第15章遺傳密碼 ppt課件

1、第第15章：遺傳密碼章：遺傳密碼 Genetic code遺傳密碼：遺傳密碼： mRNA上由三個延續(xù)的核苷酸決議上由三個延續(xù)的核苷酸決議一個氨基酸的組合一個氨基酸的組合 ，稱遺傳密碼、密碼子或三，稱遺傳密碼、密碼子或三聯(lián)體密碼聯(lián)體密碼triplet code 。A group of three adjacent nucleotides on the mRNA encode a specify amino acid .1、遺傳密碼的破譯、遺傳密碼的破譯RNA: UUAAGCAGC？DNA: AATTCGTCGprotein：How the 4 bases specified in nucleic

2、 acid the 20 amino acid in protein？43=6420 ()42=1620 ()mRNA 5AUCGACCUGAGC3mRNA 5AUCGACCUGAGC3多肽多肽 N Phe-Phe-Phe-Phe C mRNA 5UUUUUUUUUUUU 31.1 數(shù)學(xué)推算：三聯(lián)體密碼數(shù)學(xué)推算：三聯(lián)體密碼3AUCGACCUGAGC420 ()mRNA 5 In 1954，Gamov speculate genetic code is triplet codonThe evidence showed that the genetic code was triplet, nono

3、verlapping and unpunctuated。1.2. 插入與刪除實驗插入與刪除實驗Nature on December 30, 1961Crick體外翻譯系統(tǒng)的建立體外翻譯系統(tǒng)的建立RNA的合成的合成均聚均聚RNA隨機(jī)共聚隨機(jī)共聚RNA反復(fù)序列組成的多聚體反復(fù)序列組成的多聚體三核苷酸三核苷酸RNA三核苷酸三核苷酸核糖體核糖體aa-tRNA復(fù)合體復(fù)合體1.3 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯體外翻譯系統(tǒng)的建立體外翻譯系統(tǒng)的建立Paul Zamecnik In vitro Poly(U) poly(Phe) peptide Poly(C) poly(Pro) peptide Poly(A)

4、 poly(Lys) peptide Poly(G) ?均聚均聚 RNA體外翻譯系統(tǒng)的建立體外翻譯系統(tǒng)的建立 RNA的合成的合成Marshall Nirenberg (1961)What Mad Pursuit !complex secondary structurepolynucleotide phosphorylase ： 多核苷酸磷酸酶多核苷酸磷酸酶requires no template and makes polymers using NDP.隨機(jī)共聚隨機(jī)共聚 RNA 體外翻譯系統(tǒng)的建立體外翻譯系統(tǒng)的建立ButSer/Leu ? UCU/CUC poly(UCUCUC)poly(Se

5、r-Leu-Ser-Leu)CODON FREQUENCY RELATIVE FREQUENCY AAA 0.579 100 AAC 0.116 20 ACA 0.116 20 CAA 0.116 20 ACC 0.023 4 CAC 0.023 4 CCA 0.023 4 CCC 0.00463 1ADP and CDP are used in a 5:1 ratioIt is possible to determine the composition of the codon!But the precise sequence of the triplet codon is not dete

6、rmined ?That required the chemical synthesis of short oligonucleotides with defined sequences !反復(fù)序列組成的多聚體反復(fù)序列組成的多聚體Gobind KhoranaTwo base-repeating sequenceThree base-repeating sequenceM. Nirenberg & P. Leder (1964. Science 145;9)tRNAaatrinucleotideRibosomeNitrocellulose filtertrinucleotideSer-C

7、14, Leu, Lys, Arg,Ser, Leu-C14, Lys, Arg,Ser, Leu, Lys-C14, Arg, In vitroNirenberg and Phil Leder showed that aminoacylated tRNAs could be bound to ribosomes if the ribosomes contained trinucleotides acting as mRNA.三核苷酸三核苷酸核糖體核糖體aa-tRNA復(fù)合體復(fù)合體Ser-C14. Leu-C14 . Lys-C14 . Gly-C14 . In 1966, 61 codon s

8、pecified 20 amino acids，and 3 stop codon20 reactions in parallel. Each had 19 nonradioactive amino acid and 1 radioactive amino acid.The cracking of the genetic code is regarded as one of the most important scientific discoveries of the twentieth century1968H. Gobind Khorana(46y)How to synthesize tr

9、iplet RNAMarshall Nirenberg(41y)Genetic codenRobert Holley(46y)tRNAphe cloverleaf structure2、遺傳密碼的特點、遺傳密碼的特點 遺傳密碼是三聯(lián)體的遺傳密碼是三聯(lián)體的,無標(biāo)點無標(biāo)點,不重疊的不重疊的 遺傳密碼的簡并性遺傳密碼的簡并性 密碼子與密碼子與 反密碼子反向配對反密碼子反向配對 密碼子的擺動性密碼子的擺動性 密碼子的近乎通用性密碼子的近乎通用性. 密碼子餓近乎專職性密碼子餓近乎專職性. 起始密碼子和終止密碼子起始密碼子和終止密碼子 密碼子是三聯(lián)體的，且是無標(biāo)點的、不密碼子是三聯(lián)體的，且是無標(biāo)點的、不重

10、疊的重疊的無標(biāo)點性是指兩個密碼子之間沒有任何核苷酸隔開；無標(biāo)點性是指兩個密碼子之間沒有任何核苷酸隔開；不重疊性是指每三個核苷酸編碼一個氨基酸，核苷酸不反復(fù)運用不重疊性是指每三個核苷酸編碼一個氨基酸，核苷酸不反復(fù)運用三聯(lián)體密碼以線性的方式被閱讀，中間不存在重疊三聯(lián)體密碼以線性的方式被閱讀，中間不存在重疊overlapping和停頓和停頓punctuation即使在重疊基因中，各個即使在重疊基因中，各個ORF仍按三聯(lián)體方式延續(xù)讀碼仍按三聯(lián)體方式延續(xù)讀碼 密碼子的簡并性密碼子的簡并性.簡并性簡并性Degeneracy1個氨基酸有多個密個氨基酸有多個密碼子或多個密碼子為碼子或多個密碼子為1個氨基酸編碼

11、的景象。個氨基酸編碼的景象。 同義密碼子同義密碼子synonymous codons編碼同編碼同一種氨基酸的密碼子稱同義密碼子。一種氨基酸的密碼子稱同義密碼子。同義密碼子不是隨機(jī)陳列的，通常只是第三位的堿同義密碼子不是隨機(jī)陳列的，通常只是第三位的堿基不同?；煌?0種氨基酸中，種氨基酸中，18種除蛋氨酸種除蛋氨酸Met、色氨酸、色氨酸Trp 均有一個以上的密碼子。均有一個以上的密碼子。l密碼子簡并性的生物學(xué)意義？密碼子簡并性的生物學(xué)意義？減少有害突變減少有害突變增大增大DNADNA上堿基組成的變動上堿基組成的變動添加生物物種的穩(wěn)定性添加生物物種的穩(wěn)定性 Tyr 5 Tyr 5 AUG 3 A

12、UG 3mRNA)mRNA) tRNATyr tRNATyr反密碼反密碼 3 3 GAU 5 GAU 5 應(yīng)讀應(yīng)讀5 5 3 3，書寫應(yīng)為，書寫應(yīng)為UAGUAG密碼子與密碼子與 反密碼子反向配對反密碼子反向配對l變偶性：密碼子的第三位堿基比前二個堿基具有較小的專變偶性：密碼子的第三位堿基比前二個堿基具有較小的專注性；密碼子在與反密碼子配對時，前面兩對堿基嚴(yán)厲按注性；密碼子在與反密碼子配對時，前面兩對堿基嚴(yán)厲按堿基配對原那么，而第三對堿基允許有一定的自在度。密堿基配對原那么，而第三對堿基允許有一定的自在度。密碼子的這一特性稱為擺動性或變偶性。碼子的這一特性稱為擺動性或變偶性。密碼子的變偶性密碼子

13、的變偶性wobble The wobble base permits rapid dissociation of the tRNA from The wobble base permits rapid dissociation of the tRNA from its codon during protein synthesis.its codon during protein synthesis.The first base of the tRNA anticodonThe third base of the mRNA codonCGAUUA 或或 GGC 或或 UIU、C或或A Wobbl

14、e hypothesis by Crick 密碼子的前兩位堿基同反密碼子的后兩位堿密碼子的前兩位堿基同反密碼子的后兩位堿基間構(gòu)成強(qiáng)基間構(gòu)成強(qiáng)Watson-Crick 配對，并決議編碼的配對，并決議編碼的特異性特異性 反密碼子的第一位堿基決議了能與其識別的反密碼子的第一位堿基決議了能與其識別的密碼子數(shù)目。密碼子數(shù)目。 前兩位堿基不同的簡并密碼子需求不同的前兩位堿基不同的簡并密碼子需求不同的 tRNA分子來識別分子來識別.翻譯翻譯61種密碼子最少需求種密碼子最少需求 種不同的種不同的tRNA需求的最少需求的最少tRNA為為?32 tRNA are required to translateall

15、61 codons32 tRNA are required to translate all 61 codons 密碼子的近乎通用性密碼子的近乎通用性 通用性和變異性通用性和變異性密碼子近乎專職性密碼子近乎專職性. No codon specifies more than one amino acid .The exceptions are AUG, UGA and UAG. AUG (start codon and middle Met);UGA ( selenocysteine硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸21aa and stop codon UAG (pyrrolysine吡咯賴氨酸吡咯賴氨酸22aa and stop c