分子生物学（杨建雄）9.蛋白质的生物合成.pptVIP

由于Nirenberg和Khorana在遗传密码破译方面所做出的贡献，他们同测出酵母Ala-tRNA一级结构的Holley分享了1968年的诺贝尔生理学或医学奖。 9.3 遗传密码的特性 9.3.1 遗传密码是连续排列的三联体 mRNA中的4种碱基组成的密码子代表了20种氨基酸，同时决定了翻译过程的起始与终止位置。每个密码子三联体(triplet)决定一种氨基酸，两种密码子之间无任何核苷酸或其它成分加以分离，即遗传密码是连续排列的三联体。其基本单位是按照5→3方向编码、不重叠、无标点的三联体密码子。AUG为甲硫氨酸兼起始密码子。终止密码子是UAA、UAG及UGA。要正确阅读密码，必须从起始密码子开始，按照可读框连续读下去，直到遇到终止密码子。如插入或者删除一个核苷酸，就会使得以后的读码发生错位，发生移码突变（frame-shift mutation）。mRNA从5-端到3-端的核苷酸排列顺序就决定了多肽链中从N端到C端的氨基酸排列顺序。 研究证明，在绝大多数生物中，基因是不重叠的，即使在重叠基因中，各自的可读框仍按三联体方式连续读码。 9.3.2 起始密码与终止密码 绝大多数生物体以AUG为起始密码子，同时也是Met的密码子。在原核细胞中，AUG有两个tRNA：起始tRNA，即Met-tRNAiMet与起始因子IF2作用形成30S复合物。中间tRNA即Met-tRNAMet与延长因子EF-Tu作用，使Met进入mRNA的内部AUG。少数细菌用GUG做起始码（在起始位点编码fMet，在密码表中编码Val）。在E. coli中GUG起始频率为AUG的1/30。真核生物偶尔用CUG作起始Met的起始密码子，有时也以UUG、AUU为起始密码子，但使用频率更低。 UAA，UAG，UGA是终止密码，不代表任何氨基酸，也称无意义密码子。UAA为褐石型密码子（ochre codon），UAG为琥珀型密码子（amber codon）；UGA为蛋白石型密码子（opal codon）。UAA终止效率最高，UGA次之，UAG最低。原核细胞的RF1识别UAA、UAG；RF2识别UAA、UGA。UAG容易被读通，有的基因有时连用2个、甚至3个终止密码子以强化终止，保证翻译到此终止，不致产生超长蛋白质。 9.3.3 遗传密码的简并性 遗传密码的简并性(degeneracy)是指一种氨基酸有几个密码子的现象。除Trp和Met只有1个密码子外，其它氨基酸均有1个以上的密码子，对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子（synonymous codon）。 简并性具有重要的生物学意义，它可以减少有害突变。如每种氨基酸只有一个密码子，61个氨基酸中只有20个是有意义的，各对应一种氨基酸，剩下的密码子无氨基酸对应。当读到这里时会使肽链合成终止。由基因突变而引起肽链合成终止的概率也会大大提高。简并性使得即使密码子中碱基有变化，仍然能编码原来氨基酸的概率会大大提高。密码的简并性也使得DNA分子上碱基组成有较大余地的变动。比如，细菌DNA中G + C含量变动较大，但不同G + C含量的细菌却可以编码出相同的多肽链。所以简并性在物种的稳定性上起着重要的作用。 简并性除了能降低突变所造成的损害外，还可减少所需的tRNA种类。密码子共有64种，但并不需64种tRNA。密码子的专一性主要由前两个碱基决定，而后一个碱基的作用有限，这对保证物种稳定性有一定意义，并可以减少突变的发生。但并不是所有的简并性都是前两个核苷酸相同，如有6个密码子的Leu、Arg、Ser的前两个核苷酸并不全都相同。 氨基酸的密码子数目与该氨基酸残基在蛋白质中的使用频率有关，越是常见的氨基酸其密码子越多，但它们之间并无严格的对应关系。由于遗传密码是在生命起源的早期形成的，所以即使密码子数目与其在蛋白质中的使用频率有关，也应该对应于原始蛋白质中氨基酸的出现频率。 9.3.4 遗传密码的变偶性 如前所述，遗传密码的简并性主要表现在第三位碱基上，如甘氨酸的密码子是GGU、GGC、GGA、GGG，丙氨酸的密码子是GCU、GCC、GCA、GCG。前两位碱基相同，只是第三位不同。甚至有的氨基酸只有两个密码子，一般第三个碱基或者是嘧啶，或者是嘌呤。例如，天冬氨酸的密码子GAU、GAC，第三位皆是嘧啶。显然，遗传密码的专一性主要取决于前两位的碱基。密码子的第三位碱基具有较大的灵活性。与此对应的，反密码子的第一位碱基与密码子的第三位碱基的配对可以在一定范围内变动。即密码子和反密码子的配对具有摆动性，称为遗传密码的变偶性（wobble）。