《《遗传密码》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《遗传密码》PPT课件.ppt（27页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六节第六节 遗传密码与蛋白质的翻译遗传密码与蛋白质的翻译一、遗传密码一、遗传密码遗传密码遗传密码(genetic code)：是生物蛋白质合成的密码，：是生物蛋白质合成的密码，是遗传信息的单位，由是遗传信息的单位，由A、U、C、G组成。组成。遗传密码又是如何翻译呢遗传密码又是如何翻译呢?首先是以首先是以DNA的一条链为模板合成与它互补的的一条链为模板合成与它互补的mRNA，根据碱基互补配对的规律，根据碱基互补配对的规律，在这条在这条mRNA链链上，上，A变为变为U，T变为变为A，C变为变为G，G变为变为C。因此，这条因此，这条mRNA上的遗传密码与非模板上的遗传密码与非模板DNA链链是一样的
2、，所不同的只是是一样的，所不同的只是U代替了代替了T。然后再由然后再由mRNA上的遗传密码翻译成多肽链中的氨基酸序列。上的遗传密码翻译成多肽链中的氨基酸序列。（一）密码子与氨基酸（一）密码子与氨基酸DNA 分子碱基只有分子碱基只有4 种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有20 种；种；碱基与氨基酸之间不可能一一对应关系。碱基与氨基酸之间不可能一一对应关系。14 1=4 种种：缺：缺16 种氨基酸；种氨基酸；24 2=16 种种：比现存的：比现存的20 种氨基酸还缺种氨基酸还缺4 种；种；34 3=64 种种：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成64 种组合，
3、种组合，20 种氨基酸多出种氨基酸多出44 种。种。简并简并(degeneracy）：一个氨基酸由一个或一个以上的三联一个氨基酸由一个或一个以上的三联体密码所决定的现象。体密码所决定的现象。三联体或密码子三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。（二）遗传密码字典（二）遗传密码字典每一每一个个三三联联体密体密码码所翻所翻译译的的氨氨基酸是什基酸是什么么呢呢?？从从1961 年开始，在大量试验的基础上，分别利用年开始，在大量试验的基础上，分别利用64 个已知三联体密码，找到了相对应的氨基酸。个已知三联体密码，找到了相对应的氨基酸。19661967 年，
4、已全部完成了整套遗传密码的字年，已全部完成了整套遗传密码的字典，如典，如UGG 为色氨基酸。为色氨基酸。遗传密码字典遗传密码字典（三）遗传密码的基本特征（三）遗传密码的基本特征1遗传密码为三联体：遗传密码为三联体：三个碱基决定一种氨基酸；三个碱基决定一种氨基酸；61 个为有意密码，个为有意密码，起始密码为起始密码为GUG、AUG(甲硫氨酸甲硫氨酸)；3 个为无意密码，个为无意密码，UAA、UAG、UGA 为蛋白质合成为蛋白质合成终止终止信号。信号。2.遗传密码间不能重复利用遗传密码间不能重复利用:在一个在一个mRNA 上每个碱基只属于一个密码子；上每个碱基只属于一个密码子；均以均以3 个一组的
5、形成氨基酸密码。个一组的形成氨基酸密码。3.遗传密码间无逗号：遗传密码间无逗号：AUG GUA CUG UCA .甲硫氨甲硫氨 酸缬氨酸缬氨 酸亮氨酸酸亮氨酸 丝氨酸丝氨酸密码子与密码子之间无逗号密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直，按三个三个的顺序一直阅读下去，不漏不重复。阅读下去，不漏不重复。如果中间某个如果中间某个碱基增加或缺失碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺后，阅读就会按新的顺序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一样样(称为称为移码突变移码突变)。AUG UAC UGU CA甲硫氨酸甲硫氨酸 酪氨酸酪氨酸 半胱氨酸半胱氨
6、酸.简并现象：简并现象：色氨酸色氨酸(UGG)和甲硫氨酸和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密码；其例外，仅一个三联体密码；其余余氨基酸都有一种以上的密码子。氨基酸都有一种以上的密码子。4简并性：简并性：.61 个为有意密码，起始密码为个为有意密码，起始密码为GUG、AUG(甲硫氨酸甲硫氨酸)。3 个为无意密码，个为无意密码，UAA、UAG、UGA 为蛋白质合成终止为蛋白质合成终止信号。信号。.简并现象的意义简并现象的意义：（生物遗传的稳定性）：（生物遗传的稳定性）同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。如：如：UCU UCC 或或UCA 或或UC
7、G，均为丝氨酸。，均为丝氨酸。5遗传密码的有序性：遗传密码的有序性：决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个密码子中，密码子中，第第1 个和第个和第2 个碱基的重要性大于第个碱基的重要性大于第3 个碱基，个碱基，往往只是最后一个碱基发生变化。往往只是最后一个碱基发生变化。例如：例如：脯氨酸（脯氨酸（pro）：）：CCU、CCA、CCC、CCG。在整个生物界中，从病毒到人类，在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码通用。遗传密码通用。构成构成4 个基本碱基符号个基本碱基符号所有氨基酸所有氨基酸所有所有蛋白质蛋白质生物种类、生物体性状。生物种类、生物体
8、性状。1980 年以来发现：年以来发现：具有自我复制能力的线粒体具有自我复制能力的线粒体tRNA(转移核糖核酸转移核糖核酸)在阅读个别密码子时有在阅读个别密码子时有不同的翻译方式。不同的翻译方式。如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体。如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体。6通用性：通用性：二、蛋白质的合成二、蛋白质的合成遗传信息贮存于遗传信息贮存于DNA里，由里，由DNA所含的碱基序列决定氨基所含的碱基序列决定氨基酸序列的过程即蛋白质的合成过程，酸序列的过程即蛋白质的合成过程，也就是基因的表达过程，也就是基因的表达过程，实际上包括实际上包括遗传信息的转录和翻译遗传信息的转录和翻译两个步骤。两个步骤
9、。蛋白质的蛋白质的合成合成，也就是遗传信息的，也就是遗传信息的翻译过程翻译过程。翻译翻译就是就是mRNA携带着转录的携带着转录的遗传密码遗传密码附着在附着在核糖体核糖体(ribosome)上，把由上，把由tRNA运来的各种运来的各种氨基酸氨基酸，按照，按照mRNA的的密码顺序密码顺序，相互联结起来成为，相互联结起来成为多肽链多肽链，并进一步，并进一步折叠折叠成为立成为立体的蛋白质分子的过程。体的蛋白质分子的过程。(一一)核糖体核糖体 核糖体是合成蛋白质的中心，核糖体是合成蛋白质的中心，是是rRNArRNA与核糖体与核糖体蛋白结合起来的小颗粒。蛋白结合起来的小颗粒。核糖体包含大小不同的两个亚基核
10、糖体包含大小不同的两个亚基，由镁离子，由镁离子Mg+Mg+结合起来的三维结构，结合起来的三维结构，一般呈不倒翁形一般呈不倒翁形(图图3 329)29)。原核生物与真核生物原核生物与真核生物核糖体核糖体的区别：的区别：区别区别原核生物原核生物真核生物真核生物大亚基大亚基50S60S小亚基小亚基30S40SrRNA大亚基：大亚基：5S、23S小亚基：小亚基：16S大亚基：大亚基：5S、5.8S、28S小亚基：小亚基：18S多肽多肽大亚基：大亚基：31小亚基：小亚基：21大亚基：大亚基：49小亚基：小亚基：33(二二)在在核糖体核糖体上合成蛋白质上合成蛋白质 蛋白质的合成，分蛋白质的合成，分链的起始
11、链的起始、延伸延伸和和终止终止三个阶段介绍。三个阶段介绍。1、多肽链的起始、多肽链的起始可溶性蛋白起始因子首先甲酰化甲硫氨酰首先甲酰化甲硫氨酰tRNAtRNA与起始因子与起始因子IF2IF2结合结合形成第一个复合体。形成第一个复合体。同时，核糖体小亚基与同时，核糖体小亚基与IF3IF3和和mRNAmRNA结合形成第二结合形成第二个复合体。个复合体。二个复合体在起始因子二个复合体在起始因子IF1IF1和一分子和一分子GDPGDP的作用的作用下，形成一个完整的下，形成一个完整的30S30S起始复合体起始复合体。fMet-tRNAfMet-tRNA识别起始密码子识别起始密码子AUGAUG，进入，进入
12、核糖体的核糖体的P P位，释放出位，释放出IF3IF3。最后与。最后与50S50S大亚基结合，大亚基结合，形成完整的形成完整的70S70S核糖体核糖体，同时释放出同时释放出IF1IF1和和IF2IF2，完成肽链的起始，完成肽链的起始 多多肽肽链链的的延延伸伸在转肽酶的催化下，在在转肽酶的催化下，在A A位位的氨基酰的氨基酰tRNAtRNA上的氨基酸残上的氨基酸残基与在基与在P P位位上的氨基酸的碳末端间形成多肽键。上的氨基酸的碳末端间形成多肽键。核糖体向前移一个三联体密码，原来在核糖体向前移一个三联体密码，原来在A A位的多肽位的多肽tRNAtRNA转入转入P P位，而原在位，而原在P P位的
13、位的tRNAtRNA离开核糖体。离开核糖体。fMet-tRNAfMet-tRNA结合在结合在P P位位多肽链的终止：多肽链的终止：当多肽链的延伸遇到当多肽链的延伸遇到UAAUAA、UAGUAG和和UGAUGA等终止密码子进等终止密码子进入核糖体的入核糖体的A A位时，多肽链的延伸就不再进行。位时，多肽链的延伸就不再进行。多聚核糖体提高蛋白质的合成效率：多聚核糖体提高蛋白质的合成效率：多聚核糖体：多聚核糖体：指一条指一条mRNAmRNA分子同时结合多个核糖体，分子同时结合多个核糖体，形成一串核糖体的现象。形成一串核糖体的现象。这样，多个核糖体可以同时翻译一个这样，多个核糖体可以同时翻译一个mRN
14、AmRNA分子，这就分子，这就大大提高了蛋白质合成的效率。大大提高了蛋白质合成的效率。翻译翻译：就是就是mRNA携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上，携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上，把把tRNA运来的各种氨基酸，按照运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。三、中心法则及其发展三、中心法则及其发展1中心法则：中心法则：遗传信息从遗传信息从DNA mRNA 蛋白质的转录和翻译，蛋白质的转录和翻译，以及遗传信息从以及遗传信息从DNA DNA 的复制过程。的复制过
15、程。从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。2中心法则的发展：中心法则的发展：.RNA 的反转录的反转录RNA 肿瘤病毒：肿瘤病毒：反转录酶，以反转录酶，以RNA 为模板来合成为模板来合成DNA。如：如：HIV 病毒病毒RNA 经反转录成经反转录成DNA，然后整合到人，然后整合到人类染色体中。对于遗传工程上基因的酶促合成、致癌机理类染色体中。对于遗传工程上基因的酶促合成、致癌机理研究有重要作用。增加中心法则中遗传信息的原有流向，研究有重要作用。增加中心法则中遗传信息的原有流向，丰富了中心法则内容。丰富了中心法则内容。大部分大部分RNA 病毒还
16、可以把病毒还可以把RNA 直接复制成直接复制成RNA。.RNA 的自我复制的自我复制.DNA 指导的蛋白质合成指导的蛋白质合成60 年代中期，年代中期，McCarthy 和和Holland：试验体系中加入抗生素等，变性的单链试验体系中加入抗生素等，变性的单链DNA 在离体条在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。本章小结本章小结1 1DNA DNA 是主要的遗传物质：是主要的遗传物质：间接证据间接证据(4(4 个个)直接证据直接证据(3(3 个个)2 2核酸的化学结构：核酸的化学结构：DNA DNA 的分子结构，双螺旋结构，自我复制。的分
17、子结构，双螺旋结构，自我复制。3.3.染色体的分子结构：染色体的分子结构：原核生物染色体结构模型；原核生物染色体结构模型；其染色体就是一条其染色体就是一条DNA DNA 分子分子；真核生物染色体的折叠模型真核生物染色体的折叠模型:每条染色体含有每条染色体含有2 2 条染色质线条染色质线。4DNA 的复制：的复制：DNA DNA 的半保留复制；的半保留复制；真核生物与原核生物真核生物与原核生物DNA 合成的区别合成的区别区别区别原核生物原核生物真核生物真核生物DNA 合成的时期合成的时期整个细胞生长过程整个细胞生长过程细胞周期的细胞周期的S 期期复制起点数复制起点数单个单个多个多个RNA 引物长
18、度引物长度1060 核苷酸核苷酸10 核苷酸核苷酸风崎片段长度风崎片段长度10002000 核苷酸核苷酸100150 核苷酸核苷酸前导链与后随链前导链与后随链的合成的合成聚合酶聚合酶III 同时控制同时控制聚合酶聚合酶控制前导链控制前导链聚合酶聚合酶控制后随链控制后随链5RNA 的转录及加工：的转录及加工：三种三种RNA 分子；分子；区别区别 RNA 的合成的合成 DNA 的合成的合成 所用的原料所用的原料 核苷三磷酸核苷三磷酸 脱氧核苷三磷脱氧核苷三磷酸酸 模板数目模板数目 一条一条DNA 链链 二条二条DNA 链链 引物引物 不需要不需要 引物的引导引物的引导 RNA 聚合酶聚合酶 一种酶
19、一种酶 三种酶三种酶 RNA、DNA 合成的区别；合成的区别；真核生物真核生物RNA 转录后的加工转录后的加工5端戴帽；端戴帽；3端加尾；端加尾；内含子剪切。内含子剪切。真核生物中真核生物中mRNA 前体的成熟过程前体的成熟过程:切除内含子，衔接外显子。切除内含子，衔接外显子。6.6.遗传密码与蛋白质的翻译：遗传密码与蛋白质的翻译：遗传密码：指三联体，它是遗传信息的记录；遗传密码：指三联体，它是遗传信息的记录；遗传信息：核苷酸一定的排列顺序；遗传信息：核苷酸一定的排列顺序；三联体：由三个碱基决定一个氨基酸的密码子；三联体：由三个碱基决定一个氨基酸的密码子；简并：一个以上三联体密码决定一个氨基酸
20、的现象；简并：一个以上三联体密码决定一个氨基酸的现象；中心法则中心法则及其发展。及其发展。习题习题1.1.指出下面指出下面这这段段DNADNA转录转录成成mRNAmRNA是什么？反密是什么？反密码码子是什子是什么？翻么？翻译译出来的出来的肽链肽链是什么？是什么？3/TACAATGGCCCTTTTATC 5/5/ATGTTACCGGGAAAATAG 3/mRNA 5/AUGUUACCGGGAAAAUAG 3/反密码子：反密码子：UAC,AAU,GGC,CCU,UUU,AUC1细菌的转化：细菌的转化：格里费斯格里费斯(1928)：肺炎双球菌定向转化试验。：肺炎双球菌定向转化试验。阿委瑞阿委瑞(Avery O.T.,1944)试验：用生物化学方法试验：用生物化学方法证明结论：证明结论：遗传物质遗传物质DNA 是转化因子是转化因子。2噬菌体的侵染与繁殖噬菌体的侵染与繁殖赫尔歇(Hershey)等用同位素32 P 和35 S 验证DNA 是遗传物质是遗传物质。3烟草花叶病毒的感染和繁殖烟草花叶病毒的感染和繁殖结论：结论：提供提供RNA 的亲本决定了其后代的的亲本决定了其后代的RNA 和蛋白质和蛋白质。DNA 是主要的遗传物质的直是主要的遗传物质的直接证据：