分子生物学原理--蛋白质的生物合成课件.ppt

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1、2022-5-23分子生物学原理第十二章第十二章 翻译翻译 翻译：翻译：translation translation 即蛋白质生物合成。即蛋白质生物合成。 把核酸中四种符号把核酸中四种符号(AGCT/U)(AGCT/U)组成的遗组成的遗传信息，以遗传密码破读的手段转变传信息，以遗传密码破读的手段转变为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。2022-5-23分子生物学原理第一节、参与蛋白质合成的物质第一节、参与蛋白质合成的物质 各种各种RNARNA、核糖体、氨基酸、酶、核糖体、氨基酸、酶 起始阶段：起始因子起始阶段：起始因子 延长阶段：延长因子延长阶段：延长因子 终止阶

2、段：核糖体释放因子终止阶段：核糖体释放因子2022-5-23分子生物学原理一、一、 mRNAmRNA是翻译的模板是翻译的模板 原核生物的一种原核生物的一种mRNAmRNA往往编码几种功往往编码几种功能相近的蛋白质。能相近的蛋白质。 真核生物的真核生物的mRNAmRNA比原核生物多，但一比原核生物多，但一个个RNARNA分子一般只带有一种蛋白质的编分子一般只带有一种蛋白质的编码信息。码信息。2022-5-23分子生物学原理遗传密码的特点遗传密码的特点 连续性连续性(commaless(commaless) )：密码之间没有间断：密码之间没有间断 简并性简并性(degeneracy)(degene

3、racy)： 大多数氨基酸有大多数氨基酸有2626个密码个密码 摆动性摆动性(wobble)(wobble)：密码的第三位碱基与反：密码的第三位碱基与反密码的第一位碱基配对不严格密码的第一位碱基配对不严格 通用性通用性(universal)(universal)：全世界生物共用：全世界生物共用2022-5-23分子生物学原理连续性连续性G C A G U A C A U G U C不连续的读法：不连续的读法：G C A C A G A G U G U A .密码之间没有密码之间没有核苷酸间断核苷酸间断2022-5-23分子生物学原理简并性简并性 除了色除了色氨酸和氨酸和蛋氨酸蛋氨酸外，其外，其

4、余氨基余氨基酸均有酸均有2 2 -6-6个三个三联体为联体为其编码。其编码。*2022-5-23分子生物学原理摆动性摆动性 密码与反密码配对辨认密码与反密码配对辨认时，有时并不完全按照时，有时并不完全按照碱基互补规律。尤其是碱基互补规律。尤其是密码的第三碱基对反密密码的第三碱基对反密码的第一位碱基，更常码的第一位碱基，更常出现这种摆动现象。出现这种摆动现象。mRNA密码子密码子tRNA 反反密密码码碱碱基基IUCmRNA 密密码码碱碱基基A，C，UA，GC，G，UCGI 反密码子反密码子GCC 密码子密码子2022-5-23分子生物学原理通用性通用性除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外

5、，除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密码。码。2022-5-23分子生物学原理二、核糖体是肽链合成的场所二、核糖体是肽链合成的场所 氨基酸首先在氨基酸首先在核糖体内合成核糖体内合成蛋白质，再输蛋白质，再输送至细胞其它送至细胞其它组分中。组分中。 核糖体由大、核糖体由大、小亚基构成。小亚基构成。亚基中含有不亚基中含有不同的蛋白质和同的蛋白质和RNARNA。2022-5-23分子生物学原理二、核糖体是肽链合成的场所二、核糖体是肽链合成的场所 大亚基：大亚基： tRNAtRNA结合位点：结合位点：

6、P P位位：给出：给出AAAA，释放，释放 tRNA tRNA A A位位：接受：接受tRNA-AAtRNA-AA 转肽酶转肽酶，合成肽键，合成肽键 转位酶转位酶 小亚基：小亚基： 识别起始位点识别起始位点 与与mRNAmRNA形成复合物形成复合物2022-5-23分子生物学原理2022-5-23分子生物学原理三、三、tRNAtRNA和氨基酰和氨基酰tRNAtRNA tRNAtRNA在蛋白质翻译中起接合的作用。在蛋白质翻译中起接合的作用。 tRNAtRNA的氨基酸臂上携带氨基酸。的氨基酸臂上携带氨基酸。 tRNAtRNA分子的反密码环与分子的反密码环与mRNAmRNA上的密码配上的密码配对。对

7、。 密码密码- -反密码反密码- -氨基酸三联体保证了翻译的氨基酸三联体保证了翻译的准确性。准确性。2022-5-23分子生物学原理氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的生成的生成 氨基酰氨基酰- -AMP-E + tRNAAMP-E + tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA + AMP + E + AMP + E 氨基酸氨基酸ATPATPE E 氨基酰氨基酰AMP-E + PPiAMP-E + PPi E : E : 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶，具高度专一性合成酶，具高度专一性 1 . 1 . 存在于胞质中存在于胞质中 2 . 2 . 需需ATPATP供能供能, , 需需MgM

8、g+, Mn, Mn+ + 3 . 3 . 有二个识别位点有二个识别位点 2022-5-23分子生物学原理氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA的书写的书写 Arg-tRNAarg Met-tRNAmetm fMet-tRNAmetf 原核生物起始密码子需要在原核生物起始密码子需要在Met-tRNAmetf上进行甲酰化，上进行甲酰化，而真核生物不需要。而真核生物不需要。 Met-tRNAmetf+FH4-CHO 转甲酰基酶转甲酰基酶 fMet-tRNAmetf 2022-5-23分子生物学原理第二节、蛋白质生物合成过程第二节、蛋白质生物合成过程 起始起始 延长延长 终止终止2022-5-23分子生

9、物学原理原核生物的翻译起始原核生物的翻译起始 起始因子起始因子(IF)(IF)：胞液中的可溶性因子。：胞液中的可溶性因子。 已知有三种：已知有三种： IF-1IF-1：促进：促进IF-3IF-3与小亚基结合与小亚基结合 IF-2IF-2：使：使 fMet-tRNAmetf 与小亚基结合与小亚基结合 IF-3IF-3：使大小亚基分离：使大小亚基分离 核糖体结合序列核糖体结合序列：原核生物的：原核生物的mRNAmRNA有一有一非常保守的序列，与核糖体的非常保守的序列，与核糖体的1616S-rRNAS-rRNA结结合，引导合，引导mRNAmRNA进入核糖体，这样的序列进入核糖体，这样的序列称为称为S

10、-DS-D序列，也叫核糖体结合序列。序列，也叫核糖体结合序列。2022-5-23分子生物学原理核糖体结合序列核糖体结合序列2022-5-23分子生物学原理原核生物起始过程原核生物起始过程 7070S S核糖体核糖体IF3IF3IF1IF1 30S 30S小亚基小亚基 IF3 IF3 IF1 + 50SIF1 + 50S大亚基大亚基 fmet-tRNAfmet先形成先形成fmet tRNAfmet IF2 GTP，再与，再与小亚基和小亚基和mRNA形成复合物形成复合物 ，最后形成，最后形成70S起始复合物。起始复合物。 P位为位为mRNA上的上的AUG及及fmet tRNAfmet 所占据所占据

11、 , A位空缺。位空缺。70S 70S mRNA mRNA fmet fmet tRNAtRNAf fmetmet 70S 70S起始复合物起始复合物fmet-tRNAfmet+GTP+IF2 fmet tRNAfmet IF2 GTP +mRNA30S mRNA fmet tRNAfmet GTP IF1 IF2 IF350S IF1,IF2,IF3,GDP+Pi2022-5-23分子生物学原理原核生物起始过程原核生物起始过程2022-5-23分子生物学原理真核生物的翻译起始真核生物的翻译起始 起始因子起始因子（eIFeIF）：有）：有1010种种 起始甲硫氨酰起始甲硫氨酰tRNAmet无甲

12、酰化无甲酰化 mRNAmRNA结构有所不同结构有所不同 核糖体有所不同核糖体有所不同 原核生物与真核生物的翻译起始比较原核生物与真核生物的翻译起始比较2022-5-23分子生物学原理真核生物的翻译起始真核生物的翻译起始2022-5-23分子生物学原理二、肽链的延长二、肽链的延长 核糖体循环：核糖体循环：翻译过程中的肽链延长，翻译过程中的肽链延长， 延长因子：延长因子：延长过程所需的蛋白质因子延长过程所需的蛋白质因子称称 ( (EF)EF)。 核糖体循环核糖体循环分为分为注册注册、成肽成肽和和转位转位三个三个步骤。步骤。2022-5-23分子生物学原理二、肽链的延长二、肽链的延长原原核核生生物物

13、功功能能真真核核生生物物EF-TuEF-Ts协协助助氨氨基基酰酰- -t tR RN NA A 进进入入 A A 位位, 结结合合 G GT TP P EF-1 EF-G转转位位酶酶, 协协助助 m mR RN NA A前前移移,由由 A A 位位进进至至 P P位位; ; 释释放放 t tR RN NA A EF-22022-5-23分子生物学原理注册注册 注册：氨注册：氨基酰基酰- -tRNAtRNA根据遗传根据遗传密码的指密码的指引，进入引，进入核糖体的核糖体的A A位。位。mRNA2022-5-23分子生物学原理成肽和转位成肽和转位 成肽由成肽由转肽酶转肽酶催化，反应在催化，反应在A

14、A位上进行，位上进行，即即P P位上的位上的蛋氨酸退位到蛋氨酸退位到A A位成肽。成肽位成肽。成肽后无负载的后无负载的tRNAtRNA从核糖体上脱落下来。从核糖体上脱落下来。 转位：在转位：在A A位上的肽连同位上的肽连同mRNAmRNA从从A A位进入位进入P P位。由位。由转位酶转位酶催化。这实际上是催化。这实际上是肽肽- -tRNA-mRNAtRNA-mRNA与核糖体位置的相对变更。与核糖体位置的相对变更。 注册注册、成肽成肽和和转位转位三个步骤多次反复，三个步骤多次反复，肽链就不断延长。肽链就不断延长。2022-5-23分子生物学原理2022-5-23分子生物学原理三、肽链合成的终止三

15、、肽链合成的终止 肽链合成终止包括：肽链合成终止包括： 终止密码的辨认终止密码的辨认 肽链从肽肽链从肽- -tRNAtRNA上水解上水解 mRNAmRNA从核糖体中分离从核糖体中分离 核糖体大小亚基的拆分核糖体大小亚基的拆分2022-5-23分子生物学原理三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止 释放因子释放因子RFRF： 终止过程中的蛋白质因子终止过程中的蛋白质因子 辨认终止密码辨认终止密码 促进肽链促进肽链C C端与端与tRNA 3-OHtRNA 3-OH酯键的水解，使酯键的水解，使肽链从翻译中的核糖体上释放下来。肽链从翻译中的核糖体上释放下来。 RF-1RF-1：UAAUAA和和UAGUAG

16、； RF-2RF-2：UAAUAA和和UGAUGA； RF-3RF-3：结合：结合GTPGTP，促进，促进RF-1RF-1和和RF-2RF-2对核糖体对核糖体的结合。的结合。2022-5-23分子生物学原理翻译的终止过程翻译的终止过程 当翻译到当翻译到A A位出现位出现mRNAmRNA的终止密码时，的终止密码时，由由RF-1RF-1或或RF-2RF-2识别终止密码，进入识别终止密码，进入A A位。位。 释放因子的结合诱导核糖体上的转肽酶释放因子的结合诱导核糖体上的转肽酶将合成的肽链转移到水分子，将将合成的肽链转移到水分子，将P P位上肽位上肽链从链从tRNAtRNA分离出来。分离出来。 通过通

17、过GTPGTP水解水解GDPGDP及及Pi Pi，使残留在核糖体，使残留在核糖体上的上的tRNAtRNA和各种释放因子脱离，最后核和各种释放因子脱离，最后核糖体从糖体从mRNAmRNA上脱落下来。上脱落下来。2022-5-23分子生物学原理翻译的终止示意图翻译的终止示意图2022-5-23分子生物学原理翻译的终止示意图翻译的终止示意图2022-5-23分子生物学原理翻译的终止示意图翻译的终止示意图2022-5-23分子生物学原理多聚核糖体多聚核糖体 在一条在一条mRNAmRNA上常上常有多个核糖体呈有多个核糖体呈串珠状排列，串珠状排列，核核糖体是以多核糖糖体是以多核糖体形式存在体形式存在。 多

18、核糖体的形成多核糖体的形成是由于一条是由于一条mRNAmRNA链上多个部位有链上多个部位有核糖体在进行蛋核糖体在进行蛋白质合成，这样白质合成，这样可以大大加速蛋可以大大加速蛋白质合成的速度，白质合成的速度，mRNAmRNA得到充分的得到充分的利用。利用。2022-5-23分子生物学原理翻译全过程翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMet起始起始2022-5-23分子生物学原理翻译全过程翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMetfMet核糖体循环核糖体循环2022-5-23分子生物学原理翻译全过程翻译全过程fMet核糖体循环核糖体循环fMet2022-5-23分子生物学原理翻译全过程

19、翻译全过程终止终止IF-1IF-32022-5-23分子生物学原理核糖体循环核糖体循环原核生物中：原核生物中：复制、转录、翻译同步，复制、转录、翻译同步，多肽合成后，进入大亚多肽合成后，进入大亚基的管腔内，经滑面内基的管腔内，经滑面内质网进高尔基体，进行质网进高尔基体，进行后加工。后加工。2022-5-23分子生物学原理翻译后加工翻译后加工 翻译后加工：翻译后加工： posttranslational posttranslational processionprocession 蛋白质合成后，还必须进行后加工，蛋白质合成后，还必须进行后加工，才能表现出生理活性，这些蛋白质的才能表现出生理活性，

20、这些蛋白质的修饰过程称为修饰过程称为翻译后加工翻译后加工。2022-5-23分子生物学原理翻译后加工翻译后加工 去除去除N-N-甲酰基或甲酰基或N-N-蛋氨酸蛋氨酸 个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰 亚基聚合亚基聚合 辅基连接辅基连接 水解修饰水解修饰 分泌性蛋白质分泌性蛋白质2022-5-23分子生物学原理去除去除N-N-甲酰或甲酰或N-N-蛋氨酸蛋氨酸 由由脱甲酰基酶脱甲酰基酶或或氨基肽酶氨基肽酶催化催化 可与翻译同步可与翻译同步2022-5-23分子生物学原理个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰 脯氨酸脯氨酸羟羟脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸羟羟赖氨酸赖氨酸 磷酸化：磷酸化：SerSer、Thr

21、Thr、TyrTyr 二硫键的形成：二硫键的形成： 空间相邻的二个空间相邻的二个CysCys氧化而成氧化而成2022-5-23分子生物学原理亚基聚合亚基聚合 具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体，才有通过非共价键聚合，形成寡聚体，才有生物活性。生物活性。 HbHb： 2 2 2 2 PKCPKC：R R2 2C C2 22022-5-23分子生物学原理辅基连接辅基连接 蛋白质分为单蛋白质分为单纯蛋白质和结纯蛋白质和结合蛋白质两类。合蛋白质两类。 如糖蛋白、脂如糖蛋白、脂蛋白等都需要蛋白等都需要加工后才能生加工后才能生成。成。2022-

22、5-23分子生物学原理水解修饰水解修饰 在真核在真核 生物中，往往会有一条已合成的生物中，往往会有一条已合成的多肽链经翻译后加工产生多种不同活性多肽链经翻译后加工产生多种不同活性的蛋白质或肽。的蛋白质或肽。信号肽信号肽 ACTH -LT -MSHEndophin -MSH103肽肽POMC2022-5-23分子生物学原理分泌性蛋白质分泌性蛋白质 分泌蛋白质：分泌蛋白质： 合成后分泌到血液循环中，或再合成后分泌到血液循环中，或再到靶细胞去发挥功能的蛋白质。到靶细胞去发挥功能的蛋白质。 信号肽：信号肽：具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细胞膜并与细胞膜结合，然后将合成的

23、蛋白质送胞膜并与细胞膜结合，然后将合成的蛋白质送出细胞。出细胞。 大多数分泌性蛋白质是一种蛋白质前身。大多数分泌性蛋白质是一种蛋白质前身。 肽类激素、血浆蛋白、凝血因子、抗体蛋白、肽类激素、血浆蛋白、凝血因子、抗体蛋白、蛋白酶等蛋白酶等2022-5-23分子生物学原理第四节、抗生素对翻译的抑制作用第四节、抗生素对翻译的抑制作用 抗生素抗生素一般是细菌或真菌所产生的具有一般是细菌或真菌所产生的具有抑制其它生物生长的物质。抑制其它生物生长的物质。 抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作用而被广泛用于临床，部分用于科研。用而被广泛用于临床，部分用于科研。 某些抗生素可抑

24、制翻译某些抗生素可抑制翻译2022-5-23分子生物学原理四环素四环素 抑制起始氨基酰抑制起始氨基酰- -tRNAtRNA与原核生物或真核与原核生物或真核细胞的核糖体小亚基的结合而抑制翻译细胞的核糖体小亚基的结合而抑制翻译 由于不能透过真核细胞膜，故只能对原由于不能透过真核细胞膜，故只能对原核细胞的翻译过程发生抑制。核细胞的翻译过程发生抑制。2022-5-23分子生物学原理氯霉素氯霉素 能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑制转肽酶活性而阻断翻译的延长过程。制转肽酶活性而阻断翻译的延长过程。2022-5-23分子生物学原理链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素 能与原核

25、生物核糖体小亚基结合，改变能与原核生物核糖体小亚基结合，改变其构象，引起读码错误，使毒素类的细其构象，引起读码错误，使毒素类的细菌蛋白失活。菌蛋白失活。 结核杆菌敏感结核杆菌敏感2022-5-23分子生物学原理嘌呤霉素嘌呤霉素 结构与酪氨酸结构与酪氨酸- -tRNAtRNA相似，从而取代一些相似，从而取代一些氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA进入翻译进入翻译中的核糖进入翻译进入翻译中的核糖体的体的A A位。位。 对原核和真核都有作用对原核和真核都有作用2022-5-23分子生物学原理放线菌酮放线菌酮 抑制核糖体转肽酶抑制核糖体转肽酶 只对真核生物有特异性作用只对真核生物有特异性作用 用于科研用

26、于科研2022-5-23分子生物学原理白喉毒素白喉毒素 白喉杆菌产生白喉杆菌产生 对真核生物有剧毒的毒素蛋白质对真核生物有剧毒的毒素蛋白质 共价修饰共价修饰EF-2EF-2，生成，生成EF-2EF-2的腺苷二磷酸核的腺苷二磷酸核糖衍生物，使糖衍生物，使EF-2EF-2失活。失活。2022-5-23分子生物学原理抗生素对翻译的抑制作用抗生素对翻译的抑制作用四环素族四环素族氯霉素氯霉素放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素2022-5-23分子生物学原理 小结小结 翻译中的三种翻译中的三种RNA: RNA: m RNAm RNA、t RNAt RNA、r RNAr RNA 对对RNARNA的讨论共有三次的讨论共有三次 1. 1. 结构上结构上 2. 2. 生物合成生物合成 3. 3. 功能上功能上 翻译的三个过程翻译的三个过程: : 1. 1. 起始起始 ：IF IF 、eIF eIF 2. 2. 延长：延长：EF EF 3. 3. 终止：终止：RFRF、RRRR 相关的三个三相关的三个三