1分子生物学第九章-蛋白质合成Convertor

Chapter9Proteinsynthesis第二部分从基因到蛋白质中心法则说明，一旦“信息”被转化成蛋白质的形式，它就不能再传递出来。信息可以从核酸传递到核酸，或从核酸传递到蛋白质，但不能从蛋白质传递到蛋白质或核酸。在这里信息指的是核酸中精确的碱基排列顺序或蛋白质中氨基酸残基的顺序。FrancisCrick，1958第七章信使RNA中心法则详细说明了分子生物学的变化表：基因以核酸序列的形式而被永久保存，以蛋白质形式而表达发挥其作用。遗传信息的遗传及其从一种形式向另一种形式的转化包括三个过程：l信息通过复制而永久保存；双链核酸复制后产生相同的复制品。信息的表达过程可分为两个阶段。l转录产生与双链DNA中一条链碱基顺序相同的一个单链RNA。通过转录可产生若干类不同的RNA，其中与蛋白质合成有关的可分为三类：信使RNA（mRNA）转移RNA（tRNA）核糖体RNA（rRNA）l翻译将RNA的核苷酸顺序转化为相应蛋白质的氨基酸顺序。一个mRNA被翻译成一个蛋白质序列；tRNA和rRNA；为蛋白质的合成提供其它成分。一个mRNA不会被全部翻译出来，但每个mRNA至少包含一个含有编码蛋白质序列的遗传密码的密码区。密码区中每个核苷酸三联体（密码子）代表一个氨基酸。遗传密码必定存在这一概念是与翻译过程必定包含一个从DNA中分离出来的模板这一想法共同发展的。（真核生物的细胞中核内遗传物质与胞质中蛋白质的合成位点是分离的，因此DNA本身显然不能被翻译为蛋白质，必须有一种媒介物将信息从一处带到另一处。）“信使RNA”这个名称恰好反映了它的作用。它产生于真核生物细胞中DNA的转录，随后被输送到胞质中翻译为蛋白质。我们可以这样认为，真核细胞在核中保留了碱基序列的“主组”，同时在胞质中有一个将被表达的以mRNA形式存在的碱基序列副本，即“工作组”。当然，细菌中的转录和翻译过程在同一处进行。Codingregion编码区isapartofthegenethatrepresentsaproteinsequence.Codingstrand编码链ofDNAhasthesamesequenceasmRNA.templatestrand模板链ofdouble-strandedDNAistheonethatisusedtospecifythesequenceofacomplementarysinglestrandofRNA.(Thenon-templatestrandisidenticalinsequencetotheRNAproduct.)Transcription转录issynthesisofRNAonaDNAtemplate.Translation翻译issynthesisofproteinonthemRNAtemplate.Introduction编码区指的是基因上能代表蛋白序列的那部分。DNA的编码链与mRNA的序列是一样的。双链DNA的模板链是指用于确定互补单链RNA的那条链（非模板链与RNA产物的序列相同）。转录是指以DNA为模板合成RNA。翻译是指以RNA为模板合成蛋白质。TranscriptiongeneratesanRNAwhichiscomplementarytotheDNAtemplatestrandandhasthesamesequenceastheDNAcodingstrand.Translationreadseachtripletofbasesintooneaminoacid.ThreeturnsoftheDNAdoublehelixcontain30bp,whichcidefor10aminoacids.DNA双链中只有一条链用于转录mRNA，如图将DNA的编码链称为正义链，另一条模板链是反义链。图5.1转录产生一条与DNA模板链互补的RNA，它的序列与编码链一致。翻译是将每个三联密码子碱基对译成一个氨基酸。三个回合的DNA双螺旋包含30个碱基，能编码10个氨基酸。OnlyonestrandofaDNAduplexistranscribedintoamessengerRNA.WedistinguishthetwostrandsofDNAasdepictedinFigure5.1:F7.1转录形成了一条与模板DNA互补的mRNA，和编码链有相同的序列，每一个碱基三联子密码成为一个氨基酸，三个螺旋包含30个碱基可编码10个氨基酸。双链DNA中只有一条链被转录成信使RNA。我们可按图7．1所述区别DNA的两条链：l通过碱基互补配对指导mRNA合成的DNA链称模板链或反有意义链（以后我们可以看到“反有意义”是用来描述与mRNA互补的DNA或RNA序列的普遍说法）。l另一条DNA链具有与mRNA相同的碱基排列顺序（除在DNA中以T代替U外），被称为密码或有意义链。图72从中心法则的观点阐明了复制、转录和翻译的作用。F7.2中心法则确定了在核酸中遗传信息可以被永久保存或转换，但转换成蛋白质的信息是不可逆的。l核酸的复制保存牵涉作为遗传物质的DNA或RNA（见图6.25）。细胞只用DNA。一些病毒用RNA，病毒RNA的复制在被感染的细胞中进行。细胞遗传信息的表达通常是单向的。DNA的转录产生仅能用于进一步生成蛋白质序列的RNA分子，在一般情况下他们不能被作为遗传信息的回收使用。RNA翻译成蛋白质的过程总是不可逆的。从DNA到RNA单向转化这一限制并不是绝对的。基因组由单链RNA分子构成的逆转录病毒可以突破这一限制。在感染细胞的循环过程中，RNA通过逆转录转化为单链DNA，随后此DNA被转化为双链DNA。这个双链DNA成为细胞基因组中的一部分，并象基因组中其它基因一样遗传。这样，逆转录过程就使RNA序列作为遗传信息被回收使用了。RNA的复制及逆转录建立了一个普遍性的理论，即以两类核酸序列中任一类形式表达的信息可以转化为另一类。在一般情况下，细胞遗传信息的表达拉DNA复制、转录、翻译科程序进行。投在一些较少见的情况下（可能由RNA病毒引起），细胞中以RNA形式存在在信息被回收并插入基因组。虽然逆转录在细胞的正常活动中不起作用，但在我们考虑基因组的进化时这一机制却具有潜在的重要性。（我们将在第十九章详细讨论这一问题）。Aminoacyl氨酰-tRNAistransferRNAcarryinganaminoacid;thecovalent共价linkageisbetweentheNH2groupoftheaminoacidandeitherthe3′-or2′-OHgroupoftheterminalbaseofthetRNA.Aminoacyl-tRNAsynthetasesareenzymesresponsibleforcovalentlylinkingaminoacidstothe2′-or3′-OHpositionoftRNA.Anticodon反密码子isatrinucleotide三核苷酸sequenceintRNAwhichiscomplementarytothecodoninmRNAandenablesthetRNAtoplacetheappropriateaminoacidinresponsetothecodon.Loop环isasingle-strandedregionofahairpin发夹inRNA(orsingle-strandedDNA);correspondstothesequencebetweeninvertedrepeats反向重复induplexDNA.Stemisthebase-pairedsegmentofahairpin.TransferRNAistheadapter氨酰tRNA是携带一个氨基酸的转运RNA；共价连接存在与氨基酸的NH2基团与tRNA末端碱基的3’或2’OH基团。氨酰tRNA合成酶是催化将氨基酸连接到3’或2’OH基团的酶。反密码子是存在于tRNA与mRNA密码子互补的三联核苷酸序列。它能使tRNA将正确的氨基酸定位到密码子上。Loop环是指RNA（或单链DNA）上发荚末端的一段单链区。Stem指的是与发荚碱基配对的片段。AtRNAhasthedualpropertiesofanadaptorthatrecognizesboththeaminoacidandcodon.Theadenosine腺苷at3’endiscovalentlylinkedtoanaminoacid.TheanticodonbasepairswiththecodononmRNA.所有的tRNAs都有相同的二级和三级结构。tRNAs的二级结构可以用三叶草的结构来形容，如图5.2所示，其中互补的碱基对形成了单链Loop的茎。Stem-loop结构称为tRNA的臂，它们的序列（包括非正常的碱基）都是在多聚核苷酸链合成后由4种标准碱基经过修饰而产生的。图5.2tRNA具有二元的特性的转接器，它能同时识别氨基酸和密码子。3’的腺嘌呤以共价的方式与氨基酸连接。反密码子与mRNA上的密码子配对。AlltRNAshavecommonsecondaryandtertiarystructures.ThetRNAsecondarystructurecanbewrittenintheformofacloverleaf,illustratedinFigure5.2,inwhichcomplementarybasepairingformsstemsforsingle-strandedloops.Thestem-loopstructuresarecalledthearmsoftRNA.Theirsequencesincludeunusualbasesthataregeneratedbymodificationofthe4standardbasesaftersynthesisofthepolynucleotidechain(forreviewsee42).转移RNA是转接分子（适配器）信使RNA可以通过由负责翻译过程的装置区别开来，在一无细胞系统体外合成蛋白质。这种系统可使用细胞提取物，破坏细胞并将混合物离心，除去细胞壁、膜的残片及核（对真核细胞而言）即可。在提供适当的能源及前体后，这种“上清液”（或从中纯化得到的成分）能翻译加入其中的mRNA。而且，从一类细胞中得到的蛋白质合成可翻译另一类细胞中的mRNA，由此证明这一过程是具有普遍性的。MRNA上每个核苷酸三联体代表一个氨基酸。三朕核苷酸与氨基酸结构上的不一致性提出了每个密码子如何与它特定的氨基酸相对应的问题。在遗传密码的正确形式被发现之前，Crick就指出在翻译过程中可能存在一种作为媒介物的“接合器”分子。这种转接分子就是转移RNA（tRNA），一种多核昔酸链长仅为75～85个碱基的小分子。tRNA有两个重要性质：l一个tRNA分子仅代表一个氨基酸，二者通过共价键相连接。l一个tRNA包含一个称为反密码子的三联核苷酸序列，与编码此tRNA携带的氨基酸的密码子互补。反密码子使tRNA可通过碱基互补配对识别密码子。所有tRNA有着某些共同特征，其中包括他们的二级和三级结构。tRNA包含一些“异常”碱基，这些碱基是在多核苷酸链合成后通过对四种标准碱基的修饰得到的。如图73所示，tRNA的二级结构可写成三叶草形，单链部分形成环状，互补的碱基对则形成干。这种干——环结构称为tRNA的臂。F7.3tRNA具有既能识别氨基酸又能识别密码子的双重属性。3’端腺苷酸可以共价连接氨基酸。反密码子与mRNA上的密码子配对。ThetRNAcloverleaf三叶草结构hasinvariant不变的andsemi-invariantbases,andaconserved保守的setofbasepairinginteractions.如图5.3示详细的三叶草结构。其中四个主要的臂是根据它们的结构和功能来命名的。图5.3tRNA三叶草包含有不变和半可变的碱基以及一套配对相互作用的保守碱基。Theconstruc