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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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