译的mRNA ，加入到体外表达系统中，，加入到体外表达系统中， 1. 三联体密码三联体密码 (triplet codon)三联体密码三联体密码是是mRNA 上连续排列的三个核苷酸序列，上连续排列的三个核苷酸序列，并编码一个氨基酸信息的遗传单位并编码一个氨基酸信息的遗传单位。
●密码子具有通用性与保守性（线粒体除外）密码子具有通用性与保守性（线粒体除外）●在一个基因序列中，密码子具有不重叠性和无标点性在一个基因序列中，密码子具有不重叠性和无标点性● 2. 密码子的特征密码子的特征1) 简并性简并性：：同一氨基酸有两组或更多密码子的现象同一氨基酸有两组或更多密码子的现象同义密码子同义密码子指编码同一种氨基酸的密码子指编码同一种氨基酸的密码子密码子在所有生物中都通用密码子在所有生物中都通用 (但粒体中存在例外但粒体中存在例外) 2) 通用性通用性:3) 无标点符号无标点符号4) 遗传密码是不重叠的遗传密码是不重叠的… ACCGACUCA ……ACCGACUCA … 3. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon )1) 表现表现:一种氨基酸受一种氨基酸受2个以上密码子编码的现象个以上密码子编码的现象编码一种氨基酸的几个密码子间编码一种氨基酸的几个密码子间, 仅第三位核苷酸不同，仅第三位核苷酸不同，称为密码子家族（称为密码子家族（codon family）• 20种种氨氨基基酸酸中中有有18种种（（除除蛋蛋氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸外外））由由2个个或或2个以上的密码子编码。
个以上的密码子编码 2) 简并机制简并机制● 同工受体同工受体 : 负载同一氨基酸，但识别不同密码子的负载同一氨基酸，但识别不同密码子的tRNAmRNA 5’---CGU---CGC---CGA---CGG---AGA---AGG---3’GCG GCU UCU3’5’3’5’3’5’A A AtRNA● 摇摆假说摇摆假说:密码子的第三位核苷酸和密码子的第三位核苷酸和tRNA反密码子的第一位反密码子的第一位核苷酸在一定范围内可选择配对核苷酸在一定范围内可选择配对4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon ) ● tRNA反密码子碱基被修饰反密码子碱基被修饰Xo5U (5-羟基尿苷羟基尿苷)Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲基尿苷)Xm5s2U (5-甲基甲基-2硫代尿苷硫代尿苷)K2C (2-赖氨酸胞苷赖氨酸胞苷)Com5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)I (Inosine次黄嘌呤次黄嘌呤)m7G (7-甲基尿苷甲基尿苷)m5C (5-甲基胞苷甲基胞苷)m6A (6-甲基腺苷甲基腺苷)s2C (2-硫代胞苷硫代胞苷)ψ ( (假尿苷假尿苷) )Um (2’-O-甲基尿苷甲基尿苷)Q (Queuosine)2) 简并机制简并机制4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon) tRNA123 根据摆动假说，在密码子与反密码子的根据摆动假说，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，因而使某些因而使某些tRNA可以识别可以识别1个以上的密个以上的密码子。
码子一个一个tRNA究竟能识别多少个密码子，究竟能识别多少个密码子，是由反密码子的第一位碱基的性质决定是由反密码子的第一位碱基的性质决定的：反密码子第一位为的：反密码子第一位为A或或C时只能识时只能识别别1种密码子种密码子；；为为G或或U时可以识别两种时可以识别两种密码子，为密码子，为I (次黄嘌呤次黄嘌呤)时可识别时可识别3种密种密码子原核生物中大约有原核生物中大约有30~45种种tRNA，真核，真核细胞中可能存在细胞中可能存在50种种tRNA.2) 简并机制简并机制 ● tRNA中被修饰的核苷酸的配对能力中被修饰的核苷酸的配对能力Com5U A, G, UCmnm5U A, GmCm5U A, GUm A, GXm5S2U AQ U, C I U, C, A2) 简并机制简并机制4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon) ● tRNA中，反密码子碱基被修饰的意义主要是：中，反密码子碱基被修饰的意义主要是：a.提高摇摆能力，防止突变效应提高摇摆能力，防止突变效应b.保证遗传的稳定性保证遗传的稳定性2) 简并机制简并机制4. 密码子的简并现象密码子的简并现象 (Degeneracy of codon) 本章重点、难点：本章重点、难点：遗遗传传密密码码；；密密码码子子的的特特征征；；密密码码子子的的简简并并机机制制（（同工受体同工受体和和摇摆假说摇摆假说））。