高中生物4.3遗传密码的破译课件集合必修2补充4.3遗传密码的破译.ppt

第三节 遗传密码的破译,第一套密码子的诞生,1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系，做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256种氨基酸(44=256)，以此类推Gamov认为只有43=64这种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能满足于20种氨基酸编码的最小数而44=256以上虽能保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的1961年，Brenner和Grick根据DNA链与蛋白质链的共线性(colinearity)，首先肯定了三个核苷酸的推理随后的实验研究证明上述假想是正确的破译密码的研究先后由三个实验逐步发展了四种破译方法，于1965年完成1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的poly 开创了破译遗传密码的先河。

1961年，美国NIH的Nirenberg和Mathaei，设想:即然mRNA有刺激无细胞系统中的蛋白质合成作用，加入人工合成的多聚核苷酸亦将会有这种促进作用按此设想，他们合成了polyU作为模板，以观察无细胞系统中蛋白质合成速率结果出乎意料，合成的肽链中的氨基酸残基全部是苯丙氨酸，即polyPhe于是第一次确认了UUU是Phe的密码子这样，就在一个偶然的机会开创了破译密码的工作 随后，他们又以polyA和polyC为模板，证明了分别可指导合成polyLys和polyPro，即确定了AAA是Lys的密码子，CCC是pro的密码子但是类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核糖体结合2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码子中碱基组成的测定： 1963年，Speyer和Ochoa等发展了用两个碱基的共聚物破译密码的方法例如，以A和C原料，合成polyACpolyAC含有8种不同的密码子:CCC、CCA、CAA、AAA、AAC、ACC、ACA和CAC各种密码子占的比例随着A和C的不同而不同， 实验显示AC共聚物作模板翻译出的肽链由六种氨基酸组成，它们是Asp，His，Thr，Pro，和Lys，其中Pro和Lys的密码子早先已证明分别是CCC和AAA。

根据共聚物成份不同的比例和翻译产物中氨基酸比例亦不同的关系，Speyer等确定了Asp、Glu和Thr的密码子含2AlC;His的密码子含1A2C;Thr的密码子也可以含1A2C;Pro为3C或1A2C;Lys为3A 但上述方法不能确定A和C的排列方式，而只能显示密码子中碱基组成及组成比例3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结合： Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码的新方法，即tRNA与确定密码子结合实验该方法利用了如下事实:在缺乏蛋白质合成所需的因子的条件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能与核糖体-mRNA复合物结合最重要的是这种结合并不一定需要长的mRNA分子，而三核苷酸实际上就可以与核糖体结合 例如，当polyU与核糖体混合时，仅有Phe-tRNA(苯丙氨酰-tRNA)与之结合;相应地Pro-tRNA(脯氨酰-tRNA)特异地与polyC结合还有GUU可促进Val-tRNA(缬氨酰-tRNA)结合，UUG促进Leu-tRNA(亮氨酰-tRNA)结合等 虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可按设想的序列合成，但并不是全部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合并不象UUU或GUU等那样有效，以致不能确定它们是否能为特异的氨基酸编码。

4)用重复共聚物(repeating copolymers)破译密码： Nishimura，Jones，和Khorana等人应用有机化学和酶学技术，制备了已知的核苷酸重复序列蛋白质在核糖体上的合成可以在这些有规律的共聚物的任一点开始，并把特异的氨基酸参入肽链 使用共聚物构成三核苷酸为单位的重复顺序，如(AAG)n，它可合成三种类型的多肽:polyLys、polyArg和polyGlu，即AAG是Lys的密码子，AGA是Arg的密码子，GAA是Glu的密码子又如（AUC)n序列是polyIle、polySer和polyHis的模板如此至1965年破译了所有氨基酸的密码子第二套密码子的破译,第二套密码系统的实验证据tRNA分子上某些（个）碱基对能决定tRNA的特异性 1984年，Prather等发现突变的赖氨酸tRNA(tRNALys)不仅保留对Lys的特异性，而且也能携带丙氨酸(Ala)或甘氨酸(Gly)这个突变的误义抑制子tRNALys是在氨基酸接受柄螺旋区的G3 C70被G3 U70碱基对所取代 更为直接的证据是二年前Normanly等的实验显示，取代亮氨酸tRNA(tRNALeu)中的12个碱基(无反密码子碱基的取代)，能够使tRNALeu转变为丝氨酸tRNA(tRNASer)。

由此可见，反密码子在决定tRNA的特异性并非是唯一的关键。