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第三十七章 遗传密码和蛋白质的生物合成

第三十七章 遗传密码和蛋白质的生物合成. 一、 DNA 是遗传信息的携带者. (一)细胞含有 恒定量的 DNA DNA 含量 不受 外界环境 、 营养条件 和 细胞本身代谢状态 的影响 DNA 含量 与生物 机体的复杂性 有关 C 值矛盾 (重复序列、染色体外基因、细胞器基因 ). (二) DNA 是细菌的转化因子. 二、遗传密码的破译 4 种碱基如何对应 20 种基本氨基酸? 1 个碱基对应一种 AA 4 2 个碱基对应一种 AA 16 3 个碱基对应一种 AA 64 —— 密码子为三联体.

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第三十七章 遗传密码和蛋白质的生物合成

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Presentation Transcript


  1. 第三十七章遗传密码和蛋白质的生物合成

  2. 一、DNA是遗传信息的携带者 (一)细胞含有恒定量的DNA • DNA含量不受外界环境、营养条件 和细胞本身代谢状态的影响 • DNA含量与生物机体的复杂性有关 • C值矛盾 (重复序列、染色体外基因、细胞器基因)

  3. (二)DNA是细菌的转化因子

  4. 二、遗传密码的破译 4种碱基如何对应20种基本氨基酸? • 1个碱基对应一种AA 4 • 2个碱基对应一种AA 16 • 3个碱基对应一种AA 64 ——密码子为三联体

  5. 插入/缺失核苷酸的突变体实验证明: • 三联体密码的正确性 • 非重叠性 • 连续性(无标点符号)

  6. Nirenberg均聚核苷酸实验 • Poly U —— 指导Phe的合成 • Poly C —— 指导Pro的合成 • Poly A —— 指导Lys的合成 • Poly G ——易形成多股螺旋 • 高浓度的Mg2+使密码子的阅读起点为任意

  7. 2/3种核苷酸的共聚物为模板 • Poly UG: UUU UUG UGU GUU GUG GGU UGG GGG 八种不同的三联体 可根据底物的比例计算: 三联体出现的频率(标记AA掺入频率) 可确定20种AA密码子组成,但排列顺序未知

  8. 核糖体结合技术直接测定三联体对应的AA 人工合成三核苷酸取代 mRNA ↓ 无GTP时不能合成Pr 三联体及对应的氨酰tRNA结合于核糖体 ↓ 反应混合物通过硝酸纤维素膜留在膜上

  9. 利用化学合成和酶促合成法的结合 ……UGUGUGUGUGUGUGU…… ……UGUGUGUGUGUGUGU…… ……UGUGUGUGUGUGUGU…… ……UGUGUGUGUGUGUGU…… UGU:Cys GUG:Val 聚二核苷酸

  10. …UUCUUCUUCUUCUUCUUC… Phe Phe Phe Phe Phe Phe …UUCUUCUUCUUCUUCUUC… Ser Ser Ser Ser Ser …UUCUUCUUCUUCUUCUUC… Leu Leu Leu Leu Leu 聚三核苷酸

  11. …UUAC UUAC UUAC UUAC … Leu Leu Thr Tyr UUA和CUU:Leu ACU:Thr UAC: Tyr 聚四核苷酸

  12. 三、遗传密码的基本特性 (1)简并性(degeneracy) 一种AA有2个或以上的密码子 同义密码子 ——对应于同一种AA的不同密码子 Met 和Trp仅一个密码子 简并性的生物意义在于减少有害突变

  13. 64个密码子 • 20个有意义、44个无意义 突变使肽链合成提前终止的概率大大提高 三个终止密码子:UAA、UAG、UGA • 碱基的改变仍有可能编码原来的AA

  14. (2)变偶性 (wobble)

  15. I:A、U、C “三配二” 反密码子第1位与密码子第3位的 任意4种碱基配对。

  16. (3)密码通用性和变异性 • 生物界有共用的一套遗传密码 • 线粒体DNA具有独特的编码方式 ——tRNA识别两个或四个密码子 2个:密码子第三位为A/G、C/U 4个:密码子第三位为A/U/C/G 线粒体中Met具有个密码子?

  17. 特定生物细胞基因组密码出现变异 UGA:Trp UAA/UAG: Gln • 密码子含义的变化 大肠杆菌中GUG(Val)和UUG(Leu) 作为起始密码子 • 翻译过程掺入修饰AA 第21个氨基酸

  18. 硒代半胱氨酸

  19. (大肠杆菌中) • 一类低丰度的丝氨酸tRNA • 识别ORF中的UGA 丝氨酸tRNA携带Ser后 ↓ 经酶催化生成硒代半胱氨酸 ↓ 识别特定的二级结构(∽插入序列) ↓ 将∽掺入蛋白质

  20. (4)密码的防错系统 • 密码子第2位决定AA的极性 U:非极性、疏水和支链的AA C:非极性或不带电荷的极性侧链 A/G:亲水性 A/C A/G 第3位可以为任意碱基: 具有可解离极性侧链的碱性AA (AGN:酸性亲水侧链AA)

  21. 密码子第3位决定简并性 • 密码子中一个碱基的置换导致: • 编码相同的AA • 理化性质接近的AA

  22. 四、蛋白质的生物合成 合成场所:核糖体 原料:AA、tRNA 、mRNA 、rRNA 其他蛋白因子、ATP、GTP

  23. 粗面内质网

  24. (一)蛋白质合成的分子基础 1、模板是mRNA • 含有密码子 • 阅读方向5’到3’ • 起始密码和终止密码 • 3’端:真核生物有PolyA尾巴 • 5’端:决定起始密码的选择

  25. 原核生物mRNA 5’端的SD序列 ——识别16S rRNA 核糖体结合位点序列

  26. 真核生物 5’端有核糖体进入部位 帽子结构帮助识别 向3’扫描至AUG

  27. 2、tRNA转运活化的AA到模板上 • 每种AA都至少有一种tRNA负责转运 • 书写方式:tRNAPhe、 tRNASer • 通常一种AA具有几种tRNA

  28. See movie

  29. tRNA分子具有: • 3’CCA-OH氨基酸接受位点 • 识别氨酰-tRNA合成酶位点 • 核糖体识别位点 • 反密码子位点

  30. tRNACys ↓ Cys* 半胱氨酰tRNA合成酶 半胱氨酰* - tRNACys ↓ 丙氨酰* - tRNACys ↓ Ala插入蛋白中Cys的位置 形成氨酰tRNA后去向由tRNA决定

  31. 3、核糖体是蛋白质合成的工厂

  32. (二)蛋白质合成的步骤 1、氨酰tRNA的生成

  33. 氨酰tRNA合成酶 氨酰AMP

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