第十四章遺傳密碼和遺傳信息翻譯系統(tǒng)

第一節(jié)遺傳密碼破譯一.遺傳密碼試拼1954年G.Gamov對(duì)破譯密碼首先提出了構(gòu)想若一個(gè)堿基對(duì)應(yīng)與一個(gè)氨基酸，那么只可能產(chǎn)生4種氨基酸;若2個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸話(huà)，4種堿基共有42=16種不一樣排列組合;3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生43=64種不一樣形式若是四聯(lián)密碼，就會(huì)產(chǎn)生44=256種排列組合。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第1頁(yè)三聯(lián)密碼證實(shí)。1961年Crick和Brenner.S等證實(shí)了三聯(lián)密碼真實(shí)性。他們用T4染色體上一個(gè)基因（rⅡ位點(diǎn)）經(jīng)過(guò)用原黃素（proflavin）處理，能夠使DNA脫落或插入單個(gè)堿基，插入叫“加字”突變，脫落叫“減字”突變.不論加字和減字都能夠引發(fā)移碼突變。Crick小組用這種方法取得一系列T4“加字”和“減字”突變，再進(jìn)行雜交來(lái)取得加入或降低一個(gè)，二個(gè)，三個(gè)不一樣堿基數(shù)系列突變。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第2頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第3頁(yè)它們只能在B菌株上生長(zhǎng)形成噬菌斑開(kāi)始用原黃素誘導(dǎo)突變稱(chēng)FCO，他們?cè)儆迷S素誘導(dǎo)產(chǎn)生回復(fù)突變，在E.coliK（λ）菌株中出現(xiàn)了噬菌斑。用遺傳學(xué)方法和野生型雜交發(fā)覺(jué)它們并不是真正野生型。校正突變（Asuppressormutation）抵消或抑制了前一次突變效應(yīng)，遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第4頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第5頁(yè)校正突變特點(diǎn)以下：(1)校正突變是在第一次突變不一樣位點(diǎn)將它抵消。所以原來(lái)突變能夠經(jīng)過(guò)野生型和回復(fù)突變型之間雜交又恢復(fù)為突變型；(2)校正突變可能發(fā)生相同基因中，抑制原來(lái)突變（如剛舉例子），稱(chēng)基因內(nèi)抑制，或發(fā)生在不一樣基因中稱(chēng)基因外抑制。(3)不一樣抑制可能作用方式不一樣。如有抑制是在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平，有可能是經(jīng)過(guò)細(xì)胞生理功效來(lái)實(shí)現(xiàn)。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第6頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第7頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第8頁(yè)三.利用突變來(lái)解讀密碼1960A.Tsugita,H.Fraenkel-Connrat小組和H.G.Wittmann小組試圖經(jīng)過(guò)用亞硝酸來(lái)對(duì)TMV進(jìn)行誘變。當(dāng)初依據(jù)亞硝酸誘變?cè)?，mRNA中A→G或C→U緣故。當(dāng)初已搞清了TMV肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)由158個(gè)氨基酸組成，將突變型和野生型進(jìn)行比較就能確定肽鏈上氨基酸取代位點(diǎn)和類(lèi)型。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第9頁(yè)四.無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)建立1961年Nirenberg建立了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)這一新技術(shù)又是在多核苷酸磷酸化酶發(fā)覺(jué)基礎(chǔ)上建立起來(lái)。1955S.Ocha在細(xì)菌中分離了多核苷酸磷酸化酶（polynucleotidephosphorylase）,它催化核糖核苷二磷酸聚合，它不需要任何DNA模板就可合成.遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第10頁(yè)他們方法是:(1)去模板：用DNAase處理E.coli抽提物，使DNA降解，除去原有細(xì)菌模板。(2)加入polU：合成了多聚苯丙氨酸，這一結(jié)果不但證實(shí)了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)成功，同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸密碼子。分別加入polyA，polyC和polyG結(jié)果對(duì)應(yīng)地取得了多聚賴(lài)氨酸，多聚脯氨酸和多聚甘氨酸。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第11頁(yè)

(3)按百分比加入２種核苷混合多聚物因?yàn)楫?dāng)初還未分離RNApol酶，無(wú)法按設(shè)計(jì)模板來(lái)合成RNA，Nirenberg又想出了一個(gè)新方法，就是按一定堿基百分比來(lái)合成RNA。比如在底物中加5份UDP和1份GDP，堿基比為U：G＝5：1，它們能組成8種三聯(lián)體：

UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。U和G將隨機(jī)地加入到三聯(lián)體中，這么按百分比各個(gè)位于上進(jìn)入U(xiǎn)和G概率不一樣，。如氨基酸測(cè)定結(jié)果：遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第12頁(yè)如UUU：UGG＝（555）:（511）＝25：1同理UUU：UUG＝5：1，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果推測(cè):苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：纈氨酸（GUU）＝5：5苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GUU）＝24：1遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第13頁(yè)五.三聯(lián)體結(jié)合試驗(yàn)1964年Nirenberg又采取三聯(lián)體結(jié)合試驗(yàn)(1)tRNA和氨基酸及三聯(lián)體結(jié)合是特異；(2)上述結(jié)合復(fù)合體大分子是不能經(jīng)過(guò)硝酸纖維濾膜微孔，而tRNA-氨基酸復(fù)合體是能夠經(jīng)過(guò)。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第14頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第15頁(yè)六.利用重復(fù)共聚物破譯密碼Khorara采取了有機(jī)合成一條短單鏈DNA重復(fù)次序，然后用DNApol1合成其互補(bǔ)鏈，再用RNApol及不一樣底物合成兩條重復(fù)RNA共聚物（圖14－3），作為翻譯mRNA，加入到體外表示系統(tǒng)中，遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第16頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第17頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第18頁(yè)第二節(jié)遺傳密碼證實(shí)和特點(diǎn)一.遺傳密碼證實(shí)1966年Sterisinger等用噬菌體T4證實(shí)了遺傳密碼是完全正確。他們采取方法跟Crick原黃素誘發(fā)移碼突變方法相同，使T4溶菌酶產(chǎn)生了移碼突變，依據(jù)突變后蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和野生型溶菌酶氨基酸次序進(jìn)行了比較，遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第19頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第20頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第21頁(yè)

二．遺傳密碼在纖毛蟲(chóng)和線(xiàn)粒體中改變

遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第22頁(yè)一.遺傳密碼特點(diǎn)(1)遺傳密碼是三聯(lián)體密碼。(2)遺傳密碼無(wú)逗號(hào)。(3)遺傳密碼是不重迭。(4)遺傳密碼含有通用性。(5)遺傳密碼含有簡(jiǎn)并性(degeneracy(synonyms)。(6)密碼子有起始密碼子和終止密碼子。(7)反密碼子中“擺動(dòng)”（wobble）遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第23頁(yè)表示第三個(gè)堿基擺動(dòng)模式。在八組員組成密碼子家族中，每個(gè)組員四個(gè)密碼子意思相同，那么第三個(gè)堿基U、C、A、G對(duì)氨基酸起不到特異作用。在七個(gè)組員組成密碼子意思相同。第三個(gè)堿基都是Py，含U或C。在五個(gè)組員組成密碼子家族中，每個(gè)組員二個(gè)密碼子都是相同，第三堿基都是Pu，含A或G。由一個(gè)組員組成密碼子家族中，有3個(gè)密碼子意思相同，第三個(gè)堿基含有U、C和A。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第24頁(yè)擺動(dòng)假說(shuō)(wobblehypothesis)是由Crick.F（1966年）提出。即當(dāng)tRNA反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)時(shí)前兩對(duì)嚴(yán)格恪守堿基互補(bǔ)配對(duì)法則，但第三對(duì)堿基有一定自由度能夠“擺動(dòng)”。擺動(dòng)假說(shuō)也稱(chēng)為三中讀二（2outof3reading）。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第25頁(yè)三中讀二普通可分為三種情況：(1)第１,２兩個(gè)堿基形成６個(gè)氫鍵時(shí)，可三中讀二。如ＣＣＸ，ＣＧＸ，ＧＣＸ和ＧＧＸ。(2)第1,2兩個(gè)堿基形成4個(gè)氫鍵時(shí),不可三中讀二。如AAX，ＡＵＸ，ＵＡX和ＵＵＸ。(3)第１，２兩個(gè)堿基形成５個(gè)氫鍵時(shí),當(dāng)?shù)诙€(gè)堿基為嘧啶時(shí)，可三中讀二；如ＵＣＸ，ＡＣＸ，ＣＵＸ和ＧＵＸ。當(dāng)?shù)诙€(gè)堿基為嘌呤時(shí)則不能三中讀二，如ＣＡＸ，ＧＡＸ，ＵＧＸ和ＡＧX。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第26頁(yè)第三節(jié)tRNA結(jié)構(gòu)和功效

一.tRNA結(jié)構(gòu)（一）三葉草型二維結(jié)構(gòu)(1)各種tRNA均含有70~80個(gè)堿基，其中22個(gè)堿基是恒定。(2)5’端和3’端配對(duì)（常為7bp）形成莖區(qū)，稱(chēng)為受體臂（acceptorarm）或稱(chēng)氨基酸臂。在3’端永遠(yuǎn)是4個(gè)堿基（XCCA）單鏈區(qū)，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基酰化位點(diǎn)。此臂負(fù)責(zé)攜帶特異氨基酸。

遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第27頁(yè)（3）TψC常由5bp莖和7Nt和環(huán)組成。此臂負(fù)責(zé)和核糖體上rRNA識(shí)別結(jié)合；(4)反密碼子臂(anticodonarm)常由5bp莖區(qū)和7Nt環(huán)區(qū)組成，它負(fù)責(zé)對(duì)密碼子識(shí)別與配對(duì)。(5)D環(huán)(Darm)莖區(qū)長(zhǎng)度常為4bp，也稱(chēng)雙氫尿嘧啶環(huán)。負(fù)責(zé)和氨基酰tRNA聚合酶結(jié)合;(6)額外環(huán)(extraarm)可變性大，從4Nt到21Nt不等，其功效是在tRNAL型三維結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)連接兩個(gè)區(qū)域（D環(huán)－反密碼子環(huán)和TψC-受體臂）。胰腺癌護(hù)理：/a/yixianaihuli/遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第28頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第29頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第30頁(yè)（二）tRNA三維結(jié)構(gòu)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第31頁(yè)

酵母苯丙氨酸t(yī)RNA三級(jí)氫鍵遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第32頁(yè)tRNA

堿基

堆積遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第33頁(yè)L型結(jié)構(gòu)(2)D環(huán)和TψC環(huán)形成了“L”轉(zhuǎn)角。(1)氨基酸受體臂位于L型一側(cè)，距反密碼子環(huán)約70A(3)在一些保守和半保守堿基之間形成很多三級(jí)氫鍵,使分子形成L形b,并使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(4)使得三維結(jié)構(gòu)得以形成這些堿基配對(duì)包括到與磷酸核糖主鏈相互作用三級(jí)結(jié)構(gòu)磷酸二酯鍵分布在核糖2’-OH上。(5)幾乎全部堿基平面之間產(chǎn)生堆積作用。(6)在反密碼子莖中僅有極少三級(jí)氫鍵。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第34頁(yè)二.校正tRNA抑制基因（suppressor）或稱(chēng)校正基因（一）無(wú)義抑制（nonsensesuppressor）1.tRNA反密碼子突變2.tRNA其它結(jié)構(gòu)改變遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第35頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第36頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第37頁(yè)（二）錯(cuò)義抑制遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第38頁(yè)抑制突變特點(diǎn):1.不是全部抑制基因都能產(chǎn)生有功效蛋白質(zhì)，關(guān)鍵是要看氨基酸取代情況。2.校正作用不可能是完全。①校正tRNA分子是有限而且還要和釋放因子競(jìng)爭(zhēng)；②若是錯(cuò)義抑制話(huà)，因?yàn)榘被岚l(fā)生取代,使得蛋白質(zhì)活性有所降低。3.每種抑制tRNA普通都只識(shí)別UAG終止密碼子，而不再識(shí)別原來(lái)對(duì)應(yīng)密碼子。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第39頁(yè)4.赭石突變抑制基因不但能夠識(shí)別赭石密碼子（UUA），也能夠抑制琥珀突（Am）碼子UAG。但反過(guò)來(lái)Am抑制基因（CUA）就不能抑制赭石突變（UAA），這是因?yàn)閿[動(dòng)緣故所造成。5.當(dāng)細(xì)胞中含有多個(gè)tRNA拷貝時(shí)，抑制才能發(fā)揮作用。6.有抑制基因，不但能夠識(shí)別終止密碼子，而且還能夠識(shí)別原來(lái)密碼子。如野生型tRNATrp反密碼子是CCA，它能夠識(shí)別原來(lái)密碼子UGG，而且還能夠識(shí)別終止密碼子UGA。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第40頁(yè)7.校正基因普通不會(huì)影響正常終止(1)校正基因識(shí)別終止密碼子不一定和正常終止密碼子相同。有時(shí)正常終止位點(diǎn)有兩個(gè)連續(xù)終止密碼子，而且結(jié)構(gòu)不一樣，如UAG-UAA；(2)釋放因子將和抑制基因競(jìng)爭(zhēng)和終止密碼子結(jié)合；(3)抑制基因效率很低，通常為1~5%，所以常不會(huì)抑制正常終止。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第41頁(yè)三.tRNA對(duì)氨基酸識(shí)別（1）tRNA怎樣接收特定氨基酸，氨基酰－tRNA合成酶怎樣識(shí)別tRNA；（2）tRNA中哪些結(jié)構(gòu)和接收特定氨基酸相關(guān)。1988年HouYa-ming（候雅明）和Schimmel首先取得突破。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第42頁(yè)他們采取方法是：(1)選取E.coli(trp-)來(lái)進(jìn)行研究；(2)tRNA，攜帶Ala，反密碼子突變成CUA，能夠和終止密碼子UAG相配對(duì),可校正色氨酸琥珀突變.(3)用點(diǎn)突變方法來(lái)改變校正tRNA（Ala）上各個(gè)位點(diǎn)，觀察對(duì)識(shí)別Ala有何影響，他們證實(shí)了AlatRNAG3:U70堿基對(duì)，僅一對(duì)堿基決定了丙氨酰tRNA合成酶與tRNA識(shí)別。這種小元件稱(chēng)為tRNA“identity”，或稱(chēng)為副密碼子（paracodon）。遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第43頁(yè)遺傳密碼和遺傳信息的翻譯系統(tǒng)專(zhuān)家講座第44頁(yè)

表14-7原核和真核生物核糖體組成及功效核糖體亞基rRNAs蛋白R(shí)NA特異次序和功效

細(xì)菌70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補(bǔ)2.5×106D5S=120