《遗传密码》PPT课件

第六节 遗传密码与蛋白质的翻译,一、遗传密码,遗传密码(genetic code) ：是生物蛋白质合成的密码，是遗传信息的单位，由A、U、C、G组成。,遗传密码又是如何翻译呢?,首先是以DNA的一条链为模板合成与它互补的mRNA ，根据碱基互补配对的规律，在这条mRNA链上，A变为U，T变为A，C变为G，G变为C。,因此，这条mRNA上的遗传密码与非模板DNA链是一样的，所不同的只是U代替了T。然后再由mRNA上的遗传密码翻译成多肽链中的氨基酸序列。,（一）密码子与氨基酸,DNA 分子碱基只有4 种，而蛋白质氨基酸有20 种； 碱基与氨基酸之间不可能一一对应关系。,14 1 =4 种：缺16 种氨基酸； 24 2 =16 种：比现存的20 种氨基酸还缺4 种； 34 3 =64 种：由三个碱基一起组成的密码子能够形成64 种组合，20 种氨基酸多出44 种。,简并(degeneracy）：一个氨基酸由一个或一个以上的三联体密码所决定的现象。,三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。,（二）遗传密码字典,每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢?？,从1961 年开始，在大量试验的基础上，分别利用64 个已知三联体密码，找到了相对应的氨基酸。,19661967 年，已全部完成了整套遗传密码的字典，如UGG 为色氨基酸。,遗传密码字典,（三）遗传密码的基本特征,1遗传密码为三联体： 三个碱基决定一种氨基酸； 61 个为有意密码，起始密码为GUG 、AUG(甲硫氨酸)； 3 个为无意密码，UAA 、UAG 、UGA 为蛋白质合成终止 信号。,2. 遗传密码间不能重复利用:,在一个mRNA 上每个碱基只属于一个密码子； 均以3 个一组的形成氨基酸密码。,3. 遗传密码间无逗号：,AUG GUA CUG UCA . 甲硫氨 酸缬氨 酸亮氨酸 丝氨酸,密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直 阅读下去，不漏不重复。 如果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺 序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一 样(称为移码突变)。 AUG UAC UGU CA 甲硫氨酸 酪氨酸 半胱氨酸,.简并现象： 色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密码；其余氨基酸都有一种以上的密码子。,4简并性：,.61 个为有意密码，起始密码为GUG 、AUG(甲硫氨酸)。 3 个为无意密码，UAA 、UAG 、UGA 为蛋白质合成终止 信号。,.简并现象的意义：（生物遗传的稳定性）,同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。 如：UCU UCC 或UCA 或UCG，均为丝氨酸。,5遗传密码的有序性：,决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个 密码子中，第1 个和第2 个碱基的重要性大于第3 个碱基， 往往只是最后一个碱基发生变化。,例如：脯氨酸（pro）：CCU 、CCA 、CCC 、CCG 。,在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码通用。 构成4 个基本碱基符号所有氨基酸所有 蛋白质生物种类、生物体性状。,1980 年以来发现： 具有自我复制能力的线粒体tRNA(转移核糖核酸) 在阅读个别密码子时有不同的翻译方式。 如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体。,6通用性：,二、蛋白质的合成,遗传信息贮存于DNA里，由DNA所含的碱基序列决定氨基酸序列的过程即蛋白质的合成过程，也就是基因的表达过程，实际上包括遗传信息的转录和翻译两个步骤。,蛋白质的合成，也就是遗传信息的翻译过程。,翻译就是mRNA携带着转录的遗传密码附着在核糖体(ribosome)上，把由tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互联结起来成为多肽链，并进一步折叠成为立体的蛋白质分子的过程。,(一)核糖体,核糖体是合成蛋白质的中心，是rRNA与核糖体蛋白结合起来的小颗粒。核糖体包含大小不同的两个亚基，由镁离子Mg+结合起来的三维结构，一般呈不倒翁形(图329)。,原核生物与真核生物核糖体的区别：,(二)在核糖体上合成蛋白质,蛋白质的合成，分链的起始、延伸和终止三个阶段介绍。,1、多肽链的起始,首先甲酰化甲硫氨酰tRNA与起始因子IF2结合形成第一个复合体。,同时，核糖体小亚基与IF3和mRNA结合形成第二个复合体。,二个复合体在起始因子IF1和一分子GDP的作用下，形成一个完整的30S起始复合体。,fMet- tRNA识别起始密码子AUG，进入核糖体的P位，释放出IF3。最后与50S大亚基结合，形成完整的70S核糖体，同时释放出IF1和IF2，完成肽链的起始,多肽链的延伸,在转肽酶的催化下，在A位的氨基酰tRNA上的氨基酸残基与在P位上的氨基酸的碳末端间形成多肽键。,核糖体向前移一个三联体密码，原来在A位的多肽tRNA转入P位，而原在P位的tRNA离开核糖体。,fMet- tRNA结合在P位,多肽链的终止：,当多肽链的延伸遇到UAA、UAG和UGA等终止密码子进入核糖体的A位时，多肽链的延伸就不再进行。,多聚核糖体提高蛋白质的合成效率：,多聚核糖体：指一条mRNA分子同时结合多个核糖体，形成一串核糖体的现象。 这样，多个核糖体可以同时翻译一个mRNA分子，这就大大提高了蛋白质合成的效率。,翻译：就是mRNA携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上，把tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。,三、中心法则及其发展,1中心法则：,遗传信息从DNA mRNA 蛋白质的转录和翻译， 以及遗传信息从DNA DNA 的复制过程。,从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。,2中心法则的发展：,. RNA 的反转录,RNA 肿瘤病毒：反转录酶，以RNA 为模板来合成DNA 。,如：HIV 病毒RNA 经反转录成DNA，然后整合到人类染色体中。对于遗传工程上基因的酶促合成、致癌机理研究有重要作用。增加中心法则中遗传信息的原有流向，丰富了中心法则内容。,大部分RNA 病毒还可以把RNA 直接复制成RNA 。,. RNA 的自我复制,. DNA 指导的蛋白质合成,60 年代中期，McCarthy 和Holland： 试验体系中加入抗生素等，变性的单链DNA 在离体条 件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。,本章小结,1DNA 是主要的遗传物质： 间接证据(4 个) 直接证据(3 个) 2核酸的化学结构： DNA 的分子结构，双螺旋结构，自我复制。 3.染色体的分子结构： 原核生物染色体结构模型；其染色体就是一条DNA 分子； 真核生物染色体的折叠模型:每条染色体含有2 条染色质线。,4DNA 的复制： DNA 的半保留复制；,真核生物与原核生物DNA 合成的区别,5RNA 的转录及加工： 三种RNA 分子；,RNA、DNA 合成的区别；,真核生物RNA 转录后的加工 5端戴帽； 3端加尾； 内含子剪切。 真核生物中mRNA 前体的成熟过程: 切除内含子，衔接外显子。,6.遗传密码与蛋白质的翻译： 遗传密码：指三联体，它是遗传信息的记录； 遗传信息：核苷酸一定的排列顺序； 三联体：由三个碱基决定一个氨基酸的密码子； 简并：一个以上三联体密码决定一个氨基酸的现象；,中心法则及其发展。,习题,1.指出下面这段DNA转录成mRNA是什么？反密码子是什么？翻译出来的肽链是什么？,3/ TACAATGGCCCTTTTATC 5/ 5/ ATGTTACCGGGAAAATAG 3/,mRNA 5/ AUGUUACCGGGAAAAUAG 3/,反密码子： UAC,AAU,GGC,CCU,UUU,AUC,1细菌的转化： 格里费斯(1928)：肺炎双球菌定向转化试验。 阿委瑞(Avery O.T.,1944)试验：用生物化学方法 证明结论：遗传物质DNA 是转化因子。 2噬菌体的侵染与繁殖 赫尔歇(Hershey)等用同位素32 P 和35 S 验证DNA 是遗传物质。 3烟草花叶病毒的感染和繁殖 结论：提供RNA 的亲本决定了其后代的RNA 和蛋白质。,DNA 是主要的遗传物质的直接证据：,