第一、二节生物信息的传递(下)从mRNA到蛋白质1

第四章生物信息的传递－－从mRNA到蛋白质

本章主要内容：第一节遗传密码第二节tRNA第三节核糖体第四节蛋白质合成的生物学过程第五节蛋白质合成后的加工及转运第一节遗传密码一、遗传密码子的定义；二、遗传密码的破译；三、遗传密码的特性；一、遗传密码子的定义及特征：1、密码子的定义：密码子（codon）是mRNA上连续排列的三个核苷酸序列，编码一个氨基酸或者是终止信息的遗传单位。2、遗传密码的特征：(1)、codon具有通用性（除mt）；(2)、在一个基因序列中codon具有不重叠性；二、密码子的破译1、三联体密码子的确立：（1）蛋白质氨基酸：共有20种；而DNA碱基共有4种。（2）Crick等人发现T4噬菌体rII基因的移码突变(1个碱基插入或缺失蛋白质突变；同时删除3个碱基少一个氨基酸的多肽；）。（3）烟草坏死卫星病毒的研究发现，其中的一种蛋白由400个氨基酸组成，而其基因却由1200个碱基组成。2、三联体密码子的破译：（1）以均聚物、共聚物为模板指导蛋白质的合成的研究：

体外无细胞合成体系：含有蛋白质翻译的所需要的物质，但没有模板（加入DNase消化掉）。

原理：分析所加入的模板和最终得到的多肽序列，就可以推知氨基酸和密码子的对应情况；MarshallNirenberg(1961)ButInvitroPoly(U)poly(Phe)peptide

Poly(C)poly(Pro)peptide

Poly(A)poly(Lys)peptide

Poly(G)poly(Gly)peptidepoly(UCUCUC…)poly(Ser-Leu-Ser-Leu…)

UCU/CUCSer/Leu

61个codons被破译，(仅剩UAA,UAG,UGA)Stopcodon

的证实Brenner(1961)发现T4phage头部蛋白基因的虎珀突变（amber），突变体头部蛋白较野生型的变短；推测：头部蛋白基因发生了终止突变，使蛋白质合成中断。Garen(1965)通过对E.coli

碱性磷酸酯酶基因（phoA）琥珀突变株的大量回复突变株分析，确立了三个终止密码子：Stopcodon

的证实证明：终止突变密码为：

UAG(amber琥珀突变)UAA(ocher赭色突变)UGA(opal蛋白石突变)Geneticcodon3、密码子的特性1)密码子的简并现象：概念：由一个以上密码子（codon）编码同一种氨基酸的遗传现象称为密码子的简并现象。对应于同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。密码子家族：编码一种aa的密码子间,前两位碱基相同，仅3rd

碱基不同,这些密码子称为密码子家族；例：Ser(6codons)1codonfamily&2extracodons密码子的简并性2)氨基酸对应的密码子数量和该氨基酸在蛋白质中出现的频率之间的关系：

数目多，出现的频率高。CodonusageObservedforE.coliRibosomeProtein1209codons3）密码子具有种属偏好性；CodonusageinthegenesofAnimals2244codons4)、密码子的普遍性与特殊性：(1)、密码子具有普遍性；（2）、但有特例：在支原体(Mycoplasma)中，UGA

编码色氨酸；在履虫属(CiliatesTetrahymena)和四膜虫属(Paramecium)的一些物种中UAA和UAG

编码亮氨酸。线粒体中的编码系统也有所不同；5)、通过密码子与反密码子之间的作用来指导蛋白质的合成：（1）。密码子与反密码子之间的识别：密码子5¢ACG3¢反密码子3¢UGC5¢mRNA3553密码子tRNA反密码子（2）摆动假说（Wobblehypothesis）：

反密码子:密码子1th-Nt:3rd-Nt在一定范围内的可选择配对现象

IA或U或C摆动假说的碱基配对规律（3）、线粒体中密码子的特征：线粒体中具有与通用密码不同的编码信息A、

线粒体codon较为整齐（均为2/4/6）2codon;F,I,Y,H,Q,N,E,k,D,W,M,C4codon;V,P,T,A,R,G6codon;L,SB、

终止密码子也与通用密码子不一样；CodonsComparingbetweeninusualandinmtIlestopstopArgTrpMetChangesoccurinthemitochondrialgeneticcode果蝇C、

Inmt22tRNAonly(32tRNAinuniversalcode)----线粒体“三中读二”方式可减少tRNA（3）、线粒体中密码子的特征：●

Codon-readingForcodonfamily;twoofthreereadingcodonUCU-----UCA-----UCG-----UCCanti-codonAGUUCSercodon

N1rd(U)A/U/C/G

仅起将codon隔开的作用5‘3‘5‘3‘第二节转移RNA本节内容一、tRNA的结构；二、tRNA碱基修饰及其意义；三、tRNA的功能；四、tRNA有关的概念；五、氨酰tRNA合成酶；一、tRNA的一级结构

1、RNA分子中核苷酸之间的连接方式：3´,5´-磷酸二酯键

2、tRNA一级结构的共同点:

①Mr较小（Mr25000），沉降常数4S。②各种tRNA的链长很接近，一般在73～93个核苷酸之间。③tRNA分子中约20多个位置上的核苷酸是保守的（不变和半不变的）④各种tRNA的3′一端为CCA；5′一端大多数为pppG，少数为pppC。⑤tRNA分子中含有较多的修饰成分。3、tRNA的二级结构：三叶草结构（1）aa接受臂（aminoacidarm）

（2）二氢尿嘧啶臂（dihydrouridineloop,DHUloop）

（3）反密码臂（anticodonloop）（4）额外臂（extraloop）

（5）TψC臂（TψCloop）---aaacceptarm;loadingaaat3’end---DHUloop;contactwithAARS---anti-codonloop;34thiswobblebase---TΨCloop;contactwith5srRNA---extraloop;classificationmarker?34

Itype;3-5Nt3/4tRNAIItype;13-21Nt

tRNA各部分的作用（4）RNA的三级结构：L型折叠结构特点：A、在一些二级结构未配对碱基间形成的氢键而引发的，产生了一对双螺旋结构：受体臂和TψC臂杆状区域之间形成一个；D臂和反密码子臂的杆状区域形成另外一个；B、TψC臂和D臂套索状结构位于L型的转折点；C、受体臂的顶端和反密码子臂的套索结构位于L型的顶点。（4）RNA的三级结构：L型折叠tRNA的三级结构

tRNA（transferribonucleicasid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。（1）被特定的氨酰-tRNA合成酶识别的结构基础，使tRNA接受正确的活化氨基酸。（2）在蛋白质合成过程中，tRNA恰到好处的三级结构，起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。

tRNA三级结构的意义：---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖体的肽基转移酶结合位点PA,以利肽键的形成---anti-codonarm位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的codonofmRNA配对

AP●线粒体tRNA

与通用tRNA

的结构差异---noTΨCloopinmt-tRNA---noDHUloopinsomemt-tRNA---G+C/A+U=0.25~0.94inmt-tRNAG+C/A+U=1~2inuniversaltRNA二、Anti-codon及其两侧碱基修饰对密码子解读的生物学意义Xo5U(5-羟基尿苷)Cmnm5U(5-羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U(5-甲氧基羰甲基尿苷)Xm5s2U(5-甲基-2硫代尿苷)K2C(2-赖氨酸胞苷)Com5U(5(2)-羟羧甲基尿苷)I(Inosine次黄嘌呤)m7G(7-甲基尿苷)m5C(5-甲基胞苷)m6A(6-甲基腺苷)s2C(2-硫代胞苷)ψ(假尿苷)Um(2’-O-甲基尿苷)Q(Queuosine)1、MethylatedNtatanti-codonandflanked2tRNA中anti-codon碱基修饰的意义●

限制对密码识读的随意性，以保证遗传的稳定UA/GCm5S2U（5-甲基-2硫代尿苷）A(only)在特定表达细胞中●

提高摇摆能力，防止突变发生，以保证遗传的稳定AUAIA/C/UUA/GUCmO5UA/G/U●

保证正确的读码框架,限制+1读码，以保证遗传的稳定但在trmD3突变体中(不能修饰tRNA的G37)E.coliSalmonella（沙门氏菌属）具有m1G37的tRNApro可识读CNN(以C开头的密码子)tRNAproU34G35G36m1G37可识读CCA/CCGtRNApro则只能以+1读码方式，U34G35G36G37

识读CCCtRNAproU34G35G36G37U34G35G36m1G37

anti-codon两侧的碱基亦被称为扩展的反密码子●

anti-codon两侧碱基的修饰，以提高配对的稳定性codon/anti-codon

的稳定性

GC多>

A=T多A,U多的anti-codon,其两侧多发生修饰●反密码子第一位碱基发生修饰后，与密码子的第三位碱基的结合力存在差异，导致了一些物种中部分的codonbiasU*A>GIU>C>A二、tRNA的功能是遗传信息从mRNA流动到蛋白质的过程中起“解码器”的作用；具有反密码子，能够识别mRNA上的密码子；具有特定的三维结构，在氨酰－tRNA合成酶的帮助下，能够和特异性氨基酸相结合；由于其特定的空间构象，在核糖体中，其反密码子臂能够和核糖体小亚基中的mRNA相结合，另一端的氨基酸接受臂可以使氨基酸正确插入到正在延伸的肽链的C末端上。三、与tRNA有关的概念：1、起始tRNA和延伸tRNA：

在原核生物和真核生物细胞中，有一类能够特异识别mRNA模板上起始密码子（AUG）的tRNA，称为起始tRNA。其他的则统称为延伸tRNA。

原核生物：起始tRNA携带的氨基酸为甲酰甲硫氨酸（fMet)；

真核生物：起始tRNA携带的氨基酸为甲硫氨酸。2、同工tRNA：（1）、定义：由于一种氨基酸可能有多个密码子，因此可能有多个tRNA。将一种氨基酸对应的所有的tRNA称为同工tRNA；（2）、同工tRNA的特点：

a、每一组同工tRNA专一于相同的氨酰－tRNA合成酶（AARS）；

b、不同组同工tRNA之间具有某种结构上的差异；3、校正tRNA：（1）、无义突变：是指编码蛋白质的基因中，有些核苷酸的改变可以使其所在的三联体密码子变为终止密码子，从而使该蛋白质的合成提前终止，而合成无功能的多肽，密码子的这种突变称为无义突变。（2）、错义突变：是由于蛋白质结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，称为错义突变。（3）、校正tRNA：无义突变和错义突变都能以其相应的tRNA进行校正，从而防止错误的蛋白质生成，这些tRNA称为校正tRNA。大肠杆菌无义突变的校正RNA位点tRNA野生型校正基因识别密码反密码识别密码反密码SupD

SupE

SupC

SupG

supUSer