基础分子生物学.ppt

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1、Chapter6Proteinsynthesis蛋白质合成6.1Introduction引言尺寸比较显示核糖体足以结合tRNA和mRNA.核糖体是一个大的核糖核蛋白颗粒,它含有较多的RNA和较少的蛋白质,可解离成大,小两个亚基.6.2Proteinsynthesisoccursbyinitiation,elongation,andtermination.蛋白质合成包括起始,延伸和终止.核糖体有三个tRNA结合位点.氨酰-tRNA进入A位.肽酰-tRNA进入P位.去氨酰-tRNA通过E脱出.将肽链从P位的肽酰-tRNA上转移到A位的氨酰-tRNA上,这样,一个氨基酸就被加到了肽链上.核糖体的两个

2、结合tRNA的位点.决定相互作用的tRNA的两个位点,P位和A位,横跨核糖体的两个亚基.氨酰-tRNA进入A位,接受了肽酰-tRNA上的多肽,再转移到P位上,等待进入下一次循环.tRNA和mRNA 在核糖体上沿相同的方向移动.蛋白质合成由三个阶段组成.6.4Initiationinbacterianeeds30Ssubunitsandaccessoryfactors.细菌的起始反应需要30S亚基和辅助因子.蛋白质合成的起始需要游离的30S和50S核糖体亚基.起始因子(IF-1,2,3)是必需的,它们结合于30S小亚基上.携带起始因子的30S亚基与mRNA的起始点结合,构成起始复合体.IF-3因

3、子必须解离以使50S大亚基结合到30S-mRNA复合体上.翻译起始需要游离的核糖体亚基.当核糖体从上次合成终止之后被释放,其30S小亚基就结合了起始因子,而后解离得到游离的亚基.当各个亚基重新组合,得到有功能的核糖体,并启动合成时,它们会将起始因子释放出来.起始因子稳定了游离的30S亚基,并使起始tRNA结合到30S-mRNA复合体上.6.5AspecialinitiatortRNAstartsthepolypeptidechain.一种特定的tRNA起始子启动肽链合成.蛋白质合成通常始于AUG编码的甲硫氨酸.起始和延伸涉及不同的甲硫氨酰-tRNA.tRNA起始子有独特的结构特征,使之与其他所

4、有tRNA区别开来.与细菌tRNA起始子结合的甲硫氨酸的氨基基团是甲酰化的.以甲酰四氢叶酸为辅助因子,将甲硫氨酰-tRNA甲酰化,得到起始子甲酰甲硫氨酰-tRNA.fMet-tRNAf作为tRNA起始子,有着自己独特的标志.IF-2结合起始子fMet-tRNAf,使其进入30S亚基的局部P位.6.6UseoffMet-tRNAfiscontrolledbyIF-2andtheribosome.fMet-tRNAf的使用受IF-2因子和核糖体所调节.只有fMet-tRNAf才能被30S亚基用于起始;只有其他的氨酰-tRNA(aa-tRNA)才能被70S核糖体用于延伸.fMet-tRNAf与30S

5、-mRNA复合体的结合需要IF-2的参与.50S亚基结合上去后,GTP的能量被释放,所有的IF都被释放出来.6.7InitiationinvolvesbasepairingbetweenmRNAandrRNA.起始涉及mRNA和rRNA之间的碱基配对.细菌mRNA的起始点包括AUG起始密码子及其上游10个碱基处的Shine-Dalgarno嘌呤六聚体.在起始过程中,细菌核糖体30S亚基的rRNA有一个可与SD碱基序列配对的互补序列.mRNA上的核糖体结合位点可从起始复合体上恢复,它们包含上游SD序列和起始密码子.在多顺反子mRNA中,每一个顺反子的起始独立发生.当顺反子间的距离大于核糖体的跨度

6、时,在前一个顺反子终点的核糖体会脱离,伴随着下一个顺反子的独立的重新起始.6.8SmallsubunitsscanforinitiationsitesoneukaryoticmRNA.小亚基扫描查找真核生物mRNA的起始点.真核生物核糖体的40S亚基结合到mRNA的5端,并扫描mRNA,直到找到起始点.真核生物的起始区右一个包含AUG密码子的10个核苷酸序列构成.在起始点,核糖体的60S亚基加入到复合体中.真核生物核糖体从mRNA的5端向包括了AUG起始密码子的核糖体结合位点滑动.丙肝病毒的IRES可以直接结合40S亚基.6.9Eukaryotesuseacomplexofmanyinitia

7、tionfactors 真核生物使用由多种起始因子促成的复合体.起始因子为启动的各个阶段所需起始因子为启动的各个阶段所需,包括结合包括结合tRNAtRNA起起始子始子,40S40S亚基在亚基在mRNAmRNA的附着的附着,沿着沿着mRNAmRNA上滑动上滑动以及以及60S60S亚基的加入亚基的加入.真核生物真核生物tRNAtRNA起始子是一种与延伸所用的起始子是一种与延伸所用的Met-Met-tRNAtRNA不同的不同的Met-tRNAMet-tRNA,但甲硫氨酸没有被甲酰化但甲硫氨酸没有被甲酰化.eIF2eIF2结合起始子结合起始子Met-tRNAMet-tRNA和和GTPGTP,该复合体在

8、该复合体在40S40S亚基结合到亚基结合到mRNAmRNA上之前就结合到上之前就结合到40S40S亚基上亚基上.一些起始因子与核糖体小亚基结合形成43S复合体,当43S复合体与mRNA结合,它搜寻起始密码子,并可以48S复合体的形式被分离到.异源三聚体eIF-4F与mRNA的5端结合,同时还结合远端的因子.在真核生物中,eIF2与Met-tRNAi形成三元复合体,此复合体与游离的小亚基结合后与mRNA的5端连接.在后来的反应中,伴随着GTP的水解,eIF2以eIF2-GDP的形式释放.然后,eIF2B因子重新生成活化形式.起始因子使起始子Met-tRNAi与40S亚基结合起来,形成43S复合体

9、.在后来的反应中,GTP水解,eIF2以eIF2-GDP的形式释放.然后,eIF2B因子重新形成活化形式.当mRNA与43S复合体结合时,起始子间的相互作用尤其重要.eIF1和eIF1A辅助43S起始复合物寻找mRNA直至AUG密码子;eIF2水解它的GTP以便能与IF3同时被释放;eIF5B催化了60S-40S亚基的结合.6.10ElongationfactorTuloadsaminoacyl-tRNAintotheAsite.延伸因子Tu将氨酰-tRNA装入A位.EF-Tu为单体G蛋白,与GTP结合的活化形式可与氨酰-tRNA结合.EF-Tu-GTP-氨酰-tRNA复合体与核糖体A位结合.

10、EF-Tu-GTPEF-Tu-GTP将氨酰将氨酰-tRNAtRNA安置在核糖体上后安置在核糖体上后,以以EF-Tu-GDPEF-Tu-GDP的形式释的形式释放放.EF-TsEF-Ts用来催化用来催化GTPGTP与与GDPGDP的置换的置换,这个反这个反应消耗应消耗GTPGTP,释放释放GDPGDP.唯一不能被唯一不能被EF-Tu-GTPEF-Tu-GTP识别的氨基酸是识别的氨基酸是fMet-fMet-tRNAtRNAf f,两者无法结合可两者无法结合可保证后者不能识别内部保证后者不能识别内部的的AUGAUG或或GUGGUG密码子密码子.6.11Thepolypeptidechainistran

11、sferredtoaminoacyl-tRNA.肽链转移到氨酰-tRNA上.50S亚基具肽基转移酶活性.新生肽链从P位的肽酰-tRNA转移到A位的氨酰-tRNA.肽键形成使P位产生脱酰基的tRNA,A位产生肽酰-tRNA.肽键的形成是通过P位上的肽酰-tRNA的肽链和A位上的氨酰-tRNA的氨基酸之间的反应形成的.嘌呤霉素有类似于氨酰-tRNA的结构,它将一个芳香族氨基酸残基与一个糖碱基相连.6.12Translocationmovestheribosome.易位使核糖体移动.核糖体的易位使核糖体的易位使mRNAmRNA在核糖体上移动在核糖体上移动3 3个碱基的个碱基的长度长度.易位使脱氨酰的

12、易位使脱氨酰的tRNAtRNA进入进入E E位位,肽酰肽酰-tRNAtRNA进入进入P P位位,A A位空出位空出.杂合状态模型提出移位分两步进行杂合状态模型提出移位分两步进行;50S50S相对于相对于30S30S亚基发生移动亚基发生移动,然后然后30S30S与与mRNAmRNA一同移动使核糖一同移动使核糖体构象复原体构象复原.细菌核糖体有三个细菌核糖体有三个tRNAtRNA结合位点结合位点.氨酰氨酰-tRNAtRNA进入核糖体的进入核糖体的A A位位,在在P P位有肽酰位有肽酰-tRNA-tRNA.P P位的位的tRNAtRNA脱酰基形成脱酰基形成肽键肽键,生成生成A A位的肽酰位的肽酰-t

13、RNA.tRNA.易位将脱酰基的易位将脱酰基的tRNAtRNA转移到转移到E E位位,将肽将肽酰酰-tRNAtRNA转移到转移到P P位位.易位模型分两个阶段:第一,当肽键形成,在A位的tRNA氨酰末端进入P位;然后,tRNA的反密码子末端进入P位.6.13Elongationfactorsbindalternatelytotheribosome.延伸因子交替地结合在核糖体上.易位需要EF-G,其结构类似于氨酰-tRNA*EF-Tu*GTP 复合体.EF-Tu及EF-G与核糖体的结合是相互排斥的.易位需要GTP水解,这引起EF-G的变化,继而又引起核糖体结构的变化.当核糖体接受新的氨酰-tRN

14、A,形成肽键和移位时,因子EF-Tu和EF-G交替结合到核糖体上.6.14Threecodonsterminateproteinsynthesis三种密码子终止蛋白质合成.三个密码子UAA(赭石),UAG(琥珀)和UGA(猫眼石)终止蛋白质合成.细菌中终止子的使用频率是不一样的,大概是UAAUGAUAG.6.15Terminationcodonsarerecognizedbyproteinfactors.蛋白质因子识别终止密码子.终止密码子是被蛋白质释放因子而不是氨酰终止密码子是被蛋白质释放因子而不是氨酰-tRNA-tRNA所所识别识别.I I型释放因子的结构类似于氨酰型释放因子的结构类似于氨

15、酰-RNA*EF-Tu-RNA*EF-Tu和和EF-GEF-G.I I 型释放因子应答特异性的终止密码子型释放因子应答特异性的终止密码子,并水解肽酰并水解肽酰-tRNAtRNA上上上上的键的键.IIII型释放因子依赖型释放因子依赖GTPGTP发挥作用发挥作用,它协助它协助I I 型因子型因子.原核生物原核生物(在原核生物中有两种释放因子在原核生物中有两种释放因子)和真核生物和真核生物(在真核生物中只有一种释放因子在真核生物中只有一种释放因子)的机制是类似的的机制是类似的.分子水平的相似性使得延伸因子Tu-tRNA复合体,移位因子EF-G和释放因子RF1/2-RF3会与同一个核糖体位点结合.肽基转移酶和终止是相似的反应,此时,肽基转移中心的一个碱基触发了转酯反应,它通过攻击一个N-H键或O-H键,接着,它释放N或O来再攻击与tRNA的连接.释放因子RF通过释放蛋白质链终止蛋白质合成,核糖体再循环因子RRF释放最后一个tRNA.EF-G释放RRF,并引起核糖体的解聚.复习题原核蛋白质翻译的起始?真核蛋白质翻译的起始?