基因控制蛋白质的合成

基 因 控 制 蛋 白 质 的 合 成 什 么 是 遗 传 信 息 ? 密 码 子 是 什 么 ? 反 密 码 子 是 什 么 ? 它 们 之 间 有 什 么 区 别 和 联 系 ? 问 题mRNA只 有 4种 碱 基 ， 而 组 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 有 20种 ， 这 4种碱 基 是 怎 么 决 定 蛋 白 质 的 20种 氨 基 酸 呢 ？ 如 果 1个 碱 基 决定 一 个 氨 基 酸 ， 那 么 4种 碱 基 只 能 决 定 4种 氨 基 酸 ， 显 然 这种 组 合 是 是 不 够 的 。如 果 2个 相 邻 碱 基 决 定 一 种 氨 基 酸 ， 最 多 能 编 码 多 少 种 氨 基酸 呢 ？如 果 3个 相 邻 碱 基 决 定 一 种 氨 基 酸 ， 结 果 又 如 何 呢 ？由 上 可 知 几 个 相 邻 的 碱 基 将 决 定 一 个 氨 基 酸 呢 ？ 我 们 能 不 能 通 过 实 验 来 证 明 密 码 子 是 由 三 个 碱 基 构 成 的 呢 ？三 个 碱 基 分 别 是 什 么 呢 ？ 上 世 纪 5060年 代 ， DNA分 子 结 构 的 发 现 者 克 里 克 和 他 的同 事 为 了 这 个 问 题 的 研 究 ， 作 了 大 量 的 实 验 ， 于 1961年 发表 了 他 们 的 研 究 成 果 :T4 噬 菌 体 某 个 基 因 碱 基 的 增 加 或 减少 对 基 因 所 编 码 的 蛋 白 质 有 一 定 影 响 ， 在 相 关 碱 基 序 列 中增 加 或 删 除 一 个 碱 基 ， 无 法 产 生 正 常 功 能 的 蛋 白 质 ； 增 加或 删 除 两 个 碱 基 ， 也 不 能 产 生 正 常 功 能 的 蛋 白 质 ； 但 是 ，当 增 加 或 删 除 三 个 碱 基 时 ， 却 合 成 了 具 有 正 常 功 能 的 蛋 白质 。 为 什 么 会 出 现 这 样 的 结 果 ？ 这 能 作 为 密 码 子 是 由 三 个 碱 基 构 成 的 直 接 证 据 吗 ？ 为 什 么 ？ 比 如 下 面 三 个 字 母 对 应 一 个 汉 字 xin xue shu xin shi yan 新 学 术 新 实 验 从 以 上 能 否 可 以 看 出遗 传 密 码 的 阅 读 方 式 ？ 以 重 叠 方 式 阅 读 还 是以 非 重 叠 的 方 式 阅 读 ？ 1955年 ， 科 学 家 奥 乔 阿 发 现 了 一 种 被 称 为多 聚 核 苷 酸 磷 酸 化 酶 的 生 物 大 分 子 ， 它 能在 试 管 中 催 化 合 成 RNA， 而 不 需 要 DNA作模 板 。 1961年 科 恩 伯 格 和 玛 太 利 用 大 肠 杆菌 研 磨 液 ， 建 立 一 种 利 用 人 工 合 成 的 RNA在 试 管 里 合 成 多 肽 链 的 实 验 系 统 ， 其 中 含有 核 糖 体 等 合 成 蛋 白 质 所 需 的 各 种 成 分 ，利 用 这 个 实 验 系 统 ， 尼 伦 伯 格 和 玛 太 设 计了 一 个 巧 妙 的 实 验 ， 破 译 了 第 一 个 遗 传 密码 UUU， 即 苯 丙 氨 酸 。 依 据 上 述 资 料 ， 想 一 想 ， 实 验 应 该 怎 样 设计 ？ 实 验 前 要 不 要 把 大 肠 杆 菌 破 碎 研 磨 液中 原 有 的 DNA和 mRNA除 去 ， 为 什 么 ？ 问 题 5 合 成 的 RNA可 以 是 2个 、 3个 或 4个 碱 基 为 单 位 的 重 复 序 列 ， 例 如 A、 C两 种 核 苷 酸 缩 合 为 ACACACACAC-长 链 ， 以 它 作 人 工 信 使 进 行蛋 白 质 合 成 ， 结 果 发 现 产 物 是 苏 氨 酸 和 组 氨 酸 的 多 聚 体 。 仅 凭 这 一 组这 种 实 验 能 不 能 得 到 肯 定 的 结 果 ， 为 什 么 ？ RNA的 重 复 序 列 ACACACAC- 翻 译 出 来 的 产 物 是 苏 氨 酸 和 组 氨 酸的 多 聚 体 。 这 个 实 验 结 果 能 不 能 证 明 决 定 一 个 氨 基 酸 的 密 码 子 是 由 相邻 3个 碱 基 组 成 的 而 不 是 2个 或 者 4个 ？ 如 果 与 另 一 组 实 验 如 （ CAA)n结 果 进 行 比 较 ， 会 不 会 找 到 答 案 呢 ？ 已知 （ CAA)n即 CAACAACAACAA-为 信 使 时 ， 蛋 白 质 合 成 产 物 为 谷氨 酰 胺 、 天 冬 酰 胺 和 苏 氨 酸 的 多 聚 体 。 从 以 上 两 个 实 验 可 以 看 出 苏 氨 酸 和 组 氨 酸 的 密 码 子 是 什 么 呢 ？ 问 题 61964年 ， 当 时 人 们 已 经 能 够 在 体 外 合 成 全 部 64种 三 核 苷 酸 分子 （ 长 度 为 3个 碱 基 的 RNA， 如 AGC、 UCC、 UGA等 ） ， 能 制备 出 用 14C标 记 20种 氨 基 酸 。又 知 向 氨 基 酸 溶 液 中 加 入 tRNA分 子 ， 各 种 氨 基 酸 分 别 与 各 自的 tRNA分 子 结 合 ， 在 溶 液 中 形 成 各 种 氨 酰 tRAN（ 即 ： 携 带有 氨 基 酸 的 各 种 tRNA， 如 ： 甘 氨 酸 -RNA、 赖 氨 酸 -RNA等 ） 。氨 酰 tRNA与 核 糖 体 可 以 结 合 成 体 积 较 大 的 复 合 体 ， 当 使 用硝 酸 纤 维 膜 过 滤 时 复 合 体 不 能 通 过 ， 而 没 与 核 糖 体 结 合 的氨 酰 tRNA可 以 通 过 。同 学 们 请 根 据 以 上 知 识 设 计 出 一 种 高 效 破 译 遗 传 密 码 的 方 法 ？ 科 学 家 的 实 验为 了 弄 清 不 同 核 苷 酸 组 成 的 三 联 体 密 码 子 中 核 苷 酸 的 顺 序 ，尼 伦 伯 格 巧 妙 地 设 计 了 另 一 些 试 验 。 他 采 用 的 是 核 糖 体 结 合法 的 新 技 术 。 实 验 仍 是 在 无 细 胞 体 系 中 进 行 。 他 将 人 工 合 成的 三 核 苷 酸 加 入 溶 液 中 ， 结 果 发 现 三 核 苷 酸 已 具 有 人 工 信 使（ 即 mRNA） 的 作 用 。 在 无 细 胞 系 统 中 ， 人 工 合 成 的 三 核 苷 酸可 以 促 进 一 种 特 定 的 tRNA携 带 专 一 的 氨 基 酸 结 合 到 核 糖 体 上 ，生 成 “ 氨 基 酰 tRNA 核 糖 体 ” 结 合 物 。 这 种 结 合 物 不 能 通过 硝 酸 纤 维 滤 膜 ， 而 其 他 未 被 核 糖 体 结 合 的 氨 基 酰 tRNA则能 通 过 滤 膜 。 如 用 带 放 射 性 标 记 氨 基 酸 进 行 反 应 ， 测 定 滤 膜上 放 射 性 强 度 ， 便 可 知 道 某 种 人 工 合 成 的 三 联 体 密 码 与 某 种氨 基 酸 之 间 的 关 系 。 例 如 ， 用 人 工 合 成 的 UUG这 一 “ 微 型mRNA” ， 只 促 进 亮 氨 酸 tRNA与 核 糖 体 结 合 ， 从 而 知 道 UUG是亮 氨 酸 的 密 码 子 ； 用 人 工 合 成 的 UGU试 验 ， 只 促 进 半 胱 氨 酸 tRNA与 核 糖 体 结 合 ， 从 而 知 道 UGU是 半 胱 氨 酸 的 密 码 子 翻 译 请 同 学 们 看 课 本 P7072页 注 意 翻 译 过 程 、 场 所 、 模 板 、 原 料 、 运 载 工 具 、 产 物 等 。 多 肽 合 成 的 过 程 mRNA进 入 细 胞 质 与 核 糖 体 结 合 ； 携 带 甲 硫 氨 酸 或 者 缬 氨酸 的 tRNA进 入 并 识 别 起 始 密 码 子 （ tRNA上 的 反 密 码 子 和mRNA的 密 码 子 配 对 ） ； 携 带 另 一 氨 基 酸 的 tRNA进 入 并 识 别mRNA上 的 下 一 个 密 码 子 。 在 酶 的 作 用 下 ， 甲 硫 氨 酸 被 转 移 并 与 第 二 个 氨 基 酸 缩 合形 成 二 肽 ， 同 时 第 一 个 tRNA脱 离 ， 可 以 重 新 再 去 运 载 氨 基酸 。 核 糖 体 移 动 一 个 密 码 子 的 位 置 ， 等 待 下 一 个 携 带 氨 基 酸的 tRNA。 小 结 游 离 在 细 胞 质 中 的 各 种 氨 基 酸 ， 以 mRNA为 模 板 ，合 成 具 有 一 定 氨 基 酸 序 列 的 蛋 白 质 的 过 程 ， 称 为遗 传 信 息 的 翻 译 。 基 因 表 达 是 在 细 胞 中 完 成 的 。DNA分 子 、 RNA分 子 、 氨 基 酸 分 子 、 核 糖 体 和 线 粒体 等 众 多 的 细 胞 器 一 道 ， 合 作 完 成 遗 个 传 信 息 的转 录 和 翻 译 。 在 组 成 蛋 白 质 的 肽 链 合 成 后 ， 肽 链就 从 核 糖 体 与 mRNA的 复 合 物 上 脱 离 ， 经 过 一 系 列步 骤 ， 被 运 送 到 各 自 的 岗 位 ， 盘 曲 折 叠 成 具 有 特定 空 间 结 构 和 功 能 的 蛋 白 质 分 子 。 练 习 再 见