第四章-生物信息的传递(下)翻译课件.ppt

第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质1 翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mRNAtRNA20种氨基酸23 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents4一、遗传密码三联子（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden)。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 35（二）三联子密码破译mRNA5AUCGACCUGAGC3420()mRNA5AUCGACCUGAGC342=1620()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420()核苷酸序列氨基酸序列6至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。7（三）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。89减少了变异对生物的影响10编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外11（三）遗传密码的性质2、普遍性与特殊性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。13生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较14（三）遗传密码的性质3、连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。15基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。16从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。17（三）遗传密码的性质4、摆动性转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA上上的的反反密密码码子子需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码子子反反向向配配对对结结合合，在在密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对中中，前前两两对对严严格格遵遵守守碱碱基基配配对对原原则则，第第三三对对碱碱基基有有一一定定的的自自由由度度，可可以以“摆摆动动”，这这种现象称为密码子的摆动性。种现象称为密码子的摆动性。18U摆动配对摆动配对1920密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG21 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents22二、tRNA的结构、功能与种类（一）tRNA的结构tRNA由73-93个核苷酸组成，含大量稀有碱基，如假尿嘧啶核苷()，各种甲基化的嘌呤和嘧啶，二氢尿嘧啶(hU或D)和(T)等。tRNA分子是单股RNA。二级结构：三叶草形2324二、tRNA的结构、功能与种类（一）tRNA的结构 2、三级结构：“L”形氢键252627（二）tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位：3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。与mRNA结合部位反密码子部位2835ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。291、起始tRNA和延伸tRNA（三）tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA（P119）。30P119、P120：真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet312、同工tRNA(cognate RNA)（三）tRNA的种类 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别（P119）。323、校正tRNA（三）tRNA的种类校正无义突变和错义突变。33 无义突变(nonsensemutation)：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。错义突变(missensemutation)：由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。GGA（甘氨酸）AGA（精氨酸）34无义突变3536错义抑制37 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents38三、核糖体的结构与功能（一）核糖体的结构大小两个亚基v核糖体蛋白v核糖体RNA39占总RNA量的80%。原核rRNA主要分为5S、16S、23S三种真核rRNA主要分为5S、28S、5.8S、18SrRNA40核核糖糖体体的的组组成成41原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b31种(L1-L31）含CGAAC和GTCG互补2.5106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合424344三、核糖体的结构与功能（二）核糖体的功能：合成蛋白质45在单个核糖体上，可划分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。8个重要的功能域位点：与mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位A（aminoacyl-tRNA site）大亚基在肽链延长过程中与肽链的结合位点P（peptide site）大亚基空载tRNA离开核糖体的出口位点E(exit site)大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基延伸因子-氨基酰-tRNA-GTP复合体进入核糖体位点(EF-Tu-aa-tRNA-GTP site)肽链转位因子结合位点(EF-G site)核糖体大亚基与5sRNA结合位点(5s RNA site)4647 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质翻译的过程蛋白质翻译的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents48四、蛋白质翻译的过程P126氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工49(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酸的活化：必须在氨基酰-tRNA合成酶（AAtRNA）的作用下先生成活化的氨基酸。50氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet51原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet52第一步反应第一步反应 氨基酸的腺苷酰化氨基酸的腺苷酰化氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 53第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E54 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP55(二)翻译的起始56(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：u30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA ufMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+u翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-35758IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：（P130）1.核蛋白体大小亚基分离592、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-160S-D序列序列 61IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G5362IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G5363IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi64真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为80S；起始因子比较多；mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物；6566metmet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程67 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。(三)肽链的延伸延伸因子(elongationfactor,EF)：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G 真核生物：EF-1、EF-2 681、后续AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗需要消耗GTP，并需，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子两种延伸因子6970通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+EF-Ts EF-Tu-Ts+GDP EF-Tu-Ts+GTP EF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环712、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化723、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子73延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。74fMetA U G53fMetTuGTP7576肽链的延长77原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程（四）肽链的终止78原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 79 RF1：识别终止密码子UAA和UAG 释放因子 RF2：识别终止密码子UAA和UGA RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物释放因子（eRF1和eRF2）80(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除u原核生物的肽链，其N-端不保留fMet，大约半数蛋白由脱甲酰酶脱甲酰酶（deformylase）除去甲酰基，留下Met作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中fMet或者Met一般都要被除去，此是由氨肽酶氨肽酶（aminopeptidase）水解来完成的。水解的过程有时发生在肽链合成的过程中，有时在肽链从核糖体上释放以后。u至于脱甲酰还是除去fMet常与邻接的氨基酸有关。如第二氨基酸是Arg，Asn，Asp，Glu，Ile或Lys以脱甲酰基为主，如邻接的氨基酸是Ala,Gly,Pro,Thr或Val则常除去fMet。812、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH-SH-SH-SH-SH 二硫键氧化823、特定氨基酸的修饰 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化834、切除新生肽链中非功能片段很多的前体蛋白要经过剪切后方可成为成熟的蛋白。84前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图85一些病毒中，新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质86(六)蛋白质合成抑制剂87 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents88五、蛋白质的转运机制89蛋白性质 转运机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-转运同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后转运机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 几类主要蛋白质的转运机制90911、翻译-转运同步机制蛋白质定位的信息存在于该蛋白自身结构中，并通过与膜上特异受体的相互作用得以表达。信号肽假说：在蛋白质合成过程中N端有1536个氨基酸残基的肽段-信号肽，它能引导蛋白质的肽链到达并通过内质网。然后被内质网中的信号肽酶切除，成熟蛋白质N N端并无信号肽。信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。92信号序列特点：（1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；（2 2）在靠近该序列）在靠近该序列N-N-端常常有端常常有1 1个或数个带正电个或数个带正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；（3 3）在其）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。）。9394信号识别颗粒：在胞液中有一种信号识别颗粒（SRP），含有300 个核苷酸的7S 小分子RNA（小胞浆scRNA）及6种蛋白质的核糖核蛋白，在信号肽出现后，能识别并结合信号肽及核糖体，使翻译暂停，并与膜上的SRP受体蛋白（停靠蛋白）结合，引导肽链跨膜转运。9697图4-31新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程P146982、翻译后转运机制99(1)(1)线粒体蛋白质跨膜线粒体蛋白质跨膜转运转运前导肽成熟蛋白前体蛋白100(2)(2)叶绿体蛋白质的跨叶绿体蛋白质的跨膜运转膜运转叶绿体多肽是胞质中的游离核糖体上合成后脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子,多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点.101（3 3）核定位蛋白的运转机制）核定位蛋白的运转机制102核转运因子:,GTP酶:Ran103114115