第四章蛋白质合成一

第四章 生物信息的传递(下)
------从mRNA到蛋白质
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第四章 生物信息的传递(下)
------从mRNA到蛋白质
transcription
translation
DNA
RNA
Reverse transcription
protein
翻译(translation):包含在mRNA分子中以核
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1.破译的技术基础
(2)无细胞蛋白合成系统
无细胞（或体外）蛋白合成系统：包括蛋白合成的 全部必须的细胞成分，但却完全缺少内源mRNA， 利用人工合成的RNA分子作为信息转译。
无细胞体系中Mg2+浓度很高，人工合成的多聚核苷 酸不需起始密码子就能指导多肽的生物合成，读码 起始是随机的。
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3.病毒的mRNA
烟草坏死卫星病毒的外壳蛋白由大约 400个氨基酸组成，其相应的mRNA片 段包括了1200个核苷酸。
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二、确定每种氨基酸的具体密码
1.破译的技术基础
(1)人工RNA分子的合成
1955年Severo Ochoa发现了多核苷酸 磷酸化酶（PNP，ploynucleotide phosphorylase），在细胞内降解 RNA分子而在试管内可催化合成RNA 分子。无需DNA模板并且也与转录没有 关系。
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这个方法是以人工合成的三核苷酸如UUU、 UCU、UGU等为模板，在含核糖体、AAtRNA的适当离子强度的反应液中保温，然 后使反应液通过硝酸纤维素滤膜。
发现，游离的AA-tRNA因相对分子质量小能
自由通过滤膜，加入三核苷酸模板可以促使
其对应的AA-tRNA结合到核糖体上，体积超
过膜上的微孔而被滞留，这样就能把已结合
到核糖体上的AA-tRNA与未结合的AA-
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若用20种AA-tRNA
做20组同样的实验， 每组都含20种AAtRNA和各种三核苷 酸，但只有一种氨基 酸用14C标记，看哪一 种AA-tRNA被留在 滤膜上，进一步分析 这一组的模板是哪个 三核苷酸，从模板三 核苷酸与氨基酸的关 系可测知该氨基酸的 密码子。
将两种以上的核苷酸随机地渗入来合成RNA分子， 在无细胞系统中以这种比例合成的mRNA产生的氨 基酸的比例也应是相应的，在无细胞蛋白合成体系中 计算各种氨基酸的得出率，可以推测出密码子的组成， 从而估计氨基酸密码子。
以U. G为例，渗入比例为U(76%)和G(24%)，那么 由此随机共聚产生的各种三联体的几率和氨基酸的渗 入情况如下：
相对几率 100% 31.6% 31.6% 31.6% 10.0% 10.0%
氨基酸 相对渗入量 推算出的密码子组合
Phe
100
UUU
Val
37
2U.1G
Leu
36
2U.1G
Cys
35
2U.1G
Trp
14
1U.2G
Gly 2020/8/3
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1U.2G
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20种氨基酸的密码子核苷酸组成问题由 此得到了解决，但不知密码子的核苷酸 排列顺序。
苷酸顺序形式排列的遗传密码，转变成蛋白质
多肽链中氨基酸排列顺序的生化过程，也称蛋
白质合成。
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第四章 生物信息的传递(下)
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4.1 遗传密码---三联子 4.2 蛋白质生物合成体系 4.3 蛋白质合成的生物学机制 4.4 蛋白质运转机制
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4.1 遗传密码---三联子
4.1.1 三联子密码及其破译 4.1.2 遗传密码的性质
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4.1.1 三联子密码及其破译
三联子密码(triplet coden) ：简称密码， 指mRNA上每3个核 苷酸翻译成蛋白质多 肽链上的一个氨基酸， 这3个核苷酸称为密 码。
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4.1.1 三联子密码及其破译
制备大肠杆菌的无细胞合成体系
在含DNA、mRNA、tRNA、核糖体、 AA-tRNA合成酶及其他酶类的抽提物中加 入DNase，降解体系中的DNA，耗尽 mRNA时，体系中的蛋白质合成即停止，当 补充外源mRNA或人工合成的各种均聚物或 共聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等 成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基 酸顺序由外加的模板所决定。
然而，在生理Mg2+条件下，无起始密码子的多核 苷酸不能被用作多肽合成的模板。
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2. 遗传密码的破译：确定每种氨基酸的具 体密码
(1). 以均聚物、随机共聚物和特定序列的 共聚物为模板指导多肽的合成 (2). 核糖体结合技术
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(1). 以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物 为模板指导多肽的合成
因此，分析比较加入的模板和合成的肽链即
202可0/8/3推知编码某些氨基酸的密码。
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(1).均聚核苷酸指导均聚肽的合成
1967年5月27日，Marshall Nirenberg和
Heiurich Matthaei利用了E. Coli 的无细胞蛋白
合成体系首次获得了以下结果：
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2. 核糖体结合技术
1964年Nirenberg又采 用三联体结合实验
(1) tRNA和氨基酸及三 联体的结合是特异的；
(2) 上述结合的复合体大 分子是不能通过硝酸纤 维滤膜的微孔，而 tRNA- 氨 基 酸 的 复 合 体 是可以通过的。
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三联体 UUU UUG UGU GUU UGG GUG
几率
0.76×0.76×0.76=0.469 0.76×0.76×0.24=0.139 0.76×0.24×0.76=0.139 0.24×0.76×0.76=0.139 0.76×0.24×0.24=0.0438 0.24×0.76×0.24=0.0438
翻译时，从起始密码子开始，沿mRNA从 5至3方向连续阅读密码子，直至终止密码子 为止，生成一条具有特定序列的多肽链--蛋白 质。
作为基因的产物的蛋白质最终是受基因控制。
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2. Crick,Sydney Brenner的遗传学实验
化学诱变剂处理T4噬菌体DNA，DNA发生插入或缺 失突变，当连续插入或缺失三个核苷酸时，会导致多 肽链中增加或缺失一个氨基酸，但序列不发生改变。