【正文】 分子生物學(xué) 第四講 生物信息的傳遞（下）從 mRNA到蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是生物信息通路上的終產(chǎn)物，一個活細(xì)胞在任何發(fā)育階段都需要數(shù)千種不同的蛋白質(zhì)。因此，活細(xì)胞內(nèi)時刻進(jìn)行著各種蛋白質(zhì)的合成、修飾、運(yùn)轉(zhuǎn)和降解反應(yīng)。 4. 1 遺傳密碼 —— 三聯(lián)子 所謂翻譯是指將 mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點(diǎn)開始 ， 按每 3個核苷酸代表一個氨基酸的原則 ， 依次合成一條多肽鏈的過程 。 這 3個核苷酸就是一個密碼子 。 翻譯從起始密碼子 AUG開始 ， 沿 mRNA 539?！?339。 方向連續(xù)閱讀密碼子 ， 直至終止密碼子為止 ， 生成一條具有特定序列的多肽鏈 —— 蛋白質(zhì) 。 圖 41 Crick關(guān)于 tRNA分子破譯 mRNA遺傳密碼三聯(lián)子的原始構(gòu)想 4. 1. 1 三聯(lián)子密碼及其破譯 因?yàn)?mRNA中只有 4種核苷酸 ， 而蛋白質(zhì)中有20種氨基酸 ， 以一種核苷酸代表一種氨基酸是不可能的 。 若以兩種核苷酸作為一個氨基酸的密碼 （ 二聯(lián)子 ） ， 它們能代表的氨基酸也只有 42=16種 。 若以 3個核苷酸代表一個氨基酸 ， 有 43=64種密碼子 ， 滿足了編碼 20種氨基酸的需要 。 Crick等人發(fā)現(xiàn) T4噬菌體 rII位點(diǎn)上兩個基因的正確表達(dá)與它能否侵染大腸桿菌有關(guān) ， 用吖啶類試劑 （ 誘導(dǎo)核苷酸插入或從 DNA鏈上丟失 ） 處 理 使 T4 噬 菌 體 發(fā) 生 移 碼 突 變（ frameshift mutation） ， 噬菌體就喪失感染能力 。 若在模板 mRNA中插入或刪除一個堿基 ， 會改變該密碼子以后的全部氨基酸序列 。 若同時對模板進(jìn)行插入和刪除試驗(yàn) ， 保證后續(xù)密碼子序列不變 ， 翻譯得到的蛋白質(zhì)序列就保持不變 （ 除了發(fā)生突變的那個密碼子所代表的氨基酸之外 ） 。 () () () 一次刪去 5’GUA . . . UAC GGA U……… 3’讀碼框不變 圖 42 用核苷酸的插入或刪除實(shí)驗(yàn)證明 mRNA模板上每三個核苷酸組成一個密碼子 對煙草壞死衛(wèi)星病毒的研究發(fā)現(xiàn) ， 其外殼蛋白亞基由 400個氨基酸組成 ， 而相應(yīng)的 RNA片段長約 1 200個核苷酸 ， 與假設(shè)的密碼三聯(lián)子體系正好相吻合 。 、 隨機(jī)共聚物和特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成 。 Nirenberg把多聚 （ U） 作為模板加入到無細(xì)胞體系時發(fā)現(xiàn) ， 新合成的多肽鏈?zhǔn)嵌嗑郾奖彼?， 確定 UUU代表苯丙氨酸 （ Phe） 。 以多聚 （ C） 及多聚 （ A） 做模板得到的分別是多聚脯氨酸和多聚賴氨酸 。 以多聚 UG為模板合成的是多聚 Cys和 Val， 因?yàn)槎嗑?（ UG） 中含 Cys和 Val的密碼： 539。…… UGU GUG UGU GUG UGU GUG…… 339。 無論讀碼從 U開始還是從 G開始 ， 都只能有UGU（ Cys） 及 GUG（ Val） 兩種密碼子 。 Nirenberg及 Ochoa等又用各種特定序列如只含 A、 C的共聚核苷酸作模板 ， 任意排列時可出現(xiàn) 8種三聯(lián)子 ， 即 CCC、 CCA、 CAC、ACC、 CAA、 ACA、 AAC、 AAA， 獲得由Asn、 His、 Pro、 Gln、 Thr、 Lys等 6種氨基酸組成的多肽 。 以多聚 （ UUC） 為模板 ， 可能有 3種起讀方式： 539。…… UUC UUC UUC UUC UUC…… 339。 或 539?！?UCU UCU UCU UCU UCU…… 339。 或 539?！?CUU CUU CUU CUU CUU…… 339。 產(chǎn)生 UUC （ Phe ） 、 UCU （ Ser ） 或 CUU（ Leu） ， 得到多聚苯丙氨酸 、 多聚絲氨酸或多聚亮氨酸 。 因此 ， UUC、 UCU、 CUU分別是苯丙氨 、 絲氨酸及亮氨酸的密碼子 。 當(dāng)然 ， 也可能只合成 2種均聚多肽 ， 如： 539?！?GUA GUA GUA GUA GUA…… 339。 或 539?！?UAG UAG UAG UAG UAG…… 339。 或 539。…… AGU AGU AGU AGU AGU…… 339。 由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子 UAG是終止密碼 ， 不編碼任何氨基酸 ， 因此 ， 只產(chǎn)生 2種密碼子 GUA（ Val） 或 AGU（ Ser） ，合成多聚纈氨酸或多聚絲氨酸 。 2. 核糖體結(jié)合技術(shù) 以人工合成的三核苷酸如 UUU、 UCU、 UGU等為模板 ， 在含核糖體 、 AAtRNA的適當(dāng)離子強(qiáng)度的反應(yīng)液中保溫后通過硝酸纖維素濾膜 。 游離的 AAtRNA因相對分子質(zhì)量小能自由過膜 ， 與模板對應(yīng)的 AAtRNA能與核糖體結(jié)合 ， 體積超過膜上的微孔而被滯留 。 若用 20種 AAtRNA做 20組同樣的實(shí)驗(yàn) ， 每組都含 20種 AAtRNA和各種三核苷酸 ， 但只有一種氨基酸用 14C標(biāo)記 ， 看哪一種 AAtRNA被留在濾膜上 ， 進(jìn)一步分析這一組的模板是哪個三核苷酸 ， 從模板三核苷酸與氨基酸的關(guān)系可測知該氨基酸的密碼子 。 表 41 三核苷酸密碼子能使特定的氨基酰 tRNA結(jié)合到核糖體上 *數(shù)字代表特定氨基酰 tRNA與帶有模板三核苷酸的核糖體相結(jié)合的效率。 密碼子 與核糖體相結(jié)合的 14C標(biāo)記的氨基酰 tRNA PhetRNAPhe LystRNALys ProtRNAPro UUU * 0 0 AAA 0 0 CCC 0 0 4. 1. 2 遺傳密碼的性質(zhì) 1. 密碼的簡并性 4種核苷酸可組成 64個密碼子 ， 現(xiàn)在已經(jīng)知道其中 61個是編碼氨基酸的密碼子 ， 另外 3個即 UAA、 UGA和 UAG并不代表任何氨基酸 ， 它們是終止密碼子 ， 不能與tRNA的反密碼子配對 ， 但能被終止因子或釋放因子識別 ， 終止肽鏈的合成 。 表 42 通用遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸 第一位(539。端 )核苷酸 第二位（中間）核苷酸 U C A G 第三位(339。端 )核苷酸 U 苯丙氨酸（ Phe，F(xiàn)） 絲氨酸（ Ser，S） 酪氨酸（ Tyr，Y） 半胱氨酸（ Cys，C） U 苯丙氨酸（ Phe，F(xiàn)） 絲氨酸（ Ser，S） 酪氨酸（ Tyr，Y） 光胱氨酸（ Cys，C） C 亮氨酸（ Leu，L） 絲氨酸（ Ser，S） 終止（ Stop） 終止（ Stop） A 亮氨酸（ Leu，L） 絲氨酸（ Ser，S） 終止（ Stop） 色氨酸（ Trp，W） G 第一位端 核苷酸第二位（中間）核苷酸 第三位端 核苷酸苯丙氨酸（ ，）絲氨酸（ ，）酪氨酸（ ，）半胱氨酸（ ，）苯丙氨酸（ ，）絲氨酸（ ，）酪氨酸（ ，）光胱氨酸（ ，）亮氨酸（ ，）絲氨酸（ ，）終止（ ）終止（ ）亮氨酸（ ，）絲氨酸（ ，）終止（ ）色氨酸（ ，）C 亮氨酸（ Leu，L） 脯氨酸（ Pro，P） 組氨酸（ His，H） 精氨酸（ Arg，R） U 亮氨酸（ Leu，L） 脯氨酸（ Pro，P） 組氨酸（ His，H） 精氨酸（ Arg，R） C 亮氨酸（ Leu，L） 脯氨酸（ Pro，P） 谷氨酰胺（ Gln，Q） 精氨酸（ Arg，R） A 亮氨酸（ Leu，L） 脯氨酸（ Pro，P） 谷氨酰胺（ Gln，Q） 精氨酸（ Arg，R） G 第二位（中間）核苷酸 U C A G A 異亮氨酸（ Ile，I） 蘇氨酸（ Thr，T） 天冬酰胺（ Asn，N） 絲氨酸（ Ser，S） U 異亮氨酸（ Ile，I） 蘇氨酸（ Thr，T） 天冬酰胺（ Asn，N） 絲氨酸（ Ser，S） C 異亮氨酸（ Ile，I） 蘇氨酸（ Thr，T） 賴氨酸（ Lys，K） 精氨酸（ Arg，R） A 甲硫氨酸（ Met，M） 蘇氨酸（ Thr，T） 賴氨酸（ Lys，K） 精氨酸（ Arg，R） G 第二位（中間）核苷酸 U C A G G 纈氨酸（ Val，V） 丙氨酸（ Ala，A） 天冬氨酸（ Asn，N） 甘氨酸（ Gly，G） U 纈氨酸（ Val，V） 丙氨酸（ Ala，A） 天冬氨酸（ Asn，N） 甘氨酸（ Gly，G） C 纈氨酸（ Val，V） 丙氨酸（ Ala，A） 谷氨酸（ Glu，E） 甘氨酸（ Gly，G）