第三十七章 遗传密码第三十七章 遗传密码

遗传密码的破译遗传密码的破译 Marshall Nirenberg 和 Heinrich Matthaei

建立了大肠杆菌无细胞翻译系统

无细胞抽取物•核糖体•各种 tRNA

•氨基酸•aaRS•ATP, GTP

+ mRNA = 蛋白质

他们使用多聚核苷酸磷酸化酶得到同聚物

破译第一个遗传密码

即 : nNDPs (NMP)n + nPi

在 1961 年， Matthaei 发现，当将 Poly U 加到由他们制备的大肠杆菌无细胞翻译系统中以后，一种仅由苯丙氨酸组成的多肽即多聚苯丙氨酸被合成了，这就意味着他们成功破译出第一个密码子即 UUU 的密码子。

破译其余的遗传密码 在 1964 年，由 Nirenberg 发明的核糖体结合技术使得

遗传密码最终完全得以破译。 核糖体结合技术是建立在两个基本的事实上：一是人

工合成的三聚核苷酸可以作为模板；二是在无 GTP 时，三聚核苷酸可以促进同源的氨酰 -tRNA 结合在核糖体上，而不生成蛋白质。这样，利用由核糖体和三聚核苷酸及其同源的氨酰 -tRNA 形成的三元复合物能被硝酸纤维素滤膜吸附的性质，可将结合的氨酰 -tRNA 与其它没有结合的氨酰 -tRNA 分开。通过分析结合在硝酸纤维素滤膜上的氨酰 -tRNA 上氨基酸的性质和原来的三聚核苷酸序列可以弄清某种氨基酸的密码子。如使用 GGG 作为模板，则放射性标记的甘氨酰 -tRNA能够结合到核糖体上，这样就破译出甘氨酸的密码子是 GGG 。同样利用其它已知序列的三聚核苷酸作为模板可以破译出更多的遗传密码。综合以上的结果， Nirenberg 最终完全破译出 20 种氨基酸所有的三联体密码。

19AAs + [14C]-Pro + aaRSs

使用 NC滤膜过滤

放射性在滤出液

19AAs + [14C]-Phe + aaRSs

使用NC滤膜过滤

放射线留在滤膜上

遗传密码的主要性质 简并与兼职 密码子的选定不是随机的 通用和例外 不重叠 无标点 同一种氨基酸的不同密码子使用的频率

不尽相同

线粒体内遗传密码的例外

生物来源 密码子UGA AUA AGA， AG

GCUN CCG

标准遗传密码脊椎动物果蝇啤酒酵母圆酵母裂殖酵母线状真菌锥体虫高等植物

终止TrpTrpTrpTrpTrpTrpTrp终止

IleMetMetMetMetIleIleIleIle

Arg终止SerArgArgArgArgArgArg

LeuLeuLeuThrThrLeuLeuLeuLeu

ArgArgArgArg无

ArgArgArgTrp

摆动规则摆动规则 摆动规则由 Crick 于 1966 年提出，用来解释一种 tRNA

反密码子如何能够识别一种氨基酸的几个同义密码子以及某些含有稀有碱基（如次黄嘌呤）的反密码子是怎样识别由正常碱基构成的密码子的现象。该规则的内容是：密码子在与反密码子之间进行碱基配对的时候，前两对碱基严格遵守标准的碱基配对规则，第三对碱基则具有一定的自由度。但并非任何碱基之间都可以配对，当反密码子第一位碱基是 A 或 C 者，只能识别一种密码子；第一位碱基是 G 或 U 者，则能识别两种密码子；第一位碱基是 I 者，则能识别三种密码子。

摆动规则的意义在于使得在翻译的过程中， tRNA 和 mRNA 更容易分离。

摆动规则

反密码子第一个碱基 密码子第三个碱基

ACGUI

UG

C 、 UA 、 G

A 、 C 、 U