蛋白质的生物合成翻译ppt课件.ppt
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1、关于蛋白质的生物合成翻译PPT现在学习的是第1页,共96页第十二章 蛋白质的生物合成(翻译)Chapter 12 Protein Biosynthesis,Translation现在学习的是第2页,共96页蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成过过程程,就就是是将将DNA传传递递给给mRNA的的遗遗传传信信息息,再再具具体体转转译译为为蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸排排 列列 顺顺 序序 的的 过过 程程,这这 一一 过过 程程 被被 称称 为为 翻翻 译译(translation)。现在学习的是第3页,共96页第一节 蛋白质生物合成体系Section 1 Protein Biosynthesis S
2、ystem现在学习的是第4页,共96页20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料酶及众多蛋白因子,如酶及众多蛋白因子,如IF、EF、RF供能物质(供能物质(ATP、GTP)、)、无机离子无机离子参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质 三种三种RNAmRNA(messenger RNA,信使信使RNA)rRNA(ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNA)tRNA(transfer RNA,转移转移RNA)现在学习的是第5页,共96页一、一、mRNAmRNA模板及遗传密码模板及遗传密码mRNA是是翻译的直接模板。翻译的直接模板。遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗
3、传传单单位位称称为为顺顺反反子子(cistron)。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mRNA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,为为多顺反子(多顺反子(polycistron)。真真 核核mRNA只只 编编 码码 一一 种种 蛋蛋 白白 质质,为为单单 顺顺 反反 子子(single cistron)。现在学习的是第6页,共96页多顺反子与单顺反子多顺反子与单顺反子现在学习的是第7页,共96页 mRNA上的遗传密码上的遗传密码作作为为指指导导蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的模模板板,mRNA中中每每三三
4、个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸组组成成三三联联体体,代代表表一一个个氨氨基基酸酸的的信信息,此三联体就称为息,此三联体就称为密码密码(codon)。)。遗传密码共有遗传密码共有64种,其中:种,其中:起始密码(起始密码(initiation codon):AUG终止密码(终止密码(termination codon):UAA,UAG,UGA 现在学习的是第8页,共96页现在学习的是第9页,共96页从从mRNA5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止密端终止密码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连续排码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链,称为列编码一个蛋白质多肽
5、链,称为开放阅读框(开放阅读框(openreadingframe,ORF)。AUGUAAORF现在学习的是第10页,共96页遗传密码具有以下特点:遗传密码具有以下特点:连续性连续性;简并性简并性;通用性通用性;方向性方向性;摆动性摆动性。现在学习的是第11页,共96页1.1.连续性(连续性(commalesscommaless):):遗传密码的特点遗传密码的特点指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读,密码间既无间断也无交叉。读,密码间既无间断也无交叉。现在学习的是第12页,共96页遗传密码的连续性遗传密码的连续性现在学习的是第13页,共96页
6、基因损伤引起基因损伤引起mRNA开放阅读框内的碱基发生插入或开放阅读框内的碱基发生插入或缺失,可能导致缺失,可能导致框移突变(框移突变(frameshift mutation)。现在学习的是第14页,共96页2.2.简并性(简并性(degeneracydegeneracy):):遗传密码中,除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密遗传密码中,除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外,其余氨基酸有码子外,其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三个三联体为其编码。联体为其编码。同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称为遗传密码的称为遗传密码的简并性简并性。遗传密码的简并性在
7、保持遗传稳定性上具有重遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重要意义。要意义。现在学习的是第15页,共96页遗传密码的简并性遗传密码的简并性现在学习的是第16页,共96页3.3.通用性(通用性(universaluniversal):):蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类都通用。都通用。已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体等。胞的叶绿体等。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。现在学习的是第17页,共96页4.4.方向性(方向性(di
8、rectiondirection):):指阅读指阅读mRNA模板上的三联体密码时,模板上的三联体密码时,只能沿只能沿53方向进行。方向进行。现在学习的是第18页,共96页5.5.摆动性(摆动性(wobblewobble):):转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码上的遗传密码反平行配对反平行配对结合,但反密码与密结合,但反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规律,称为码之间常常不严格遵守碱基配对规律,称为摆动配对摆动配对。现在学习的是第19页,共96页密码子与反密码子的摆动配对密码子与反密码子的摆动配对tRNA反密码子反密码子第
9、第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG现在学习的是第20页,共96页U摆动配对现象示意图摆动配对现象示意图现在学习的是第21页,共96页核核蛋蛋白白体体是是多多肽肽链链合合成成的的场场所所,是是由由多多种种rRNA与蛋白质组装形成的复合体。与蛋白质组装形成的复合体。二、二、rRNArRNA和核蛋白体和核蛋白体现在学习的是第22页,共96页核核蛋蛋白白体体的的组组成成现在学习的是第23页,共96页大肠杆菌核蛋白体的空间结大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体,其构为一椭圆球体,其30S亚亚基呈哑铃状,基呈哑铃状,50S亚基带有三亚基带有三角,中
10、间凹陷形成空穴,将角,中间凹陷形成空穴,将30S小亚基抱住,两亚基的小亚基抱住,两亚基的结合面为蛋白质生物合成的结合面为蛋白质生物合成的场所。场所。现在学习的是第24页,共96页1 1三个与三个与tRNAtRNA结合的位点:结合的位点:A位位:又又称称受受位位或或氨氨酰酰基基位位,可可与与新新进进入入的的氨氨基基酰酰tRNA结合;由大、小亚基成分构成。结合;由大、小亚基成分构成。P位位:又又称称给给位位或或肽肽酰酰基基位位,可可与与延延伸伸中中的的肽肽酰酰基基tRNA结合;由大、小亚基成分构成。结合;由大、小亚基成分构成。E位位:又又称称排排出出位位,空空载载tRNA脱脱离离核核蛋蛋白白体体前
11、前的的结结合合位位点;主要由大亚基成分构成。点;主要由大亚基成分构成。核蛋白体大、小亚基的功能核蛋白体大、小亚基的功能现在学习的是第25页,共96页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位:氨基酰位位:氨基酰位(aminoacyl site)P位:肽酰位位:肽酰位(peptidyl site)E位:排出位位:排出位(exit site)现在学习的是第26页,共96页2.2.与与模模板板mRNAmRNA和和起起始始tRNAtRNA结结合合位位点点:主主要与小亚基有关。要与小亚基有关。3.3.转转肽肽酶酶活活性性:将将给给位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移给给受受位位
12、上上的的氨氨基基酰酰tRNA,形形成成肽肽键键;由由大大亚基成分构成。亚基成分构成。现在学习的是第27页,共96页4.4.GTPaseGTPase活活性性:水水解解GTP,获获得得能能量量;分分别由大、小亚基成分构成。别由大、小亚基成分构成。5.5.起动因子、延长因子及释放因子的结合起动因子、延长因子及释放因子的结合位点位点:分别由大、小亚基成分构成。分别由大、小亚基成分构成。现在学习的是第28页,共96页在蛋白质生物合成过程中,常常由若干核蛋白体结在蛋白质生物合成过程中,常常由若干核蛋白体结合在同一合在同一mRNA分子上,同时进行翻译,但每两分子上,同时进行翻译,但每两个相邻核蛋白之间存在一
13、定的间隔,形成念球状个相邻核蛋白之间存在一定的间隔,形成念球状结构。结构。由若干核蛋白体结合在一条由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为链的翻译所形成的念球状结构称为多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)。现在学习的是第29页,共96页多聚核蛋白体示意图多聚核蛋白体示意图电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体现在学习的是第30页,共96页氨基酸臂氨基酸臂反密码环反密码环三、三、tRNAtRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化现在学习的是第31页,共96页tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图现在学习的是第32页,共96页氨基酸的
14、氨基酸的活化活化与与携带携带反应由反应由氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶催催化。化。特定的特定的tRNA与相应的氨基酸结合,生成氨基酰与相应的氨基酸结合,生成氨基酰tRNA,从而由从而由tRNA携带活化的氨基酸参与蛋白质携带活化的氨基酸参与蛋白质的生物合成。的生物合成。(一)氨基酰(一)氨基酰-tRNAtRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶现在学习的是第33页,共96页 tRNAtRNA与酶结合的模型与酶结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP现在学习的是第34页,共96页氨基酰氨基酰tRNA合成
15、酶催化的反应合成酶催化的反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步:活化反应第一步:活化反应现在学习的是第35页,共96页第二步:连接反应第二步:连接反应氨基酰氨基酰-AMP-EtRNA 氨基酰氨基酰-tRNAAMPE现在学习的是第36页,共96页氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高都有高度特异性。度特异性。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(合成酶具有校正活性(proof-readingactivity)。)。氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法:的表示方法:Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMe
16、t现在学习的是第37页,共96页能能够够识识别别mRNA中中5端端起起始始密密码码AUG的的tRNA是是一一种种特殊的特殊的tRNA,称为称为起始起始tRNA。在在原原核核生生物物中中,起起始始tRNA是是一一种种携携带带甲甲酰酰蛋蛋氨氨酸酸的的tRNA,即即fMet-tRNAifmet;而而在在真真核核生生物物中中,起起始始tRNA是一种携带蛋氨酸的是一种携带蛋氨酸的tRNA,即即Met-tRNAimet。在在原原核核生生物物和和真真核核生生物物中中,均均存存在在另另一一种种携携带带蛋蛋氨酸的氨酸的tRNA,识别非起动部位的蛋氨酸密码识别非起动部位的蛋氨酸密码AUG。(二)起始(二)起始tR
17、NAtRNA现在学习的是第38页,共96页与多肽链合成起始有与多肽链合成起始有关的蛋白因子称为关的蛋白因子称为起起始因子(始因子(initiationfactor,IF)。四、起始因子(四、起始因子(IFIF)现在学习的是第39页,共96页原核生物中存在原核生物中存在3种种起始因子,分别称为起始因子,分别称为IF1-3。在在真核生物中存在真核生物中存在9种种起始因子(起始因子(eIF)。)。IF的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNA及模板及模板mRNA结合。结合。现在学习的是第40页,共96页原核和真核生物中各种起始因子的生物功能原核和真核生物中各种起
18、始因子的生物功能现在学习的是第41页,共96页与多肽链合成的延伸过与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白因子称为程有关的蛋白因子称为延长因子(延长因子(elongationfactor,EF)。五、延长因子(五、延长因子(EFEF)EF-Tu bound with ribosome现在学习的是第42页,共96页原核生物中存在原核生物中存在3种种延长因子(延长因子(EF-TU,EF-TS,EF-G),),真核生物中存在真核生物中存在2种种(EF1,EF2)。)。EF的作用主要促使氨基酰的作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体,进入核蛋白的受体,并可促进移位过程。并可促进移位过程。现在学习的是第43
19、页,共96页多肽链合成的延长因子多肽链合成的延长因子 现在学习的是第44页,共96页与多肽链合成终止并使之与多肽链合成终止并使之从核蛋白体上释放相关的从核蛋白体上释放相关的蛋白因子称为蛋白因子称为释放因子释放因子(releasefactor,RF)。六、释放因子(六、释放因子(RFRF)Eukaryotic release factor现在学习的是第45页,共96页RF在原核生物中有在原核生物中有3种种,在真核生物中只有,在真核生物中只有1种种。原核生物释放因子:原核生物释放因子:RF-1,RF-2,RF-3 真核生物释放因子:真核生物释放因子:eRF 现在学习的是第46页,共96页RF的生物
20、学功能主要有:的生物学功能主要有:识别终止密码,如识别终止密码,如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG;而而RF-2可识别可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性,相当于催化肽酰基诱导转肽酶改变为酯酶活性,相当于催化肽酰基转移到水分子转移到水分子-OH上,使肽链从核蛋白体上释放。上,使肽链从核蛋白体上释放。现在学习的是第47页,共96页多多肽肽链链合合成成时时,需需ATP、GTP作作为为供供能能物物质质,并并需需Mg2+、K+参与。参与。氨氨基基酸酸活活化化时时需需消消耗耗2分分子子高高能能磷磷酸酸键键,肽肽键键形形成成时时又又消消耗耗2分分子子高高能能磷磷酸酸键键,故故缩缩合合一一分
21、分子子氨氨基基酸酸残残基需消耗基需消耗4分子高能磷酸键分子高能磷酸键。七、供能物质和无机离子七、供能物质和无机离子现在学习的是第48页,共96页第二节 蛋白质生物合成过程Section 2 The Process of Protein Biosynthesis现在学习的是第49页,共96页蛋白质生物合成过程包括三大步骤:蛋白质生物合成过程包括三大步骤:氨基酸的活化与搬运;氨基酸的活化与搬运;活化氨基酸在核蛋白体上的缩合;活化氨基酸在核蛋白体上的缩合;多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。本节主要介绍活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过本节主要介绍活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程,这一过程包
22、括多肽链合成的程,这一过程包括多肽链合成的起始起始、延长延长和和终止终止三个阶段。三个阶段。现在学习的是第50页,共96页包括以下几个步骤:包括以下几个步骤:核蛋白体大小亚基分离;核蛋白体大小亚基分离;mRNA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的结合;的结合;核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。一、多肽链合成的起始阶段一、多肽链合成的起始阶段(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现在学习的是第51页,共96页IF-3IF-11.1.核蛋白体大、小亚基分离:核蛋白体大、小亚基分离:IF-1和和IF-3与小亚基结合,促进核蛋白体大、小亚
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