遗传信息传递.pptx

转录（转录（transcriptiontranscription）生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。转录转录RNARNADNADNA 第1页/共113页 转录与复制的相似点：转录与复制的相似点：1.1.模板均为模板均为DNADNA2.2.延长机理都是形成磷酸二酯延长机理都是形成磷酸二酯键键3.3.方向均为方向均为5 533。第2页/共113页 转录和复制的区别转录和复制的区别复制复制转录转录模板模板DNADNA双双链链DNADNA的的一条一条链链原料原料d dNTP(N=ANTP(N=A、G G、C C、T T)NTP(N=ANTP(N=A、G G、C C、U U)引物引物需要需要不不需要需要酶酶DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶产物产物D DNANAR RNANA配对配对A-A-T T、G-CG-CA-A-U U、T-AT-A、G-CG-C第3页/共113页参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP:NTP（ATP,UTP,GTP,CTPATP,UTP,GTP,CTP）模板模板:DNA:DNA酶酶:RNA:RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase,RNA-RNA polymerase,RNA-polpol）其他蛋白质因子其他蛋白质因子第4页/共113页 一、转录模板一、转录模板 第5页/共113页 双链双链DNADNA分子中能作为模板转录出分子中能作为模板转录出RNARNA的链，称为的链，称为模板链模板链。又叫。又叫有意义链（有意义链（sense strandsense strand）或）或WatsonWatson链。链。另一条互补链称为另一条互补链称为编码链编码链，又叫反义链（，又叫反义链（antisense strandantisense strand）或）或 CrickCrick链。链。第6页/共113页 转录产物转录产物RNARNA的碱基序列，除了的碱基序列，除了 T T 变变U U 外，其余与外，其余与编码链编码链相同。相同。第7页/共113页 不对称转录不对称转录(asymmetric(asymmetric transcription)transcription)在在DNADNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。第8页/共113页 二、二、RNARNA聚合酶（聚合酶（DDRPDDRP）1.1.原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶E.coliE.coli的的RNARNA聚合酶是由四种亚基聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（组成的六聚体（2 2 ）第9页/共113页 E.coliE.coli RNARNA聚合酶组分聚合酶组分亚基亚基分子量分子量功功 能能 3651236512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618150618催化功能催化功能 155613155613结合结合DNADNA模板模板 7026370263辨认起始点辨认起始点第10页/共113页RNARNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 第11页/共113页 2.2.真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类种类I IIIIIIIIIII转录产物转录产物45S-45S-rRNArRNAhnRNAhnRNA5S-rRNA5S-rRNAtRNA,tRNA,snRNAsnRNA对鹅膏蕈对鹅膏蕈碱的反应碱的反应不敏感不敏感极敏感极敏感中度敏感中度敏感第12页/共113页 RNARNA聚合酶聚合酶、都由多个都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。有。mRNAmRNA是各种是各种RNARNA中寿命最短、中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因最不稳定的，需经常重新合成。因此此RNARNA聚合酶聚合酶是三种酶中最活跃的。是三种酶中最活跃的。第13页/共113页 三、酶与模板的辨认结合三、酶与模板的辨认结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子操纵子(operon)(operon)，包括若干个结构基因及其上游包括若干个结构基因及其上游(upstream)(upstream)的的调控序列调控序列。RNARNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA的部位称为的部位称为启动子启动子(promoter)(promoter)。是调控转录的。是调控转录的关键部位。关键部位。第14页/共113页 第15页/共113页 原核生物启动子原核生物启动子3535区：区：一致性序列为一致性序列为TTGACATTGACA是是RNA-polRNA-pol的的辨认位点辨认位点1010区：区：一致性序列为一致性序列为TATAATTATAAT又叫又叫PribnowPribnow盒盒是是RNA-polRNA-pol的的结合位点结合位点第16页/共113页 真核生物启动子真核生物启动子第17页/共113页 转录过程转录过程起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)第18页/共113页一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始 1.RNA1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域。聚合酶结合在转录模板的起始区域。2.DNA2.DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。第19页/共113页2.DNA2.DNA双链解开。双链解开。1.RNA1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2 2)与模板结合。与模板结合。3.3.在在RNARNA聚合酶作用下发生第一次聚合反聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。应，形成转录起始复合物。5 5-pppG-OH +-pppG-OH +NTPNTP 5 5-pppGp-pppGpN N -OH 3-OH 3 +PPiPPi转录起始过程转录起始过程第20页/共113页 RNApol(RNApol(2 2)-DNA-pppGpN-OH 3)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物第21页/共113页（二）转录延长（二）转录延长1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNARNApolpol聚合酶核心酶变聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着构，与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前模板前移；移；2.2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断延长。链不断延长。(NMP)(NMP)n n +NTPNTP (NMP)(NMP)n+1n+1 +PPi PPi第22页/共113页 第23页/共113页 转录的起始及延长过程转录的起始及延长过程 第24页/共113页 (三三)转录终止转录终止RNARNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停顿下来，转录产物模板上停顿下来，转录产物RNARNA链从转录复合链从转录复合物上脱落下来。物上脱落下来。分类：分类：依赖依赖Rho()Rho()因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止第25页/共113页 1.1.依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止 因子是同六聚体蛋白；因子是同六聚体蛋白；因子能结合因子能结合RNARNA，与，与poly Cpoly C的结合力最强；的结合力最强；因子还有因子还有ATPATP酶和解螺旋酶的活性。酶和解螺旋酶的活性。第26页/共113页 2.不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。产物形成特殊的结构来终止转录。第27页/共113页二、真核生物的转录过程二、真核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始真真核核生生物物的的转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化，转转录录起起始始时时，RNA-polRNA-pol不不直直接接结结合合模模板板，其其起起始始过过程程比比原原核核生生物物复复杂。杂。第28页/共113页转录起始点转录起始点TATATATA盒盒CAATCAAT盒盒GCGC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting(cis-acting element)element)1.1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAAAATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1 OCT-1OCT-1：ATTTGCATATTTGCAT八聚体八聚体第29页/共113页2.2.转录因子转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区能直接或间接辨认和结合转录上游区段段DNADNA的蛋白质，统称为的蛋白质，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNARNA聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(trans-(trans-criptional factors,TF)criptional factors,TF)。第30页/共113页参与参与RNA-pol RNA-pol 转录的转录的TF TF 转录因子转录因子亚基和亚基和(或或)分子分子量（量（kDakDa）功能功能TFDTFDTBPTBP，3838结合结合TATATATA盒盒TAFTAF辅助辅助TBP-DNATBP-DNA结合结合TFATFA1212，1919，3535稳定稳定D-DNAD-DNA复合物复合物TFBTFB3333促进促进RNA-polRNA-pol结合结合TFFTFF3030，7474解螺旋酶解螺旋酶TFETFE57(57()，34(34()ATPaseATPaseTFHTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTDCTD磷酸化磷酸化第31页/共113页3.3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,(pre-initiation complex,PIC)PIC)真核生物真核生物RNA-polRNA-pol不与不与DNADNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。合，而需依靠众多的转录因子。第32页/共113页TBPTBPTAFTAF TF II HTF II H第33页/共113页（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻没有转录与翻译同步的现象。译同步的现象。RNA-polRNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。位和解聚现象。第34页/共113页RNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向第35页/共113页 （三）转录终止（三）转录终止第36页/共113页 真核生物的转录后修真核生物的转录后修真核生物的转录后修真核生物的转录后修饰饰饰饰Post-transcriptional ModificationPost-transcriptional ModificationPost-transcriptional ModificationPost-transcriptional Modification第37页/共113页 一、一、mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工(一一)首尾的修饰首尾的修饰1.51.5-端加帽端加帽：m m7 7GpppGGpppG2.32.3-端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸 (poly A)(poly A)第38页/共113页（二）（二）mRNA的剪接的剪接1.hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为杂化核称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体,splicesome）snRNA第39页/共113页真核生物结构基因，由若干个真核生物结构基因，由若干个编码区编码区和和非非编码区编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite gene)(splite gene)非编码区非编码区 A AG G编码区编码区1 17 7第40页/共113页2.2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNARNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。第41页/共113页鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNAhnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNAhnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNAmRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰第42页/共113页碱基修饰碱基修饰（2 2）还原反应）还原反应 如：如：U U DHU DHU （3 3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U U （4 4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A A I I 如：如：A A A Am m（1 1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）第43页/共113页三、三、rRNArRNA的转录后加工的转录后加工转录转录剪接剪接18S-rRNA18S-rRNA5.8S5.8S和和28S-rRNA28S-rRNArDNArDNA内含子内含子内含子内含子28S28S5.8S5.8S18S18S45S-rRNA45S-rRNA第44页/共113页 Protein Biosynthesis Protein Biosynthesis(Translation)(Translation)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译)第45页/共113页19541954年年，Paul Paul ZamecnikZamecnik及及其其同同事事实实验验证证明明体体内内蛋蛋白白质质是是由由氨氨基基酸酸合合成成的的。19561956年年，他他们们发发现现了了氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶。合成酶。19581958年年，M.M.B.B.HoaglandHoagland和和ZamecnikZamecnik又又发发现现蛋蛋白白质生物合成需要可溶性质生物合成需要可溶性RNARNA为中介。为中介。19611961年年，Howard Howard DintzisDintzis证证明明血血红红蛋蛋白白肽肽链链合合成成方向是从方向是从N-N-末端向末端向C-C-末端进行。末端进行。19611961 19661966年年 间间，NirencergNirencerg、MatthaeiMatthaei和和KhoranaKhorana先后确定了先后确定了6464个遗传密码。个遗传密码。1973197319761976年年，麦麦胚胚无无细细胞胞体体系系、兔兔网网织织无无细细胞胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于揭晓。体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于揭晓。第46页/共113页 蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNAmRNA分子中由分子中由碱基序列碱基序列组成的遗传信息，组成的遗传信息，通过通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而称为翻译，因而称为翻译（translation)translation)。第47页/共113页第48页/共113页 蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis Protein Biosynthesis SystemSystem第49页/共113页 第50页/共113页l 20 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IFIF、eIFeIF等等l ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNARNA mRNA mRNA rRNA rRNA tRNA tRNA第51页/共113页一、一、mRNAmRNA是蛋白质是蛋白质/多肽链合成的模板多肽链合成的模板在遗传信息传递过程中，在遗传信息传递过程中，DNADNA转录生成转录生成mRNAmRNA，mRNAmRNA作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。白质多肽链的合成。mRNAmRNA包括包括5 5-非翻译区非翻译区(5 5-untranslated region,-untranslated region,5 5-UTR)-UTR)开放阅读框架区开放阅读框架区(open readingopen reading frame,ORF)frame,ORF)3 3-非翻译区非翻译区(3 3-untranslated region,-untranslated region,3 3-UTR)-UTR)第52页/共113页遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺顺反子反子（cistroncistron）。）。原原核核细细胞胞中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单单位位，转转录录生生成成的的mRNAmRNA可可编编码码几几种种功功能能相相 关关 的的 蛋蛋 白白 质质，为为 多多 顺顺 反反 子子（polycistronpolycistron）。）。真真核核生生物物一一个个mRNAmRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单顺反子单顺反子（single cistronsingle cistron）。）。第53页/共113页原核生物原核生物mRNAmRNA真核生物真核生物mRNAmRNA非翻译区非翻译区核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPPPPP5 5 3 3 蛋白质蛋白质PPPPPPm mG-G-5 5 3 3 蛋白质蛋白质AAAAAA目目 录录第54页/共113页（一）（一）mRNAmRNA含有含有6464种密码子种密码子mRNAmRNA分分子子上上每每3 3个个核核苷苷酸酸构构建建一一个个密密码码子子，编编码码某某一一特特定定氨氨基基酸酸或或作作为为蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称称为为三三联联体体密密码码(triplet(triplet codon)codon)，也称，也称遗传密码子遗传密码子(genetic codon)(genetic codon)。起始密码起始密码(initiation codon):(initiation codon):AUGAUG 终止密码终止密码(termination codon):(termination codon):UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA 第55页/共113页遗遗传传密密码码表表目 录第56页/共113页1.1.遗传密码具有通用性遗传密码具有通用性 (universaluniversal)（二）遗传密码具有（二）遗传密码具有几个特性几个特性从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。细胞的叶绿体。2.2.密码子具有方向性密码子具有方向性(directiondirection)l起始密码子总是位于起始密码子总是位于mRNAmRNA开放阅读框架的开放阅读框架的55末端，末端，终止密码子位于终止密码子位于33末端。末端。l翻译的方向是从翻译的方向是从55到到33末端。末端。第57页/共113页3.3.遗传密码具有连续性遗传密码具有连续性(commaless)(commaless)l 密密码码子子按按5 5 33方方向向每每3 3个个一一组组阅阅读读框框架架顺顺序序翻译，无标点、不重叠，即翻译，无标点、不重叠，即连续性连续性lmRNAmRNA开开放放阅阅读读框框架架内内发发生生一一个个或或两两个个碱碱基基插插入入或或缺缺失失，可可引引起起移移码码突突变变(frameshift(frameshift mutation)mutation)。翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。第58页/共113页4.4.遗传密码具有简并性遗传密码具有简并性(degeneracy)(degeneracy)目目 录录l简并性，即简并性，即同一种氨基酸具有多个密码子同一种氨基酸具有多个密码子，或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。l遗传密码中，除遗传密码中，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅对应仅对应一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上密码子为其编码。密码子为其编码。第59页/共113页简并性简并性(degeneracy)(degeneracy)目目 录录第60页/共113页 编编码码同同一一氨氨基基酸酸的的不不同同密密码码子子互互称称同同义义密密码码子子；同同义义密密码码子子之之间间的的差差异通常只在第异通常只在第3 3位碱基上，位碱基上，第61页/共113页5.5.遗传密码具有摆动性（遗传密码具有摆动性（wobblewobble）密密码码子子第第3 3位位碱碱基基与与tRNAtRNA反反密密码码子子的的第第1 1位位碱碱基基不不严严格格遵遵守守碱碱基基配配对对规律，而是规律，而是摆动摆动碱基配对。碱基配对。第62页/共113页U U摆动配对摆动配对目目 录录第63页/共113页密码子、反密码子配对的摆动性密码子、反密码子配对的摆动性tRNAtRNA反密码子反密码子第第1 1位碱基位碱基I IU UG GA AC CmRNAmRNA密码子密码子第第3 3位碱基位碱基U U、C C、A AA A、G GU U、C CU UG G第64页/共113页二、一种二、一种tRNAtRNA只能转运一种氨基酸只能转运一种氨基酸但一种氨基酸可由几种但一种氨基酸可由几种tRNAtRNA转运转运反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂第65页/共113页tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图第66页/共113页三、三、rRNArRNA与蛋白质组成核糖体与蛋白质组成核糖体 目目 录录 蛋白质合成场所蛋白质合成场所第67页/共113页核核糖糖体体的的组组成成目目 录录原核生物核糖体原核生物核糖体 70 S 70 S MtMt 2.710 2.7106 6 真核生物核糖体真核生物核糖体 80S 80S Mt Mt 4.2104.2106 6第68页/共113页核糖体在蛋白质合成中有主要作用核糖体在蛋白质合成中有主要作用 具有结合具有结合mRNAmRNA的位点；的位点；与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的结合位点；结合位点；两个两个tRNAtRNA结合的位点，结合的位点，A A位点是氨基酰位点是氨基酰tRNAtRNA结结合位点，合位点，P P位点是肽酰位点是肽酰tRNAtRNA结合位点。结合位点。通过将通过将mRNAmRNA、氨基酰、氨基酰-tRNA-tRNA和相关的蛋白因子放和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。置在正确的位置来调节蛋白质的合成。核糖体是合成蛋白质的场所。核糖体是合成蛋白质的场所。第69页/共113页l2020种氨基酸（种氨基酸（AAAA）l酶及众多蛋白因子，如氨基酰酶及众多蛋白因子，如氨基酰-tRNA-tRNA合成合成酶、起始因子酶、起始因子(initiation factor(initiation factor，IF)IF)、延长因子（、延长因子（elongation factorelongation factor，EFEF）、）、释放因子（释放因子（release factorrelease factor，RFRF）。）。lATPATP、GTPGTPl无机离子无机离子四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子第70页/共113页大肠杆菌蛋白质合成的大肠杆菌蛋白质合成的5 5个阶段所需化合物个阶段所需化合物1 1氨基酸的活化氨基酸的活化2020种氨基酸种氨基酸2020种氨基酰种氨基酰-tRNAtRNA 合成酶合成酶3232种（或多于种（或多于3232种）种）tRNAtRNAATPATP、MgMg2+2+2 2起始起始mRNAmRNAN N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAtRNAfmerfmermRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUGAUG）30S30S核糖体亚基核糖体亚基50S50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IFIF-1,IF1,IF-2,IF2,IF-3 3）GTPGTP、MgMg2+2+3 3延长延长具有功能的具有功能的70S70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNAtRNA延长因子（延长因子（EFEF-TuTu,EF,EF-Ts,EFTs,EF-G G）GTPGTP、MgMg2+2+4 4终止与释放终止与释放mRNAmRNA上的终止密码上的终止密码释放因子（释放因子（RFRF-1,RF1,RF-2,RF2,RF-3 3）5 5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物1 1氨基酸的活化氨基酸的活化2020种氨基酸种氨基酸2020种氨基酰种氨基酰-tRNAtRNA 合成酶合成酶3232种（或多于种（或多于3232种）种）tRNAtRNAATPATP、MgMg2+2+2 2起始起始mRNAmRNAN N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAtRNAmRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUGAUG）30S30S核糖体亚基核糖体亚基50S50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IFIF-1,IF1,IF-2,IF2,IF-3 3）GTPGTP、MgMg2+2+3 3延长延长具有功能的具有功能的70S70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNAtRNA延长因子（延长因子（EFEF-TuTu,EF,EF-Ts,EFTs,EF-G G）GTPGTP、MgMg2+2+4 4终止与释放终止与释放mRNAmRNA上的终止密码上的终止密码释放因子（释放因子（RFRF-1,RF1,RF-2,RF2,RF-3 3）5 5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物第71页/共113页原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式第72页/共113页氨基酸氨基酸 +tRNA+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATPATP AMP AMPPPiPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第73页/共113页真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA-tRNA第74页/共113页 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein The Process of Protein BiosynthesisBiosynthesis第75页/共113页蛋白质合成中蛋白质合成中mRNAmRNA模板的方向：模板的方向：5 35 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N N端端 C C端。端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：起始起始延长延长终止终止第76页/共113页一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指m mR RN NA A和和起起始始氨氨基基酰酰-t tR RN NA A分分别别与与核核蛋蛋白白体体结结合合而而形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物 (t t r r a a n n s s l l a a t t i i o o n n a a l l i i n n i i t t i i a a t t i i o o n n c c o o m m p p l l e e x x)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。）。第77页/共113页参与起始过程的蛋白质因子称参与起始过程的蛋白质因子称起始因起始因子子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。原核生物）。原核生物起始因子有三种：起始因子有三种：IF-1IF-1：占据：占据A A位防止结合其他位防止结合其他tRNAtRNA。IF-2IF-2：促进起始：促进起始tRNAtRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P P位对位对结合起始结合起始tRNAtRNA敏感性。敏感性。第78页/共113页S-DS-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNAmRNA起始密码起始密码AUGAUG上游，上游，存在存在4 49 9个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-AGGAGG-，称为，称为S-DS-D序列。又称为核序列。又称为核蛋白体结合位点（蛋白体结合位点（ribosomal ribosomal binding sitebinding site，RBS)RBS)第79页/共113页S-DS-D序列序列 第80页/共113页（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第81页/共113页原核细胞中转录和翻译偶联原核细胞中转录和翻译偶联第82页/共113页（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第83页/共113页真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始因子 起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2eIF-2促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-eIF-2B,eIF-3 3促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4AeIF-4FeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNAmRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4BeIF-4B促进促进mRNAmRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGAUGeIF-4EeIF-4EeIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4GeIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4EeIF-4E和和PABPABeIF-5eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基大亚基eIF-6eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基第84页/共113页第85页/共113页MetMetMetMet40S40S40S40SMeMeMeMet t t tMetMetMetMet40S40S40S40S60S60S60S60SmRNAmRNAeIF-2BeIF-2BeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3eIF-3eIF-3、eIF-6 eIF-6 elF-3elF-3elF-3elF-3GDP+PiGDP+Pi各种各种各种各种elFelFelFelF释放释放释放释放elF-5elF-5ATPATPADP+PiADP+PielF4E,elF4G,elF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABelF4A,elF4B,PAB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Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet-elF-2-GTP-elF-2-GTPMetMetMetMet60S60S60S60S第86页/共113页 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核蛋白体是核蛋白体是80S80S；起始因子种类多；起始因子种类多；起始起始tRNAtRNA的的MetMet不需甲酰化；不需甲酰化；mRNAmRNA的的5 5帽子和帽子和3 3poly Apoly A尾结构与尾结构与mRNAmRNA在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关；起始起始tRNAtRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNAmRNA第87页/共113页二、肽链的延长二、肽链的延长指指按按照照mRNAmRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸酸从从N N端端向向C C端端延延伸伸肽肽链链，直直到合成终止的过程。到合成终止的过程。第88页/共113页肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为进行，又称为核蛋白体循环核蛋白体循环（ribosomal ribosomal cycle)cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步：进位进位（entranceentrance）成肽成肽（peptide bond formationpeptide bond formation）转位转位（translocationtranslocation）第89页/共113页原核延原核延长因子长因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EFGEFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 第90页/共113页进进位位转转位位成肽成肽第91页/共