《生物化学》课程PPT教学课件：第37章 遗传密码

第37章遗传密码 (Genetic code) 、DNA是遗传信息的携带分子 RNA传递和加工遗传信息 遗传密码的破译 四、遗传密码的基本特性

第37章 遗传密码 (Genetic code) 一、DNA是遗传信息的携带分子 二、RNA传递和加工遗传信息 三、遗传密码的破译 四、遗传密码的基本特性

、遗传密码的破译 蛋白质氨基酸序列的信息存在于核酸的核苷 酸序列中,那么它们之间的对应关系是什么呢? 1954年物理学家 Gamey G首先对遗传密码 进行探讨。核酸分子中只有4种碱基,要为蛋白 质分子中20种氨基酸编码,显然一种碱基代表 种氨基酸是不行的;如果每两个碱基代表一个氨 基酸,4种碱基也只能编码42=16种氨基酸的信息。 所以至少需要3个碱基编码一种氨基酸,这样4种 碱基可以编码43=64种氨基酸的信息

三、遗传密码的破译 蛋白质氨基酸序列的信息存在于核酸的核苷 酸序列中，那么它们之间的对应关系是什么呢？ 1954年物理学家Gamov G首先对遗传密码 进行探讨。核酸分子中只有4种碱基，要为蛋白 质分子中20种氨基酸编码，显然一种碱基代表一 种氨基酸是不行的；如果每两个碱基代表一个氨 基酸，4种碱基也只能编码4 2 =16种氨基酸的信息。 所以至少需要3个碱基编码一种氨基酸，这样4种 碱基可以编码4 3 =64种氨基酸的信息

遗传密码的理论推测 根据理论推测,密码子( codon)应该是三联 体( triplet),那么密码子是重叠的还是不重叠的? Gamov指出,重叠的密码子更为经济。但是重叠 密码子使氨基酸序列中每一个氨基酸都受前后氨 基酸的约束,显然自由度不够

遗传密码的理论推测 根据理论推测，密码子（codon）应该是三联 体（triplet），那么密码子是重叠的还是不重叠的？ Gamov指出，重叠的密码子更为经济。但是重叠 密码子使氨基酸序列中每一个氨基酸都受前后氨 基酸的约束，显然自由度不够

推测的密码子格式 Overlapping code uC I O○etc Nonoverlapping code Nucleic d cIC

推测的密码子格式

推测的密码子格式 Continuous code 3 Nucleic cIc aCI Punctuated cod colla coLina coIlia 3 Nucleic ∞O tlc acid

推测的密码子格式

Crick的臭验 196年 Crick及其同事提供了确切的证据,证 明三联体密码子学说是正确的。他们研究了T4噬 菌体γⅡ位点A和B两个顺反子变异的影响,这两 个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌K株有关。实 验结果见后: Crick等的实验结果表明三联体密码是非重叠 的,而且连续编码无标点符号隔开

Crick的实验 1961年Crick及其同事提供了确切的证据，证 明三联体密码子学说是正确的。他们研究了T4噬 菌体γⅡ位点A和B两个顺反子变异的影响，这两 个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌K株有关。实 验结果见后： Crick等的实验结果表明三联体密码是非重叠 的，而且连续编码无标点符号隔开

Crick等的实验结果 CAT CAT CAT CAT CATCAT正常 1 CAT CA C ATC ATCATC ATO缺陷 1+1 CAT CA C AXT CAT CAT CAT正常 +3 CAX TXC ATX CATCATCAT正常 此实验表明密码子是三联体。ˇ缺少一个碱基 X增加一个碱基

Crick等的实验结果 CAT CAT CAT CAT CAT CAT 正常 -1 CAT CA∨C ATC ATC ATC ATC 缺陷 -1+1 CAT CA∨C AXT CAT CAT CAT 正常 +3 CAX TXC ATX CAT CAT CAT 正常 此实验表明密码子是三联体。 ∨ 缺少一个碱基 X 增加一个碱基

无细胞翻译系统 Nirenberg等将大肠杆菌破碎,离心除去细胞碎 片,上清液中含有蛋白质合成所需的各种成分,其 中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰RNA 合成酶以及蛋白质合成必需的各种因子。 将上清液保温一段时间,内源mRNA被降解, 该系统自身蛋白质的合成停止。当补充外源mRNA 以及ATP、GTP和氨基酸等成分,再在37℃保温就 能合成新的蛋白质。为了检测某种氨基酸是否掺入 了新合成的蛋白质,需将氨基酸用放射性标记

无细胞翻译系统 Nirenberg等将大肠杆菌破碎，离心除去细胞碎 片，上清液中含有蛋白质合成所需的各种成分，其 中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰tRNA 合成酶以及蛋白质合成必需的各种因子。 将上清液保温一段时间，内源mRNA被降解， 该系统自身蛋白质的合成停止。当补充外源mRNA 以及ATP、GTP和氨基酸等成分，再在37℃保温就 能合成新的蛋白质。为了检测某种氨基酸是否掺入 了新合成的蛋白质，需将氨基酸用放射性标记

体外翻译研究密码子 Nirenberg等早期实验使用的mRNA是多聚 尿嘧啶核苷酸,发现翻译出的肽链是多聚苯丙 氨酸,说明UUU代表了苯丙氨酸。 用同样的方法研究出poyC指导多聚脯氨 酸合成, poly A指导多聚赖氨酸合成,说明 CCC代表了脯氨酸,AAA代表了赖氨酸。 他们实验时使用的Mg2浓度较高,以致合成的均聚核苷酸不 需要起始密码子就可以起始翻译。此时翻译的起点是任意的

体外翻译研究密码子 Nirenberg等早期实验使用的mRNA是多聚 尿嘧啶核苷酸，发现翻译出的肽链是多聚苯丙 氨酸，说明UUU代表了苯丙氨酸。 用同样的方法研究出poly C指导多聚脯氨 酸合成，poly A指导多聚赖氨酸合成，说明 CCC代表了脯氨酸，AAA代表了赖氨酸。 他们实验时使用的Mg2+浓度较高，以致合成的均聚核苷酸不 需要起始密码子就可以起始翻译。此时翻译的起点是任意的

元序 poly UG对氨基酸的密码 (U:G=51) 可能的密码子密码子出现的相对频率氨基酸掺入的相对分子数 UUU 100 Phe(100) UUG Cys(20) UGU 20 Val(20) GUU UGG Gy(4) GUG p(5) GGU GGG 0.8 此表有问题

无序poly UG对氨基酸的密码 （U:G = 5:1) 可能的密码子 密码子出现的相对频率 氨基酸掺入的相对分子数 UUU 100 Phe（100） UUG UGU GUU 20 Cys（20） Val（20） UGG GUG GGU 4 Gly（4） Trp（5） GGG 0.8 — 此表有问题