蛋白质的生物合成-翻译.ppt
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1、第第15章章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译翻译Protein Biosynthesis Translation本章主要内容本章主要内容p 翻译系统翻译系统p 蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程p 翻译后的加工修饰翻译后的加工修饰重点和难点:重点和难点:z 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程z 原核生物和真核生物蛋原核生物和真核生物蛋白质合成的差异白质合成的差异一、蛋白质的翻译系统一、蛋白质的翻译系统 以以mRNA为模板,在核糖体、为模板,在核糖体、tRNA和多种蛋白因子的共同作用下,将和多种蛋白因子的共同作用下,将mRNA中中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中种核苷酸的语言解读
2、为蛋白质中20种种氨基酸的语言,称为氨基酸的语言,称为翻译(翻译(Translation)。)。原原 料料:20 种氨基酸种氨基酸mRNA:合成蛋白质的合成蛋白质的模板模板tRNA:原料氨基酸的原料氨基酸的“搬运工搬运工”rRNA:与多种蛋白质结合成与多种蛋白质结合成核糖体核糖体,为合成多肽链的为合成多肽链的“装配机装配机(操作台)(操作台)”。omRNA是遗传信息的载体(载有遗传密码),是遗传信息的载体(载有遗传密码),是合成蛋白质的模板,它以一系列是合成蛋白质的模板,它以一系列三联体三联体密码子密码子的形式从的形式从DNA转录了遗传信息。转录了遗传信息。每每个密码子对应一个氨基酸。个密码子
3、对应一个氨基酸。omRNA占细胞总占细胞总RNA的的5-10%,不稳定,寿,不稳定,寿命短。命短。1.mRNA 一条多核苷酸链的一条多核苷酸链的碱基顺序碱基顺序决定或决定或编码一条多肽链上的编码一条多肽链上的氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序,这种这种对应关系对应关系称为称为遗传密码。遗传密码。三个碱基编码一个氨基酸,三联碱三个碱基编码一个氨基酸,三联碱基称为一个基称为一个密码子(密码子(codon),又称又称三联三联体密码。体密码。遗传密码遗传密码(genetic code)遗传密码的破译遗传密码的破译p1961年,年,M.Nirenberg等用放射性同位素标记等用放射性同位素标记的方法证明的
4、方法证明mRNA中核苷酸顺序与蛋白质中氨中核苷酸顺序与蛋白质中氨基酸之间的对应关系。基酸之间的对应关系。o人工合成多聚核苷酸人工合成多聚核苷酸:Nirenberg用用poly U加入加入C14标记的标记的20种种aa,只合成有苯丙氨酸的寡肽只合成有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸。苯丙氨酸。o1966年,年,20中氨基酸对应的中氨基酸对应的61个密码子和三个个密码子和三个终止密码子全部被查清破译。终止密码子全部被查清破译。由由AUG开始,每开始,每3个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。起始密码(
5、起始密码(initiation coden):AUG(真核中起始为(真核中起始为Met、原核中起始为原核中起始为fMet,翻译中间为翻译中间为Met)终止密码(终止密码(termination coden):UAA,UAG,UGAp 编码性编码性遗传密码的主要特征:遗传密码的主要特征:5 AUG CCA UGC ACC CGG GUU.CAA UAG 3 Met Pro Cys Thr Arg Val.Gln从从mRNA5端端起起始始密密码码子子AUG到到3端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列,各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一个个蛋蛋白白质质多多肽肽
6、链链,称称为为开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame,ORF)。AUGUAAORFp简并性:简并性:同一氨基酸有多个不同密码子,同一氨基酸有多个不同密码子,除除 Trp,Met 外外,同义密码子同义密码子。p通用性:通用性:大多数生物共同使用同一套密码大多数生物共同使用同一套密码子子,但也会有所偏爱。但也会有所偏爱。p不重叠性:不重叠性:三联体,连续性,无逗点,连三联体,连续性,无逗点,连续阅读,续阅读,5 到到3。p例外:例外:支原体,支原体,UGA 编码编码 Trp;纤毛虫,;纤毛虫,UAA 和和 UAG编码编码 Glu。p原核原核tRNA有有30-40种,真核有种
7、,真核有50-60种,含种,含70-90个核苷酸,个核苷酸,并有多种稀有碱基。并有多种稀有碱基。ptRNA是最小的是最小的RNA,占细胞总占细胞总RNA的的15%左右,其功能是左右,其功能是搬运氨基酸搬运氨基酸和和解读密码子。解读密码子。ptRNA 具有具有“四环一臂四环一臂”和和“三叶草三叶草”形形的典型结构。的典型结构。2.tRNA tRNA的结构的结构“四环一臂四环一臂”倒倒L形的三级结构形的三级结构 ntRNA上至少有上至少有4 个位点与多肽链合成有关:即个位点与多肽链合成有关:即3CCA氨基酸接受位点、氨酰氨基酸接受位点、氨酰-tRNA合成酶识别合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码
8、子位点。位点、核糖体识别位点和反密码子位点。n每一个氨基酸有其相应的每一个氨基酸有其相应的tRNA携带携带,氨基酸的氨基酸的羧基羧基与与tRNA的的 3 CCA-OH 以酯键结合。而以酯键结合。而tRNA的反密码子可以与的反密码子可以与mRNA上相应的密码子上相应的密码子互补结合互补结合,以使氨基酸正确以使氨基酸正确“对号入座对号入座”(因为(因为密码子的序列对应于多肽链上密码子的序列对应于多肽链上 的氨基酸序列)。的氨基酸序列)。密码子与反密码子的配对方式密码子与反密码子的配对方式3.rRNA与核糖体(与核糖体(ribosome)p核糖体呈颗粒状,是核糖体呈颗粒状,是rRNA 与几十种蛋白与
9、几十种蛋白质的复合体,由大、小亚基组成,每个亚质的复合体,由大、小亚基组成,每个亚基又含有不同的蛋白质和基又含有不同的蛋白质和rRNA,原核和真,原核和真核生物不同。核生物不同。p含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子(因子(IF)、延伸因子()、延伸因子(EF)、释放因子)、释放因子(RF)等。)等。原核生物原核生物真核生物真核生物核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16SrRNA5SrRNA23SrRNA18SrRNA28SrRNA5SrRNA5.8SrRNA蛋白质蛋白质
10、21种种34种种33种种 49种种 不同细胞核糖体的组成不同细胞核糖体的组成 核核糖糖体体的的组组成成v 容纳容纳mRNA,并能沿着,并能沿着mRNA由由5到到3 移动,移动,由由tRNA解读其密码;每次移动的距离相当于一解读其密码;每次移动的距离相当于一个密码子。个密码子。v 氨基酰位点(氨基酰位点(A位点位点),可结合氨基酰),可结合氨基酰-tRNA;v 肽酰基位点(肽酰基位点(P位点位点),可结合肽酰基),可结合肽酰基-tRNA;v 脱脱tRNA的出口位(的出口位(E位点位点);v 肽酰基转移酶中心,是形成肽酰基转移酶中心,是形成肽键肽键的位点等。的位点等。核糖体的功能核糖体的功能A位:
11、氨酰基位:氨酰基tRNA位位(aminoacyl tRNA site)P位:肽酰基位:肽酰基tRNA(peptidyl tRNA site)E位:排出位:排出(exit site)多核糖体多核糖体 大肠杆菌由一大肠杆菌由一定数目的单个核糖定数目的单个核糖体与一个体与一个mRNA 分分子结合而成的念珠子结合而成的念珠状结构。状结构。每个核糖体可独立完成一条肽链的合每个核糖体可独立完成一条肽链的合成,所以在多核糖体上可以同时进行多条成,所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成,提高了翻译的效率。肽链的合成,提高了翻译的效率。4.翻译的方向翻译的方向o沿沿mRNA的的5 3进行进行o多肽链的合成起
12、始于氨基末端,然多肽链的合成起始于氨基末端,然后逐步连续加接其他氨基酸残基,后逐步连续加接其他氨基酸残基,延伸至羧基末端。延伸至羧基末端。二、蛋白质二、蛋白质生物合成的过程生物合成的过程v 氨基酸的活化氨基酸的活化v 蛋白质合成的起始蛋白质合成的起始v 肽链的延伸肽链的延伸 v 合成终止合成终止 分为四个阶段:分为四个阶段:氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成合成(aminoacyl-tRNA synthetase)1.氨基酸的活化氨基酸的活化 氨基酸的羧基与氨基酸的羧基与tRNA 的的3端端CCA-OH以以酯
13、键相连,因此其氨基是自由的。酯键相连,因此其氨基是自由的。第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶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 E氨基酰氨基酰-tRNA表示方法:表示方法:Ser-tRNASerp氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有高度合成酶具有高度特异性,特异性,能够专一识别底物氨基酸和能够专一识别底物氨基酸和tRNA,保,保证了翻译的准确无误。证了翻译的准确无误。p催化氨基酰催化氨基酰-tRNA脱酰基,具有脱酰基,具有校正校正活活化过程中可能发生的错误化过程中可能发
14、生的错误。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的特点合成酶的特点密码子密码子-反密码子的相互作用反密码子的相互作用p氨基酸的加入需靠氨基酸的加入需靠mRNA上的密码子和上的密码子和tRNA上的反密码子上的反密码子相互以碱基配对辨认。相互以碱基配对辨认。p密码子的第一个碱基密码子的第一个碱基与反义密码子的第三与反义密码子的第三位配对。位配对。摆动假说:摆动假说:密码子的密码子的前两个碱基前两个碱基严格遵守严格遵守碱基配对规律为碱基配对规律为tRNA的反密码子识别(编码的的反密码子识别(编码的特异性),他们中的任何不同即为不同特异性),他们中的任何不同即为不同tRNA识识别,但别,但第三个碱基不同第三个碱
15、基不同,与反密码子上相应碱,与反密码子上相应碱基结合很松(利于基结合很松(利于tRNA迅速解离)迅速解离),有一定的,有一定的自由度,即自由度,即摆动性摆动性。反密码子反密码子 3-X-Y-Z-5 密码子密码子 5-X-Y-Z -3 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反密码子反密码子第一位碱基第一位碱基密码子密码子第三位碱基第三位碱基I U G C A A,C,U A,G U,C G U密码子密码子反密码子反密码子 大肠杆菌中大肠杆菌中,起始密码子起始密码子AUG所编码的氨基酸所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身并不是甲硫氨酸本身,而是而是甲酰甲硫氨酸(甲酰甲硫氨酸(fM
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