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时间:2017-11-23
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1、第三讲生物信息的传递(下)从mRNA到蛋白质合成序.基因与基因表达的一般概念一.遗传密码——三联子二.tRNA三.AA-tRNA合成酶四.核糖体五.蛋白质的生物合成六。蛋白质运转机制本章主要内容序.基因与基因表达的一般概念基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位,其生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者,它通过自主复制得到永存,并通过转录生成mRNA,翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。基因表达包括转录(transcription)和翻译(translation)两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同(除了T→U之外)的RNA单链的过程,是基因
2、表达的核心步骤。翻译是指以新生的mRNA为模板,把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程,是基因表达的最终目的。只有mRNA所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成,所以人们一般用U、C、A、G这4种核苷酸而不是T、C、A、G的组合来表示遗传性状。所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始,按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则,依次合成一条多肽链的过程。蛋白质分子是由许多氨基酸组成的,在不同的蛋白质分子中,氨基酸有着特定的排列顺序,这种特定的排列顺序不是随机的,而是严格按照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序决定的。基因的遗传信息在转录过程中从D
3、NA转移到mRNA,再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。翻译的过程也就是蛋白质分子生物合成的过程,在此过程中需要200多种生物大分子参加,其中包括核糖体、mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。翻译基本过程(如图:翻译过程的基本原理)、一.遗传密码——三联子1遗传密码概况原核细胞中每种mRNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息,以一种多顺反子的形式排列,在翻译过程中可同时合成几种蛋白质,而真核细胞中,每种mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息,是单顺反子的形式。mRNA以它分子中的核苷酸排列顺序携带从DNA传递来的遗传信息,作为蛋白质生物合成的直接模板
4、,决定蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。不同的蛋白质有各自不同的mRNA,mRNA除含有编码区外,两端还有非编码区。非编码区对于mRNA的模板活性是必需的,特别是5’端非编码区在蛋白质合成中被认为是与核糖体结合的部位。mRNA分子上以5'→3'方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子,mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子。这些密码不仅代表了20种氨基酸,还决定了翻译过程的起始与终止位置。每种氨基酸至少有一种密码子,最多的有6种密码子。从对遗传密码性质的推论到决定各个密码子的含义,进而全部阐明遗传密码,是科学上最杰出的成就之一,科学家们设计了十分出色的遗传学和生物化学实验
5、,于1966年编排出了遗传密码字典。2、三联子密码及其破译50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果:(1)PaulZamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内,经过一段时间后收获其肝脏,进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。 如果注射后经数小时(或数天)收获肝脏,所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质;如果注射后几分钟内即收获肝脏,那么,放射性标记只存在于含有核糖体颗粒的细胞质成份中。2)FrancisCrick等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含在由AUGC四个字母组成遗传信息(核酸)准确无误地翻译成由
6、20种不同氨基酸组成的蛋白质序列,实现遗传信息的表达。实验1:用吖啶类试剂(诱导核苷酸插入或丢失)处理T4噬菌体rII位点上的两个基因,使之发生移码突变(frame-shift),就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。实验2:研究烟草坏死卫星病毒发现,其外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成,相应的RNA片段长1200个核苷酸,与密码三联子体系正好相吻合。实验3:以均聚物为模板指导多肽的合成。在含有tRNA、核糖体、AA-tRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分时又能合成新的肽链,新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板
7、来决定。实验4:以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽,5'…UGUGUGUGUGUGUGUGUG…3',不管读码从U开始还是从G开始,都只能有UGU(Cys)及GUG(Val)两种密码子。实验5:以共聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组成的多肽。如以多聚(UUC)为模板,可能有3种起读方式:5’…UUCUUCUUCUUCUUC…3’或5’…UCUUCUUCUUCUUCU…3’或5'…CUUCUUCUUCUUCUU…3'分别产生
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