分子生物学第八章-遗传密码 -genetic code
生物信息学概述(共59张PPT)精选全文完整版
蛋白质 结构
蛋白质 功能
最基本的 生物信息
2024/11/11
生命体系千姿百 态的变化
维持生命活 动的机器
9
第一部遗传密码已被破译，但对密码的转录过程还不清楚，对大多
数DNA非编码区域的功能还知之甚少
对于第二部密码，目前则只能用统计学的方法进行分析。破译“第
二遗传密码”：即折叠密码（folding code），从蛋白质的一级结构
Rickettsia prowazekii
Helicobacter pylori
Buchnerasp. APS
Escherichia coli大南芥
Thermotoga maritima
Thermoplasma acidophilum
mouse
Caenorhabitis elegans
以基因组计划的实施为标志的基因组时代（1990年至2001年）是生
物信息学成为一个较完整的新兴学科并得到高速发展的时期。这一 时期生物信息学确立了自身的研究领域和学科特征，成为生命科学 的热点学科和重要前沿领域之一。
这一阶段的主要成就包括大分子序列以及表达序列标签 （ expressed sequence tag，EST）数据库的高速发展、BLAST（ basic local alignment search tool）和FASTA（fast alignment）等工具软件的研制和相应新算法的提出、基因的寻 找与识别、电子克隆（in silico cloning）技术等，大大提高
细胞质（线粒体、叶绿体） 基因组DNA
人类基因组：3.2×109 bp 18
人类自然科学史上的 3 大计划
曼哈顿原子 弹计划
阿波罗登月 计划
人类基因组计划
蛋白质错误折叠和疾病标准版文档
Aβ和tau蛋白都是由在脑中正常产生的蛋白质转化而来的。 有缺陷的α1-抗胰蛋白酶以错误折叠的形式聚集在肝脏中，不能执行正常的保护肺脏的功能。
质转化而来的。
在PD病人的脑中通常可以发现一些蛋白沉积物称为路易氏体（Lewy body）的包涵体，这些结构被认为是PD形成的病理学标志 。 研究表明Parkinsons Disease病可能源于蛋白质的错误折叠。 朊蛋白是一种糖蛋白, 朊蛋白基因, 位于20号染色体短臂上。 有缺陷的α1-抗胰蛋白酶以错误折叠的形式聚集在肝脏中，不能执行正常的保护肺脏的功能。 癌症 （Cancer ） 肺气肿（emphysema ） 现在发现50%以上的癌症是基因P53突变引起的，有些是因为降低了P53蛋白的稳定性。 在患AD病人的脑中，塞满了由错误折叠蛋白质形成的杂乱的蛋白质簇。 神经原纤维缠结
传及基因突变产生。
老年痴呆症（Alzheimer's disease）
现在发现50%以上的癌症是基因P53突变引起的，有些是因为降低了P53蛋白的稳定性。 蛋白传染子导致的疾病（Prion Diseases） 癌症 （Cancer ）
淀白蛋神粉质白经在样形（细通患成 胞常蛋AAβ的 内有白D）杂 自两病的病类乱 损人淀（蛋的伤的粉白蛋。脑A样质白m中斑的质，y，沉簇l塞o和积。满i由d：了tDa含u由i蛋s有错白e淀误a引粉s折起e样叠s的β蛋） 蛋A癌现 感研多程A研蛋和在通蛋A蛋其有βββ白症在染究肽.究白疾患常白白原缺和 和 和传 发性 蛋 链 蛋 质 病 A有 质 传 因 陷ttt（aaaD染现 朊白在白错两折染和的uuuC病蛋蛋蛋子5蛋质核质误类叠子发αa人n01白白白导白折蛋折折蛋问导生c%-的抗e都都都致叠白叠叠白题致的(以rP脑胰是是是）的的体的质被的途r上P中蛋由由由疾过上过的列疾径r的e，白在在在s病程合程沉为病尚癌塞)酶脑脑脑,（，成，积“（不症可满以中中中可的可：清P2P是导了错1正正正rr以同以含楚ii基世oo致由误常常常nn说时说有。因纪脑错折DD产产产是或是淀P的组ii误叠ss生生生5破合破粉ee生3织折的aa的的的突译成译样物ss的叠形蛋蛋蛋ee变“之“β物ss海蛋式蛋白白白））引第后第理绵白聚白质质质起二二,学样根质集（转转转的遗遗”变据形在化化化，A传传的性热成肝β而而而有密密）重,力的脏来来来些会码码的要学杂中的的的是引””淀课与乱，。。。因起——粉题动的不为神——样，力蛋能降经折折斑它学白执低细叠叠，是的质行了胞密密和分原簇正P退码码由子理。5常行（（3t生,a的蛋 或性uff物oo蛋保白 在改lldd学白护的 分ii变nn中gg引肺稳 子，心cc起脏定 伴oo导法dd的的性 侣ee致则））神功。 的海尚的的经能辅绵未过过细。助样解程程胞下脑决。 。内,病卷的自。曲一损形个伤成重。特大定生的物三学维问结题构。或构象的过
5-蛋白质化学3-二级结构
列转变为多肽链的氨基酸顺序；另一种就是折叠密码 （folding code)-第二遗传密码，该密码决定存在于
氨基酸顺序中的一维信息向蛋白质特定的三维结构 （信息）的转变。
三联体密码已成明码，那么破译“第二遗传密码”就是通过
“蛋白质结构预测”，从理论上最直接地去解决蛋白质的 折叠问题，这是蛋白质研究最后几个尚未揭示的奥秘之一。 “蛋白质结构预测”属于理论方面的热力学问题，就是根
据蛋白质的一级序列，预测由Anfinsen原理决定的特定的空间 结构。
一种方法是假设蛋白质分子天然构象处于热力学最稳定、 能量最低状态，考虑蛋白质分子中所有原子间的相互作 用及蛋白质分子与溶剂之间的相互作用，采用分子力学 的能量极小化方法，计算出蛋白质分子的天然构象。 另一种方法是找出数据库中已有的蛋白质的空间结构 与一级结构之间的联系，总结出一定的规律，逐级从一级 结构预测二级结构，再建立可能的三维模型，根据已形 成的规律排除不合理的模型，再根据能量最低原理得到 修正的结构，即所谓的“基于知识的预测方法”。
数据库主要由日内瓦大学医学生物化学系和欧 洲生物信息学研究所(EBI)合作维护。SWISSPROT的序列数量呈直线增长。
模体与域数据库主要有：
长期以来，根据蛋白质氨基酸的序列
预测蛋白质天然结构（或蛋白质折叠）是
分子生物学、生物化学及生物物理学中极 具挑战性的研究领域。三维结构的研究与
蛋白质序列分析相比要复杂、费时、昂 贵得多。
蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定 性以及与其生物活性之间的关系。最根本的问题就 是多肽链的一级结构如何决定它的空间结构。既 然前者决定后者，那么一级结构和空间结构之间肯 定存在某种确定的关系。是否也像“三联体密码” 决定氨基酸顺序一样存在一套密码？有人设想把一级 结构决定空间结构密码叫“第二遗传密码”。遗
分子生物学原理教案—蛋白质的生物合成
分子生物学原理教案—蛋白质的生物合成教学要求：1．掌握遗传信息、遗传密码与mRNA的关系，遗传密码的特征。
2．掌握蛋白质生物合成体系中主要RNA、三种酶和多种蛋白质因子的功能和作用特点，生物合成过程及能量变化。
3．了解翻译后蛋白质的加工方式。
4．了解蛋白质合成的干扰和抑制。
课时安排：总学时 4.0第一节蛋白质生物合成体系1.0第二节氨基酸的活化1.0第三节蛋白质的生物合成过程1.0第四节蛋白质翻译后修饰和靶向运输0.6第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制0.4重点：1．遗传密码与mRNA的关系及其特征2．蛋白质生物合成体系3．氨基酸的活化难点：蛋白质的生物合成过程教学内容：一、蛋白质生物合成体系1．mRNA是蛋白质生物合成的直接模板遗传密码的方向性、连续性、简并性、通用性和摆动性。
2．核糖体是蛋白质生物合成的场所。
3．tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器氨基酸臂、反密码子4．蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等二、氨基酸的活化1．氨基酰tRNA 氨基酰tRNA合成酶2．真核生物起始氨基酰tRNA是Met- tRNAi Met三、蛋白质的生物合成过程1．原核生物的肽链合成过程起始：起始因子；延长：延长因子，注册、成肽、转位，核糖体循环；终止：终止密码子。
2．真核生物的肽链合成过程四、蛋白质翻译后修饰和靶向运输1．多肽链折叠为天然构象的蛋白质分子伴侣、蛋白质二硫键异构酶、肽-脯氨酸顺反异构酶。
2．蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰3．蛋白质空间结构修饰包括亚基聚合和辅基连接4．合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位五、蛋白质生物合成的干扰和抑制1．抗生素对翻译的抑制作用2．其他干扰蛋白质生物合成的物质中、英文专业词汇：translation翻译codon密码子initiation codon起始密码termination codon终止密码code密码ribozyme cycle核糖体循环adaptor转换器post-translational processing翻译后加工interferon干扰素antibiotics抗生素anticodon反密码子releasing factor释放因子wobble pairing摇摆配对degeneracy简并性signal peptide信号肽secretory protein分泌性蛋白质elongation factor延长因子streptomycin链霉素tetracycline四环素chloromycetin氯霉素puromycin嘌呤霉素cycloheximide防线菌酮思考题：1．试简述蛋白质生物合成体系及3种RNA在蛋白质生物合成中的作用。
分子生物学基础
分子生物学基础
b.专一性终止蛋白 E.coli 中由 tus gene 编码 通过抑制DNA螺旋酶而发挥终止作用
ter
分子生物学基础
分子生物学基础
4、DNA损伤与修复 • 光复活 • 切除修复 • 重组修复 • SOS修复
分子生物学基础
（一）photo reactivation（光复活）
2、半保留复制 3、半不连续复制 4、DNA复制具有高度的忠实性
DNA聚合酶的自我校正功能
5、多种酶和蛋白因子协同作用
分子生物学基础
1，复制起点
分子生物学基础
θ 复制或重新起始（ de novo initiation ）或复制 叉式（ replication fork ）
双链环状DNA的复制眼可以形成一种θ结构，形 状像希腊字母θ
分子生物学基础
1）、与转录调控有关的DNA序列
• －10区pribnow框（TATAAT）：RNA聚合酶的牢固 结合位点
• －35区Sextama框（TTGACA）：RNA聚合酶的识别 位点
• 一般来说，对于给定的启动子，其特异性序列趋于启动子 共有序列时－10与－35区之间的间距趋于17bp时，启 动子的转录效率可能就高
• 真核基因：
1、复杂的染色体结构：着丝点、 端粒，与DNA复制起点一起构成 染色体不可缺少的三要素
2、DNA重复顺序 重复序列的存在是真核生物 DNA区别于原核生物DNA的一 个重要特征
分子生物学基础
3、基因的不连续性 （外显子、内含子）
４、真核生物基因组中有许多来源相 同、结构相似、功能相关的基因组成 为单一的基因簇或基因家族（gene Family） Alu序列家族
定位 转录产物 α-鹅膏蕈 碱的影响
中国农业大学分子生物学导论蛋白质合成课堂练习 参考答案
《蛋白质合成、加工和降解》部分课堂练习题学号：姓名：一、填空题。
1.DNA合成的方向是_ 5’→3’，RNA合成的方向是5’→3’，蛋白质合成的方向是__N→C__。
2.___氨酰tRNA合成酶___可使每个氨基酸和它相对应的tRNA分子相偶联形成一个__氨酰tRNA ____分子。
3.tRNA的二级结构为三叶草形，三级结构为_倒L 形。
4.tRNA分子有氨基酸臂、TψC环、反密码子环、二氢脲嘧啶环和可变换环等5个主要结构区。
5.tRNA的3’末端为CCA-OH ，5’末端为5’-单磷酸。
6.原核生物蛋白质合成的起始是甲酰甲硫氨酰-tRNA ，它携带的氨基酸是甲酰甲硫氨酸；而真核生物蛋白质合成的起始是甲硫氨酰-tRNA ，它携带的氨基酸是甲硫氨酸。
7.与mRNA密码子ACG相对应的tRNA的反密码子是CGU 。
tRNA的反密码子是UGC，它识别的密码子是GCA 。
8.蛋白质合成时，起始密码子通常是AUG ，起始tRNA上的反密码子是CAU 。
9.氨酰tRNA合成酶既能识别氨基酸，又能识别相应的tRNA 。
10.一种氨基酸最多可以有6 个密码子，一个密码子最多决定 1 种氨基酸。
11.在真核生物中蛋白质合成起始时，先形成起始因子和起始tRNA 复合物，再和40S亚基形成40S起始复合物。
12.至少含有453 个核苷酸的mRNA（不包括上下游的非编码序列）才能编码含有150个氨基酸的多肽。
13.蛋白质生物合成时生成肽键的能量来自ATP ，核糖体在mRNA上移动的能量来源于GTP 。
14.链霉素和卡那霉素能与细菌核糖体30S 亚基结合，改变其构象，引起读码错误而导致合成的多肽链的一级结构改变。
15.氯霉素的抗菌作用是由于它与核糖体结合并停止蛋白质的合成。
16.肽链合成的终止因子又称为释放因子，能识别并结合到终止密码子上。
17.蛋白质合成后通过翻译后运转机制级结构改变被定向运输到线粒体、叶绿体、细胞核内执行其特定的功能。
21-第9章 蛋白质组-翻译调控
mRNA翻译 起始复合物
组装
1） eIF: 真核翻译起始因子英文缩写；
2) eIF4E: m7G-帽结合亚基;
3) eIF4A: RNA解旋酶；
4
eIF4G: 与RNA，PABP,eIF4E，eIF3结合蛋
白；
5
eIF3：核糖体解离蛋白，促使mRNA和
tRNA与核糖 体40S亚基结合；
6 eIF2：GTPase,依赖GTP将起始tRNA于核糖体40S结
核糖体 作图 技术
参见： PNAS, 109: 14728-14729, 2012
核糖体E位抑制剂的翻译场景作图. CHX和LTM 可与核糖体E位 结合抑制翻译。当翻译核糖体E位空置时, CHX 可与所有核糖体 结合, 阻止翻译延伸(左图),。但LTM在E位空置时只与翻译起始 位的核糖体结合阻止翻译起始(右图)。 同时进行CHX和LTM处 理,可对翻译起始位置和延伸停留位置作图.
核糖体作图 应用-1
加州大学的研究 人员在原核生物 中发现了隐藏 在 遗传密码中以 前 未被认识到的 信 息。细微的遗 传 变化会带来重 要 的影响，导致 蛋 白质翻译速率 降 低到正常速度 十 分之一或更低 Nature 484：538 –541，2012
核糖体作图揭示翻译场景
Science 334: 1509, 2011
3) 程序性死亡: 病毒感染真核细胞后, 破坏eIF-4G减 少翻 译, 但细胞程序性死亡仍需要一些功能蛋白质 表达, 相关的mRNA含有IRES可在细胞的程序性死 亡时仍 然正常翻译。
IRES 的分
子生
物学
功能
-
在压力条 件下，有 些mRNA 翻译被抑 制，但有 些具有 IRES的 mRNA可 以正常翻
生物化学笔记完整版
生物化学笔记(完整版)————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：ﻫ第一章绪论一、生物化学的的概念: ﻫ生物化学（bｉｏchemiｓtry）是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。
ﻫﻫ二、生物化学的发展：ﻫ1.叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。
2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。
就在这一时期,人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。
3.分子生物学阶段:这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。
三、生物化学研究的主要方面：1.生物体的物质组成:高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成,此外还含有一些低分子物质。
２.物质代谢:物质代谢的基本过程主要包括三大步骤:消化、吸收→中间代谢→排泄。
其中,中间代谢过程是在细胞内进行的,最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢,物质互变，代谢调控,能量代谢几方面的内容。
３.细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。
ﻫ4．生物分子的结构与功能:通过对生物大分子结构的理解,揭示结构与功能之间的关系。
ﻫ５．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究,也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。
第二章蛋白质的结构与功能一、氨基酸：１.结构特点：氨基酸（aｍiｎo acｉｄ)是蛋白质分子的基本组成单位。
构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种,除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外,其余氨基酸均为L-α-氨基酸。
ﻫ2.分类:根据氨基酸的Ｒ基团的极性大小可将氨基酸分为四类:①非极性中性氨基酸(8种）;②极性中性氨基酸(7种）;③酸性氨基酸(Ｇlu和Ａsp）；④碱性氨基酸（Lyｓ、Arg和His)。
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mRNA（信使RNA)： 5-AUGAGUAUGAGU-3
蛋白质翻译
Protein (蛋白质）: Met (甲硫氨酸）-Ser（丝氨酸）- Met (甲硫氨酸）-Ser（丝氨酸）
对噬菌体蛋白质产生的影响
无法产生正常功能的蛋白质
无法产生正常功能的蛋白质
可以产生具有部分正常功能 的蛋白质
结果分析：通过实验证明了遗传密码中三个碱基编码一个氨基酸—三联体密码
第一个证明三联体密码子的遗传学实验证据
第一次用科学实验证明了遗传密码中 三个碱基编码一个氨基酸：三联体密码
Francis Crick
Part III: Expression of the Genome
Ch 12: Mechanisms of Transcription Ch 13: RNA Splicing Ch 14: Translation Ch 15: The Genetic Code
2020/6/7
2020/6/7
The Central Dogma
2020/6/7
从莫尔斯电码说起：用电信号传递文字信息
• 利用点（.）、划（—）和“间隔”（实际 上就是时间长短不一的电脉冲信号）的不 同组合来表示字母、数字、标点和符号。
• 无论从电文译成英文还是从英文译成电文 都离不开莫尔斯密码表：
A: • — B: — • • • C: — • — • D: — • •
• 有人担心“人造儿”开启了“潘多拉的魔 盒”，为未来制造生化武器奠定了基础， 而实验室一个微小的失误就可能产生新的 瘟疫，夺去数百万人的生命
2020/6/7
Outline:
1 遗传密码的破译 2 遗传密码的特征与性质 3 遗传密码的简并性和摆动假说 4 改变遗传密码的几类突变
4.1 错义突变 4.2 无义突变 4.3 移码突变 5 基因内抑制突变和基因间抑制突变 6 遗传密码的通用性
2020/6/7
Outline:
1 遗传密码的破译 2 遗传密码的特征与性质 3 遗传密码的简并性和摆动假说 4 改变遗传密码的几类突变
4.1 错义突变 4.2 无义突变 4.3 移码突变 5 基因内抑制突变和基因间抑制突变 6 遗传密码的通用性
2020/6/7
一 遗传密码破译的科学研究历程和 研究方法
问题1： 几个碱基编码一种氨基酸？ 多少个碱基组成一个密码子？
• 数学推理方法：从数学角度认识碱基与氨 基酸的对应关系
– 4种碱基，20种氨基酸 – 41 = 4 – 42 = 16 – 43 = 64 （最有可能） – 44 = 256
• 假说：应该是三个碱基决定一个氨基酸
必须通过实验证据来证明假说是否正确！ 怎么样用实验的方法去证明这个假说的正确性呢？
2020/6/7
科学实验：Crick 的T4噬菌体实验
对T4噬菌体基因的处理方式
对噬菌体蛋白质产生的影响
在碱基序列中增加或删除1个碱基
无法产生正常功能的蛋白质
在碱基序列中增加或删除2个碱基
无法产生正常功能的蛋白质
在碱基序列中增加或删除3个碱基
可以产生具有部分正常功能 的蛋白质
Why?
为什么会出现这种现象？这个实验结果说明了什么呢？
数学推理方法：从数学角度推断应该是三个碱基决定一个氨基酸
Crick 的T4噬菌体实验首次从遗传学角度证明了三个碱基编码一个氨基酸： 三联体密码子
Nirenberg利用无细胞体外蛋白质合成系统破译了第一个遗传密码： UUU编码苯丙氨酸
Khorana和Nirenberg进一步利用RNA重复序列翻译实验和核糖体结合技术 破译了编码其它氨基酸的遗传密码
某个密码子促使某种氨酰tRNA 结合到核糖体上
这个密码子就编码 这种氨酰tRNA携带的氨基酸
问题4：UCU 究竟编码丝氨酸还是编码亮氨酸？
[14C] Leu-tRNA (碳14标记的亮氨酰tRNA)
UCU
核糖体+UCU密码子+放射性标记的 亮氨酰tRNA三者混合
核糖体
通过硝酸纤维素滤膜
滤膜上没有碳14放射性标记
我们是这个世界上到目前为止唯一知道1个遗传密码子是由3个碱基组成的两个人
-----Francis Crick 1962年诺贝尔生理学和医学奖获得者
mRNA（信使RNA) 5-AUGAGUAUGAGU-3
翻译
Protein (蛋白质） AUG编码什么氨基酸？AGU又编码什么氨基酸？
问题2：如何知道具体某种密码子编码哪一种 氨基酸？
– 理论意义，生命起源与进化 – 实践意义，奠定了基因工程技术的理论基础
2019年5月美国科学家造出人造生命
• 克雷格·文特尔将一种称为丝状支原体丝状亚种 的微生物的DNA进行重塑，并将新的DNA片段“ 粘”在一起，植入另一种细菌中
• 新的生命由此诞生，这种新生的微生物能够生长 、繁殖，并产生一代又一代的人造生命。植入的 DNA片段包含约850个基因，而人类的DNA图谱 上共有约20000个基因。
通过硝酸纤维素滤膜 游离的苯丙氨酰tRNA能够通过滤膜 滤膜不能和碳14标记的苯丙氨酰tRNA结合，滤膜上没有碳14放射性标记
[14C] Phe-tRNA (碳14标记的苯丙氨酰tRNA)
UUU 核糖体
核糖体+UUU密码子+放射性标记的 苯丙氨酰tRNA三者混合
通过硝酸纤维素滤膜
滤膜上有碳14放射性标记
• 问题3：UUU编码苯丙氨酸，UCU编码什么？--RNA重复序列翻译实验 (美国科学家Khorana)
UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC poly[UC] (多聚尿嘧啶-胞嘧啶） 无细胞体外蛋白质合成系统
Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Leu
poly[Ser-Leu] (多聚丝氨酸-亮氨酸）
UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU
人工合成mRNA poly[U] (多聚尿嘧啶）
无细胞体外蛋白质合成系统 蛋白质翻译
Phe Phe Phe Phe Phe Phe Phe
poly[Phe] (多聚苯丙氨酸）
结果：多聚尿嘧啶导致了多聚苯丙氨酸的合成
分析这个实验结果，可以得出什么结论？
UUU密码子编码苯丙氨酸：UUU 苯丙氨酸
奇妙的推理想象，严谨的逻辑推理和严密的实验论证的伟大结晶
• 美国科学家Nirenberg 和Khorana：1968 年诺贝尔生理与医学奖
• 获奖成就：破译了20种氨基酸的全部遗传 密码
III 遗传密码的破译具有什么样的生物学 意义？
• 遗传密码的破译，是生物学史上一个重大 的里程碑
• 遗传密码的通用性：
UCU可能编码丝氨酸，也可能编码亮氨酸！ CUC可能编码丝氨酸，也可能编码亮氨酸！
问题4：UCU 究竟编码丝氨酸还是编码亮氨酸？
美国科学家Nirenberg ： 核糖体结合技术 （Ribosome binding technique）
[14C] Phe-tRNA (碳14标记的苯丙氨酰tRNA)
AAGAAGAAGAAGAAGAAGAAG Translation in vitro
Three homopolypeptide(同型多肽): poly(Lys) poly(Glu) poly(Arg)
Three possible codons: AAG, AGA, GAA
Question: Which codon codes for Lys?
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
人工合成mRNA poly[A] (多聚腺嘌呤）
无细胞体外蛋白质合成系统
Lys Lys Lys Lys Lys Lys Lys Lys poly[Lys] (多聚赖氨酸）
分析这个实验结果，可以得出什么结论？ AAA密码子编码赖氨酸
提出了一种破译密码子的研究思想和方法：人工合成mRNA和蛋白质体外合成
Why?
逻辑推理过程：
UUU编码苯丙氨酰tRNA携带的苯丙氨酸 UUU密码子能够使碳14标记的苯丙氨酰tRNA结合到核糖体上
结合了核糖体的苯丙氨酰tRNA分子量体积变大，因而不能通过滤膜
滤膜上有碳14放射性标记
逻辑推理过程： UUU密码子促使苯丙氨酰tRNA 结合到核糖体上
UUU密码子编码 苯丙氨酸
2020/6/7
• 这个人造生命被称为“人造儿”(synthia) ，它是人类科学史上一个革命性的成果， 为今后人造微生物的应用研究铺平了道路 。
• 在未来，人类也许能够建立微生物“制造 厂”，制造出微生物药剂、微生物燃料， 以及能够分解污染物的微生物“清洁工”
2020/6/7
• 然而，科学的发展总是一把双刃剑。道德 主义者指责制造人工生命是“渎神”，是 “藐视生命”。
20种氨基酸字母组成的 蛋白质语言
• 翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻 译为蛋白质的氨基酸序列：图纸与建筑物
• 碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
• 遗传密码包含的基本信息： 决定了碱基与 氨基酸之间的对应关系
II 遗传密码是如何被破译的？
• 还原当年科学家对这个科学问题的研究历程和研 究思路：前人科学家是如何解决上述关键科学问 题的？
Transcription
DNA
RNA
Protein
Replication
Translation
Genetic information transfer from polynucleotide chain into polypeptide chain
2020/6/7
The language of mRNA: four alphabet (A,G,C,U) translation