蛋白质生物合成 (2)课件.ppt
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1、关于蛋白质生物合成(2)现在学习的是第1页,共63页体内蛋白质合成的过程称为蛋白质生物合成。将将mRNA分子中核苷酸(或碱基)的顺分子中核苷酸(或碱基)的顺序转变蛋白质分子中氨基酸残基的顺序序转变蛋白质分子中氨基酸残基的顺序的过程称为的过程称为翻译翻译。相当于,把核酸中的A、G、C、U/T 4种碱基组成的遗传信息,破译为蛋白质分子中的20种氨基酸排列顺序。翻译的过程有三个阶段:起始,延长,终止。现在学习的是第2页,共63页第一节第一节 三种三种RNA在蛋白质生物合成中的作用在蛋白质生物合成中的作用一、一、mRNA的模板作用的模板作用mRNA是蛋白质多肽链合成的直接模板。是蛋白质多肽链合成的直接
2、模板。mRNA将DNA的遗传信息传递给蛋白质,是基因表达时的中介,所以又称信使RNA。每一种mRNA至少能指导合成一条多肽链。现在学习的是第3页,共63页遗传密码(又称密码子,简称密码):遗传密码(又称密码子,简称密码):mRNA分子中含有分子中含有AGCU四种不同的碱四种不同的碱基所代表的核苷酸。从基所代表的核苷酸。从53方向每方向每3个相个相邻的核苷酸组成一个三联密码即邻的核苷酸组成一个三联密码即遗传密码遗传密码。可组成可组成64种种不同的密码。包含:不同的密码。包含:20种氨种氨基酸,起始密码,终止密码。基酸,起始密码,终止密码。现在学习的是第4页,共63页背景环境分析背景环境分析现在学
3、习的是第5页,共63页l 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系基本原料:基本原料:2020种编码氨基酸种编码氨基酸模板:模板:mRNAmRNA适配器:适配器:tRNAtRNA装配机:核蛋白体装配机:核蛋白体主要酶和蛋白质因子:氨基酰主要酶和蛋白质因子:氨基酰-tRNA-tRNA合成酶、合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质:能源物质:ATPATP、GTPGTP无机离子:无机离子:Mg2+Mg2+、K+K+背景环境分析背景环境分析现在学习的是第6页,共63页(一)(一)mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者mRNAmRNA来源、
4、生物遗传信息储存于来源、生物遗传信息储存于DNADNA mRNA mRNA分子中的碱基排列序列决定了蛋白质分分子中的碱基排列序列决定了蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。子中的氨基酸排列顺序。mRNAmRNA中相邻的中相邻的3 3个碱基代表一个氨基酸,三个相邻个碱基代表一个氨基酸,三个相邻的碱基称为一组密码,或称三联体密码。的碱基称为一组密码,或称三联体密码。6464组密码组成遗传密码表:组密码组成遗传密码表:起始密码:起始密码:1 1组(组(AUGAUG),兼作,兼作MetMet的密码的密码终止密码:终止密码:3 3组(组(UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG)6161组密码编码组密码编码20
5、20种种-氨基酸氨基酸背景环境分析背景环境分析现在学习的是第7页,共63页遗遗 传传 密密 码码 表表背景环境分析背景环境分析现在学习的是第8页,共63页mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5-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,称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。背景环境分析背景环境分析现在学习的是第9页,共63页原核生物的多顺反
6、子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列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PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 背景环境分析背景环境分析现在学习的是第10页,共63页遗传密码的特点:遗传密码的特点:1 1连续性连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读,密码子及密码子的各碱基之间既无间隔续阅读,密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。也无交叉。5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC
7、 A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码终止密码背景环境分析背景环境分析现在学习的是第11页,共63页基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失,可能导致框移突变。生插入或缺失,可能导致框移突变。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精背景环境分析背景环境分析现在学习的是第12页,共63页2.2.方向性方向性翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5353,即读,即读码从码从mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG开始,按开始,按5353的方的方向逐一阅读,直至终止
8、密码子。向逐一阅读,直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向背景环境分析背景环境分析现在学习的是第13页,共63页3 3简并性简并性 在在遗遗传传密密码码表表中中,共共有有6464组组密密码码(4 43 3)。其其中中,3 3组组作作为为翻翻译译的的终终止止密密码码(UAAUAA、UAGUAG和和UGAUGA);AUGAUG兼兼作作翻翻译译的的起起始始密密码码(AUGAUG是是蛋蛋氨氨酸酸的的密密码码),其其余余6161组组密密码码(包包括括AUGAUG作作为为亮亮氨氨酸酸的的密密码码)共共同同编编码码2020种种-氨氨基基酸酸。因因此此,必必然然有有一一种种氨氨基基酸
9、酸由由多多组组密密码码编编码码的的现现象象,称称为为密密码码的的简简并并性性。实实际际上上,除除色色氨氨酸酸与与蛋蛋氨氨酸酸(由由一一个个密密码码编编码码)外外,其其余余氨氨基基酸酸均均由由两两个个或或两两个个以以上上的密码编码(的密码编码(2 26 6个)。个)。背景环境分析背景环境分析现在学习的是第14页,共63页各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目背景环境分析背景环境分析现在学习的是第15页,共63页4 4通用性通用性:无无论论原原核核生生物物如如病病毒毒、细细菌菌等等和和真真核核生生物物包包括括人人类类都都共共用用一一套套遗遗传传密密码码即即三三联联体体密密码码。只是不同生物对
10、密码子具有偏爱性。只是不同生物对密码子具有偏爱性。背景环境分析背景环境分析现在学习的是第16页,共63页(二)(二)tRNAtRNA是搬运氨基酸的工具是搬运氨基酸的工具1.tRNA1.tRNA的结构的结构 背景环境分析背景环境分析现在学习的是第17页,共63页tRNAtRNA分子中与蛋白质合成有关的位点:分子中与蛋白质合成有关的位点:1 1)氨基酸结合位点;)氨基酸结合位点;2 2)氨酰)氨酰-tRNA-tRNA合成酶识别位点;合成酶识别位点;3 3)核糖体识别位点;)核糖体识别位点;4 4)反密码位点:)反密码位点:反反密密码码与与密密码码结结合合时时方方向向相相反反。即即反反密密码码的的第
11、第1 1、2 2、3 3位碱基分别与密码的第位碱基分别与密码的第3 3、2 2、1 1位碱基配对。位碱基配对。背景环境分析背景环境分析现在学习的是第18页,共63页现在学习的是第19页,共63页 反密码与密码配对时,反密码的第反密码与密码配对时,反密码的第2 2、3 3位碱基分别与位碱基分别与密码的第密码的第2 2、1 1位碱基配对时严格遵循碱基配对规则(即位碱基配对时严格遵循碱基配对规则(即A A与与U U、G G与与C C配对),而反密码的第配对),而反密码的第1 1位碱基与密码的第位碱基与密码的第3 3位碱位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则,后者成为摆动配对或不稳基配对时不严格遵循碱基配
12、对规则,后者成为摆动配对或不稳定配对(定配对(wobble base pairwobble base pair)。)。现在学习的是第20页,共63页摆动配对情况摆动配对情况 通过摆动配对,使得携带有同种氨基酸的不通过摆动配对,使得携带有同种氨基酸的不同同tRNAtRNA分子可分别结合在几种同义密码上。如分子可分别结合在几种同义密码上。如反密码为反密码为IGCIGC的丙氨酰的丙氨酰-tRNA-tRNA,可分别结合到同,可分别结合到同义密码义密码GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA上(上(GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA均为均为编码丙氨酸的密码)。摆动配对的存在对于编码丙氨酸的密码)。
13、摆动配对的存在对于保持生物物种的稳定具有重要意义。保持生物物种的稳定具有重要意义。现在学习的是第21页,共63页tRNAtRNA是氨基酸与遗传密码间的适配器是氨基酸与遗传密码间的适配器现在学习的是第22页,共63页2.2.氨酰氨酰-tRNA-tRNA 各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNAtRNA结合后形成的氨结合后形成的氨基酰基酰-tRNA-tRNA表示为:表示为:氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如:例如:丙氨酰丙氨酰-tRNA-tRNA:Ala-tRNAAla-tRNAAlaAla精氨酰精氨酰-tRNA-tRNA:Arg
14、-tRNAArg-tRNAArgArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA:Met-tRNAMet-tRNAMetMet起始者甲硫氨酰起始者甲硫氨酰-tRNA-tRNA:Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet延长甲硫氨酰延长甲硫氨酰-tRNA-tRNA:Met-tRNAeMet-tRNAeMetMet现在学习的是第23页,共63页 在在生生物物体体内内,一一种种tRNAtRNA只只能能与与一一种种氨氨基基酸酸结结合合(即即一一种种tRNAtRNA只只能能搬搬运运一一种种氨氨基基酸酸),而而一一种种氨氨基基酸酸可可与与一一种种以以上上的的tRNAtRNA分分子子结结合合,所所以以,tR
15、NAtRNA的的种种类类(80(80种种以以上上)比比氨氨基基酸酸(2020种种)多。多。现在学习的是第24页,共63页(三三)核糖体是蛋白质生物合成的场所核糖体是蛋白质生物合成的场所 核核糖糖体体是是肽肽链链合合成成的的“装装配配机机”。胞质中核糖体种类:胞质中核糖体种类:游离的核糖体游离的核糖体-合成细胞固有蛋白合成细胞固有蛋白 与粗面内质网结合的核糖体与粗面内质网结合的核糖体 -合成带有信号肽的分泌性蛋白质合成带有信号肽的分泌性蛋白质 核核糖糖体体由由大大、小小亚亚基基组组成成,其其组组成成成成份份包包括括rRNArRNA和蛋白质。和蛋白质。现在学习的是第25页,共63页 不同细胞核蛋白
16、体的组成不同细胞核蛋白体的组成现在学习的是第26页,共63页 在核糖体上,与蛋白质生物合成有关的主要结构有:在核糖体上,与蛋白质生物合成有关的主要结构有:1 1有容纳有容纳mRNAmRNA的部位;的部位;2 2有有结结合合氨氨酰酰-tRNA-tRNA的的部部位位,称称为为氨氨酰酰基基部部位位,简简称称A A位位;有结合肽酰有结合肽酰-tRNA-tRNA的部位,称为肽酰基部位,简称的部位,称为肽酰基部位,简称P P位;位;3.3.有结合蛋白质因子的部位;有结合蛋白质因子的部位;4 4有有转转肽肽基基酶酶(transpeptidasetranspeptidase)存存在在,可可催催化化肽肽键键的形
17、成;的形成;5.5.具有延长因子依赖的具有延长因子依赖的GTPGTP酶活性。酶活性。A A位和位和P P位呈紧密相邻,每个部位的宽度正好相位呈紧密相邻,每个部位的宽度正好相当于当于mRNAmRNA上一个遗传密码的宽度。上一个遗传密码的宽度。现在学习的是第27页,共63页现在学习的是第28页,共63页现在学习的是第29页,共63页mRNAmRNA与核糖体的结合与核糖体的结合 原核生物核糖体的小亚基的原核生物核糖体的小亚基的rRNArRNA(16S16S)的)的33末端有一富含嘧啶的区段,可与末端有一富含嘧啶的区段,可与mRNAmRNA分子的分子的起始部位的一段富含嘌呤的区段互补结合,起始部位的一
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