遗传密码的破译.ppt

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1、遗传密码的破译DNA蛋白质mRNAmRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？假设：1个碱基决定一个氨基酸，情形如何？2个碱基决定一个氨基酸，情形如何？3个碱基决定一个氨基酸，情形如何？4个碱基决定一个氨基酸，情形如何？上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白

2、质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。克里克T4噬菌体实验THEFATCATATETHEBIGRAT试着插入或删去其中的一个、两个、三个字母，看后面的语意会有什么变化？类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个碱基决定一个氨基酸”。1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和

3、马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。如果是你，如何设计实验破译遗传密码？尼伦伯格(Nirenberg)和马太的大肠杆菌实验上述方法只能破译AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。只能确定4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。由于当时还未分离RNApol酶，无法按设计的模板来合成RNA，但除了UUU,CCC,AAA,GGG以外，还必须破译其它的密码，Nirenberg又想出了一种新的方法，就

4、是按一定的碱基比例来合成RNA。比如在底物中加5份的UDP和1份的GDP，碱基比为U：G＝5：1，它们能组成的三联体不外乎8种：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。U和G将随机地加入到三联体中，这样按比例各个位置上进入U和G的概率不同，如UUU：UGG＝（555）：（511）＝25：1；同理UUU：UUG＝5：1，根据这样的推测，在无细胞系统中以这种比例合成的mRNA产生的氨基酸的比例也应是相应的，这样可以推测出密码子的组成。如氨基酸测定结果：苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸

5、（UGU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：缬氨酸（GUU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GGU）＝24：1苯丙氨酸的密码子是已知的，由3个U组成。那么半胱氨酸一定是由2个U，1个G组成；缬氨酸同样如此；甘氨酸应是由一个U两个G组成。结果搞清了各种氨基酸的碱基组成，但是无法判断其具体序列。尼伦伯格(Nirenberg)的新突破　　　　　－－三联体结合实验原理：（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（NC）的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过

6、的。先发现当简单的特定的核苷酸加入到E.coli的核糖体上时，它们并不促使蛋白质的合成，而引起了特定的tRNA及其携带的氨基酸结合到核糖体上，形成大的复合体。因此他们每次在无细胞系统中仅加一种已知序列的三联体RNA（如ACA），同时在氨基酸中只用14C标记一种氨基酸（如丝氨酸）。若ACA进入核糖体后，与其结合tRNA上携带的不是所标记的丝氨酸，那么tRNA和丝氨酸就会从NC上透过，所以通过测定透过NC的tRNA-aa复合体是否带有标记，就可判定结果。1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这

7、种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。霍拉纳（Khorana)的RNA重复序列翻译实验实验思想和推理思维的完美结合当重复序列为（UC）n时，组成的重复RNA无论怎么阅读，只可能是UCU-CUC，翻译的多肽也是由丝氨酸和亮氨酸之间排列的序列。当重复序列为(UUC)

8、n时，无论怎么阅读，都只产生三种多聚氨基酸，即丝,亮和苯丙。再看第三行重复序列（UUAC）n，无论怎么读法，只会是四个密码子的循环；UUA－CUU－ACU－UAC，但合成的肽链中氨基酸三种，－亮-亮-苏-酪。你能分析吗？霍利（Holley)的贡献什么是细胞内翻译遗传密码的机制？霍利着手解决这个问题并取得了成功。有一类特别的核酸，称为转运RNA，霍利就是转运RNA的发现者之一。转运RNA能读出遗传密码，并将它翻译成