【正文】 第四章 生物信息的傳遞 （下） 從 mRNA到蛋白質(zhì)合成 ? 序 . 基因與基因表達(dá)的一般概念 ? 一 . 遺傳密碼 ——三聯(lián)子 ? 二． tRNA ? 三． AA tRNA合成酶 ? 四．核糖體 ? 五 . 蛋白質(zhì)的生物合成 ? 六。蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制 本章主要內(nèi)容 序 . 基因與基因表達(dá)的一般概念 ? 基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生理學(xué)功能以蛋白質(zhì)形式得到表達(dá)。 ? DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成 mRNA，翻譯生成蛋白質(zhì)的過(guò)程控制所有生命現(xiàn)象。 序 . 基因與基因表達(dá)的一般概念 ? 基因表達(dá)包括 轉(zhuǎn)錄 （ transcription）和 翻譯（ translation）兩個(gè)階段。 ? 轉(zhuǎn)錄 是指拷貝出一條與 DNA鏈序列完全相同（除了 T→ U之外）的 RNA單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的 核心 步驟。 序 . 基因與基因表達(dá)的一般概念 ? 翻譯 是指以新生的 mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列、合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的 最終目的 。 ? 只有 mRNA所攜帶的遺傳信息才被用來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成，所以人們一般用 U、C、 A、 G這 4種核苷酸而不是 T、C、 A、 G的組合來(lái)表示遺傳性狀。 ? 所謂 翻譯 是指將 mRNA鏈上的核苷酸從一個(gè)特定的起始位點(diǎn)開(kāi)始，按每 3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過(guò)程。 ? 蛋白質(zhì)分子氨基酸的排列順序是嚴(yán)格按照蛋白質(zhì)的 編碼基因 中的堿基排列順序決定的。 ? 基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中從 DNA轉(zhuǎn)移到 mRNA，再 由 mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過(guò)程叫做翻譯 。 ? 翻譯 過(guò)程是蛋白質(zhì)分子生物合成的過(guò)程，此過(guò)程需 200多種生物大分子參加，包括核糖體、 mRNA、 tRNA及多種蛋白質(zhì)因子。 ? mRNA模板 ? rRNA構(gòu)成核糖體作為蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所 ? tRNA搬運(yùn)工具 ? 氨基酸 原料 ? 蛋白質(zhì)因子 起始因子 IF、延伸因子 EF、 釋放因子 RF等 ? 酶 氨基酰 tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)位酶 等。 ? 無(wú)機(jī)離子 Mg++ 一 . 遺傳密碼 ——三聯(lián)子 遺傳密碼概況 ? 原核細(xì)胞中每種 mRNA分子常帶有多個(gè)功能相關(guān)蛋白質(zhì)的編碼信息，以一種 多順?lè)醋?的形式排列，在翻譯過(guò)程中可同時(shí)合成 幾種 蛋白質(zhì)。 ? 真核細(xì)胞中每種 mRNA一般只帶有 一種 蛋白質(zhì)編碼信息，是 單順?lè)醋?的形式。 一 . 遺傳密碼 ——三聯(lián)子 ? mRNA分子上以 5?→ 3?方向 ,從 AUG開(kāi)始每三個(gè)連續(xù)的核苷酸組成一個(gè)密碼子。 ? ４種堿基＝４ ３ ＝ 64種密碼子 → 20種氨基酸 ﹢ 起始密碼 ﹢ 終止密碼 ? 每種氨基酸有至少 一種 密碼子，最多的有 6種 密碼子。 三聯(lián)子 密碼及其破譯 ? 5060年代破譯遺傳密碼方面的 三項(xiàng)重要成果 ： （ 1） Paul Zameik等人證實(shí)細(xì)胞中 蛋白質(zhì)合成的 場(chǎng)所 。他們把放射性標(biāo)記的氨基酸注射到大 鼠體內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后收獲其肝臟，進(jìn)行 蔗糖梯度沉淀并分析各種細(xì)胞成份中的放射 性蛋白質(zhì)。 三聯(lián)子 密碼及其破譯 ? 5060年代破譯遺傳密碼方面的三項(xiàng)重要成果： １．如果注射后經(jīng)數(shù)小時(shí)（或數(shù)天）收獲肝臟， 所 有細(xì)胞成份 中都帶有放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì)。 ２．如果注射后幾分鐘內(nèi)即收獲肝臟，那么，放射 性標(biāo)記只存在于含有 核糖體顆粒 的細(xì)胞質(zhì)成份中。 2） Francis Crick等人第一次證實(shí)只有用 三聯(lián) 子密碼 的形式才能把包含在由 AUGC四個(gè) 字母組成遺傳信息（核酸）準(zhǔn)確無(wú)誤地翻 譯成由 20種不同氨基酸組成的蛋白質(zhì)序列， 實(shí)現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)。 ? 實(shí)驗(yàn) 1: 用吖啶類(lèi)試劑（誘導(dǎo)核苷酸插入或丟失）處理T4噬菌體 rII位點(diǎn)上的兩個(gè)基因，使之發(fā)生移碼突變（ frameshift），就生成完全不同的、沒(méi)有功能的蛋白質(zhì)。 ? 實(shí)驗(yàn) 2: 研究煙草壞死衛(wèi)星病毒發(fā)現(xiàn)，其外殼蛋白亞基由 400個(gè)氨基酸組成，相應(yīng)的 RNA片段長(zhǎng) 1200個(gè)核苷酸，與密碼三聯(lián)子體系正好相吻合。 ? 實(shí)驗(yàn) 3: 以 均聚物 為模板指導(dǎo)多肽的合成。 在含有tRNA、核糖體、 AAtRNA合成酶及其它蛋白質(zhì)因子的細(xì)胞抽提物中加入 mRNA或人工合成的均聚物作為模板以及 ATP、 GTP、氨基酸等成分時(shí)又能合成新的肽鏈，新生肽鏈的氨基酸順序由外加的模板來(lái)決定。 ? 實(shí)驗(yàn) 4: 以特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由 2個(gè)氨基酸組成的多肽 . 539?！璘GU GUG UGU GUG UGU GUG…3? 不管讀碼從 U開(kāi)始還是從 G開(kāi)始，都只能有 UGU（ Cys）及 GUG（ Val）兩種密碼子。 實(shí)驗(yàn) 5: 以 共聚三核苷酸 作為模板可得到有 3種氨基酸 組成的多肽。如以多聚（ UUC）為模板，可能有 3種起讀方式： ? 5?…UUC UUC UUC UUC UUC…3? ? 或 5?…UCU UCU UCU UCU UCU…3? ? 或 539?！瑿UU CUU CUU CUU CUU…3? ? 產(chǎn)生 UUC（ Phe）、 UCU（ Ser）或 CUU（ Leu） . 實(shí)驗(yàn) 5: 多聚三核苷酸為模板時(shí)也可能只合 成 2種 多肽： 5?…GUA GUA GUA GUA GUA…3? 或 5?…UAG UAG UAG UAG UAG…3? 或 5?…AGU AGU AGU AGU AGU…3? 由于第二種讀碼方式產(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GUA（ Val） 或 AGU（ Ser）。 ? 實(shí)驗(yàn) 6: 以 隨機(jī)多聚物 指導(dǎo)多肽合成。Nirenberg等及 Ochoa等又用各種隨機(jī)的 多聚物 作模板合成多肽。 ? 實(shí)驗(yàn) 6: 如，以只含 A、 C的多聚核苷酸作模板，任意排列時(shí)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。 3）氨基酸的 “ 活化 ” 與核糖體結(jié)合技術(shù) 如果把氨基酸與 ATP和肝臟細(xì)胞質(zhì)共培養(yǎng)，氨基酸就會(huì)被固定在某些熱穩(wěn)定且可溶性 RNA分子上?，F(xiàn)將氨基酸活化后的產(chǎn)物稱(chēng)為氨基酰 tRNA，并把催化該過(guò)程的酶稱(chēng)為氨基酰合成酶。 3）氨基酸的 “ 活化 ” 與核糖體結(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的反應(yīng)液 中保溫后通過(guò)硝酸纖維素濾膜，只有 游離的AAtRNA因相對(duì)分子質(zhì)量小而通過(guò)濾膜，而核糖體或與核糖體 結(jié)合的 AAtRNA則留在濾膜上，這樣可把 已結(jié)合與未結(jié)合的 AAtRNA分開(kāi) 。 3）氨基酸的 “ 活化 ” 與核糖體結(jié)合技術(shù) 當(dāng)體系中帶有多聚核苷酸模板時(shí)，從大腸桿菌中提取的核糖體經(jīng)常與特異性氨基酰 tRNA相結(jié)合。如果把核糖體與 poly（ U）和 PhetRNAPhe共溫育，核糖體就能同時(shí)與 poly（ U）和 PhetRNAPhe相結(jié)合 。 遺傳密碼的性質(zhì) （ 1）起始碼與終止碼 : ? AUG是原核生物和真核生物起始密碼（第一個(gè)氨基酸是蛋氨酸），少數(shù)細(xì)菌用 GUG做為起始碼。在真核生物偶爾用 CUG起始密碼。（ 起始密碼 ： AUG、 GUG 和 CUG） ? 密碼子 UAA， UAG， UGA是肽鏈成的終止密碼 ，不代表任何氨基酸。 遺傳密碼的性質(zhì) （ 2）密碼無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)： 按３個(gè)堿基決定１個(gè)氨基酸構(gòu)成了一個(gè) 連續(xù)不斷 的讀框，直至終止碼。 如果在讀框中間插入或缺失一個(gè)堿基就會(huì)造成移碼突變，引起突變位點(diǎn)下游氨基排列的錯(cuò)誤。 （ 3）密碼的簡(jiǎn)并性： 一種氨基酸有 幾組密碼子 ，或者 幾組密碼子 代表一種氨基酸的現(xiàn)象 稱(chēng)為密碼子的簡(jiǎn)并性 。 （ 3）密碼的簡(jiǎn)并性： 簡(jiǎn)并