第15章遗传密码

第15章：遗传密码Geneticcode遗传密码：mRNA上由三个连续的核苷酸决定一个氨基酸的组合，称遗传密码、密码子或三联体密码（tripletcode）。AgroupofthreeadjacentnucleotidesonthemRNAencodeaspecifyaminoacid.1、遗传密码的破译RNA:UUAAGCAGC？DNA:AATTCGTCGprotein：Howthe4basesspecifiedinnucleicacidthe20aminoacidinprotein？43=6420(√)42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′mRNA5′AUCGACCUGAGC3′多肽NPhe-Phe-Phe-PheCmRNA5’UUUUUUUUUUUU3’1.1数学推算：三联体密码3′AUCGACCUGAGC420(×)mRNA5′In1954，Gamovspeculategeneticcodeistripletcodon）•Theevidenceshowedthatthegeneticcodewastriplet,nonoverlappingandunpunctuated。1.2.插入与删除实验NatureonDecember30,1961Crick①体外翻译系统的建立②RNA的合成均聚RNA随机共聚RNA重复序列组成的多聚体三核苷酸RNA③三核苷酸—核糖体—aa-tRNA复合体1.3遗传密码的破译①体外翻译系统的建立PaulZamecnikInvitroPoly(U)poly(Phe)peptidePoly(C)poly(Pro)peptidePoly(A)poly(Lys)peptidePoly(G)※???均聚RNA＋体外翻译系统的建立②RNA的合成MarshallNirenberg(1961)WhatMadPursuit!complexsecondarystructurepolynucleotidephosphorylase：（多核苷酸磷酸酶）requiresnotemplateandmakespolymersusingNDP.随机共聚RNA＋体外翻译系统的建立ButSer/Leu?UCU/CUCpoly(UCUCUC…)poly(Ser-Leu-Ser-Leu…)CODONFREQUENCYRELATIVEFREQUENCYAAA0.579100AAC0.11620ACA0.11620CAA0.11620ACC0.0234CAC0.0234CCA0.0234CCC0.004631ADPandCDPareusedina5:1ratioItispossibletodeterminethecompositionofthecodon!!Buttheprecisesequenceofthetripletcodonisnotdetermined??Thatrequiredthechemicalsynthesisofshortoligonucleotideswithdefinedsequences!!重复序列组成的多聚体GobindKhoranaTwobase-repeatingsequenceThreebase-repeatingsequenceM.Nirenberg&P.Leder(1964.Science145;1399)tRNAaatrinucleotideRibosomeNitrocellulosefiltertrinucleotideSer-C14,Leu,Lys,Arg,…Ser,Leu-C14,Lys,Arg,…Ser,Leu,Lys-C14,Arg,………InvitroNirenbergandPhilLedershowedthataminoacylatedtRNAscouldbeboundtoribosomesiftheribosomescontainedtrinucleotidesactingasmRNA.③三核苷酸—核糖体—aa-tRNA复合体Ser-C14….Leu-C14….Lys-C14….Gly-C14….In1966,61codonspecified20aminoacids，and3stopcodon20reactionsinparallel.Eachhad19nonradioactiveaminoacidand1radioactiveaminoacid.Thecrackingofthegeneticcodeisregardedasoneofthemostimportantscientificdiscoveriesofthetwentiethcentury1968H.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodenRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure2、遗传密码的特点①遗传密码是三联体的,无标点,不重叠的②遗传密码的简并性③密码子与反密码子反向配对④密码子的摆动性⑤密码子的近乎通用性.⑥密码子饿近乎专职性.⑦起始密码子和终止密码子①密码子是三联体的，且是无标点的、不重叠的•无标点性是指两个密码子之间没有任何核苷酸隔开；•不重叠性是指每三个核苷酸编码一个氨基酸，核苷酸不重复使用•三联体密码以线性的方式被阅读，中间不存在重叠（overlapping）和停顿（punctuation）•即使在重叠基因中，各个ORF仍按三联体方式连续读码②密码子的简并性.简并性（Degeneracy）——1个氨基酸有多个密码子或多个密码子为1个氨基酸编码的现象。同义密码子（synonymouscodons）——编码同一种氨基酸的密码子称同义密码子。同义密码子不是随机排列的，通常只是第三位的碱基不同。20种氨基酸中，18种（除蛋氨酸Met、色氨酸Trp）均有一个以上的密码子。密码子简并性的生物学意义？？减少有害突变增大DNA上碱基组成的变动增加生物物种的稳定性Tyr5’AUG3’（mRNA)tRNATyr反密码3’GAU5’（应读5’3’，书写应为UAG）③密码子与反密码子反向配对变偶性：密码子的第三位碱基比前二个碱基具有较小的专一性；密码子在与反密码子配对时，前面两对碱基严格按碱基配对原则，而第三对碱基允许有一定的自由度。密码子的这一特性称为摆动性或变偶性。④密码子的变偶性（wobble）ThewobblebasepermitsrapiddissociationofthetRNAfromitscodonduringproteinsynthesis.ThefirstbaseofthetRNAanticodonThethirdbaseofthemRNAcodonCGAUUA或GGC或UIU、C或AWobblehypothesisbyCrick密码子的前两位碱基同反密码子的后两位碱基间形成强Watson-Crick配对，并决定编码的特异性反密码子的第一位碱基决定了能与其识别的密码子数目。前两位碱基不同的简并密码子需要不同的tRNA分子来识别.翻译61种密码子最少需要种不同的tRNA需要的最少tRNA为?32tRNAarerequiredtotranslateall61codons32tRNAarerequiredtotranslateall61codons•⑤密码子的近乎通用性•…………通用性和变异性⑥密码子近乎专职性.•Nocodonspecifiesmorethanoneaminoacid.•TheexceptionsareAUG,UGAandUAG.AUG(startcodonandmiddleMet);UGA(selenocysteine硒代半胱氨酸21aaandstopcodonUAG(pyrrolysine吡咯赖氨酸22aaandstopcodon3stopcodons:UAA,UAG,andUGA.onestartcodon:AUG.However,GUGandUUGareoccasionallyfoundasstartcodons。⑦起始密码子和终止密码子.学习要点1概念：密码子、密码子简并性、同义密码2掌握密码子的基本特征3掌握startcodon、stopcodon