正文 第33章蛋白質的生物合成(1 / 3)

蛋白質是生命活動的重要物質基礎,要不斷地進行代謝和更新。生物體生命活動的每一個過程都有蛋白質的參與,蛋白質的生物合成是生命現象的主要內容。

經過轉錄,DNA的遺傳信息轉移到了mRNA分子的核苷酸排列順序中,但mRNA也不能直接表現出生命活動的特征,必須進一步將這些信息轉變為具有特定氨基酸序列的蛋白質,才能最終表現出生命活動的特征。

在細胞中,以mRNA為模板,在核糖體、tRNA和多種蛋白因子的共同作用下,將mRNA分子的核苷酸序列轉變為氨基酸序列的過程稱為翻譯。轉錄和翻譯統稱為基因表達。

一、RNA在蛋白質生物合成中的作用

mRNA是合成蛋白質的模板,tRNA是運載各種氨基酸的特異工具,核糖體是蛋白質合成的場所,促使肽鏈生成。各種氨基酸在各自的運載工具(tRNA)攜帶下,按照模板mRNA的要求,在mRNA與多個核糖體組成的多聚核糖體上有秩序地依次相互連接,以肽鍵結合,生成具有一定氨基酸排列順序的蛋白質。

DNA指導不同mRNA的合成。mRNA不同,氨基酸在其肽鏈上的順序也不同,生成的蛋白質也就各不相同,也就是說,mRNA的核苷酸排列順序決定著由它指導合成的蛋白質多肽鏈中氨基酸的排列順序。

1.mRNA與遺傳密碼

(1)mRNA

mRNA是單鏈線性分子,由400~1000個核苷酸組成。mRNA把從細胞核內DNA中轉錄出來的遺傳信息帶到細胞質中的核糖體上,以此為模板合成蛋白質。

mRNA起著傳遞遺傳信息的作用,所以稱為信使核糖核酸。

(2)遺傳密碼

已知組成mRNA的核苷酸有4種,組成蛋白質的氨基酸有20種。那麼mRNA是如何指導氨基酸以正確的順序連接起來呢?現已證明mRNA分子中每3個相鄰的核苷酸編碼一個特定的氨基酸。編碼一個特定氨基酸的三聯體核苷酸稱為三聯體密碼子(簡稱密碼子)。遺傳密碼是指mRNA中的核苷酸排列順序與蛋白質中的氨基酸排列順序的關係。

遺傳密碼是編碼在核酸分子上,由5′→3′方向編碼、不重疊、無標點的三聯體密碼子。

遺傳密碼具有一些共同的特性,主要表現為簡並性、連續性、通用性。

①簡並性

密碼子共有64個,除UAA,UAG,UGA不編碼氨基酸外,其餘61個密碼子負責編碼20種氨基酸。因此,出現了同一種氨基酸有兩個或多個密碼子編碼的現象,這種現象稱為密碼子的簡並性。同一種氨基酸的不同密碼子稱為同義密碼子。在所有氨基酸中隻有色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子,而其他氨基酸都有多個密碼子。

簡並性使得那些即使密碼子中堿基被改變,仍然能編碼原來氨基酸的可能性大為提高。密碼的簡並也使DNA分子上堿基組成有較大餘地的變動,同義密碼子的前兩位堿基是相同的,隻有第三位的堿基不同。如GGU,GGC,GGA和GGG都是甘氨酸的密碼子。所以密碼子的專一性取決於前兩位堿基,第三位堿基起的作用有限。即使第三個堿基發生變化,也能保證翻譯出正確的蛋白質,這對保持物種的穩定、減少有害突變有重要意義。

②連續性

遺傳密碼在mRNA中是連續排列的,相鄰兩個密碼子之間沒有任何核苷酸間隔。在合成蛋白質的多肽鏈時,同一個密碼子中的核苷酸不會被重複閱讀,從起始密碼AUG開始,一個密碼接一個密碼連續地進行翻譯,直到出現終止密碼為止。

③通用性

密碼的通用性指各種高等和低等生物,包括病毒、細菌和真核生物,基本上共用一套遺傳密碼。它充分證明生物界是起源於共同的祖先,也是當前基因工程中能將一種生物的基因轉移到另一種生物中去表達的原因。

密碼的通用性也不是絕對的,例如,在人的線粒體中,AUA和AUG都是甲硫氨酸的密碼;UGA不是終止密碼而是色氨酸的密碼;AGA和AGG編碼終止密碼而不是編碼精氨酸。

2.tRNA的作用

轉運RNA(tRNA)主要功能是識別mRNA上的密碼子和攜帶密碼子所編碼的氨基酸,並將其轉移到核糖體中用於蛋白質的合成。

3.rRNA與核糖體

rRNA和蛋白質結合成核糖體蛋白,簡稱核糖體,是蛋白質合成的場所,能識別參與多肽鏈的啟動、延伸和終止的各種因子,結合並移動含有遺傳信息的mRNA。