遺傳密碼的破譯

遺傳密碼的破譯

1DNA蛋白質(zhì)mRNA23

mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序的？mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對(duì)應(yīng)的？

4mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？假設(shè)：1個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，情形如何？2個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，情形如何？3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，情形如何？4個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，情形如何？5上世紀(jì)50～60年代，DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在T4噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。

克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn)

6THEFATCATATETHEBIGRAT試著插入或刪去其中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)字母，看后面的語(yǔ)意會(huì)有什么變化？類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，信使RNA上的每三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸”。71961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)胞溶液，建立了一種利用人工合成的RNA在試管里合成多肽鏈的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼，即UUU-苯丙氨酸。如果是你，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)破譯遺傳密碼？尼倫伯格(Nirenberg)和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn)

8上述方法只能破譯AAA是賴氨酸的密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子，GGG是甘氨酸的密碼子，UUU是苯丙氨酸的密碼子。只能確定4種氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。9由于當(dāng)時(shí)還未分離RNApol酶，無(wú)法按設(shè)計(jì)的模板來(lái)合成RNA，但除了UUU,CCC,AAA,GGG以外，還必須破譯其它的密碼，Nirenberg又想出了一種新的方法，就是按一定的堿基比例來(lái)合成RNA。比如在底物中加5份的UDP和1份的GDP，堿基比為U：G＝5：1，它們能組成的三聯(lián)體不外乎8種：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。U和G將隨機(jī)地加入到三聯(lián)體中，這樣按比例各個(gè)位置上進(jìn)入U(xiǎn)和G的概率不同，如UUU：UGG＝（5

5

5）：（5

1

1）＝25：1；同理UUU：UUG＝5：1，根據(jù)這樣的推測(cè)，在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中以這種比例合成的mRNA產(chǎn)生的氨基酸的比例也應(yīng)是相應(yīng)的，這樣可以推測(cè)出密碼子的組成。如氨基酸測(cè)定結(jié)果：苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：纈氨酸（GUU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GGU）＝24：1苯丙氨酸的密碼子是已知的，由3個(gè)U組成。那么半胱氨酸一定是由2個(gè)U，1個(gè)G組成；纈氨酸同樣如此；甘氨酸應(yīng)是由一個(gè)U兩個(gè)G組成。結(jié)果搞清了各種氨基酸的堿基組成，但是無(wú)法判斷其具體序列。10尼倫伯格(Nirenberg)的新突破

－－三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理：（1）tRNA和氨基酸及三聯(lián)體的結(jié)合是特異的；（2）上述結(jié)合的復(fù)合體大分子是不能通過(guò)硝酸纖維濾膜（NC）的微孔，而tRNA-氨基酸的復(fù)合體是可以通過(guò)的。11先發(fā)現(xiàn)當(dāng)簡(jiǎn)單的特定的核苷酸加入到E.coli的核糖體上時(shí)，它們并不促使蛋白質(zhì)的合成，而引起了特定的tRNA及其攜帶的氨基酸結(jié)合到核糖體上，形成大的復(fù)合體。因此他們每次在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中僅加一種已知序列的三聯(lián)體RNA（如ACA），同時(shí)在氨基酸中只用14C標(biāo)記一種氨基酸（如絲氨酸）。若ACA進(jìn)入核糖體后，與其結(jié)合tRNA上攜帶的不是所標(biāo)記的絲氨酸，那么tRNA和絲氨酸就會(huì)從NC上透過(guò)，所以通過(guò)測(cè)定透過(guò)NC的tRNA-aa復(fù)合體是否帶有標(biāo)記，就可判定結(jié)果。121966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一種新的RNA合成方法，通過(guò)這種方法合成的RNA可以是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長(zhǎng)鏈，以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說(shuō)明蘇氨酸的密碼子可能是ACA，也可能是CAC；同樣，組氨酸的密碼子可能是CAC，也可能是ACA。霍拉納（Khorana)的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn)

13實(shí)驗(yàn)思想和推理思維的完美結(jié)合當(dāng)重復(fù)序列為（UC）n時(shí)，組成的重復(fù)RNA無(wú)論怎么閱讀，只可能是UCU-CUC，翻譯的多肽也是由絲氨酸和亮氨酸之間排列的序列。當(dāng)重復(fù)序列為(UUC)n時(shí)，無(wú)論怎么閱讀，都只產(chǎn)生三種多聚氨基酸，即絲,亮和苯丙。再看第三行重復(fù)序列（UUAC）n，無(wú)論怎么讀法，只會(huì)是四個(gè)密碼子的循環(huán)；UUA－CUU－ACU－UAC，但合成的肽鏈中氨基酸三種，－亮-亮-蘇-酪。你能分析嗎？14霍利（Holley)的貢獻(xiàn)什么是細(xì)胞內(nèi)翻譯遺傳密碼的機(jī)制？霍利著手解決這個(gè)問(wèn)題并取得了成功。有一類特別的核酸，稱為轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，霍利就是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的發(fā)現(xiàn)者之一。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA能讀出遺傳密碼，并將它翻譯成蛋白質(zhì)字母系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年工作，霍利成功地制備了一種純的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，最后于1965年搞清其準(zhǔn)確的化學(xué)結(jié)構(gòu)?；衾墓ぷ鞅砻鳎猩飳W(xué)活性的核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)首次得到完全測(cè)定。

15將多核苷酸鏈分裂為幾個(gè)小片段，然后確定小片段在RNA分子中的次序，從而重建原先的核苷酸序列。16

1968年，霍利、霍拉納、尼倫伯格因?qū)z傳密碼的解釋及其在蛋白質(zhì)合成中功能的揭示而共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)。17請(qǐng)認(rèn)真閱讀密碼子表，分析回