分子生物学-08-2--生物信息的传递-7-翻译-核糖体与过程课件.ppt
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1、第4章 生物信息的传递 从mRNA到蛋白质分子生物学讲义核糖体mRNA蛋白质4.3 核糖体的结构与功能(一)核糖体的结构两个大亚基,包括rRNA分子小RNA许多不同功能的蛋白质分子,大部分以单拷贝存在。核糖体蛋白:构成了核糖体的活性中心。核核糖糖体体的的组组成成原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b31种(L1-L31)含CGAAC和GTCG互补2.5106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=47
2、18b49种有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合专一性识别mRNA的起始位点核糖体上,可分多个功能活性中心,有专一的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合AA-tRNA部位(A位)大亚基 氨酰tRNA结合位点去氨酰tRNA结合位点和脱离位点(E位)大亚基肽基转移部位(P位)大亚基 肽酰tRNA结合位点3个tRNA结合部位3个tRNA结合部位4May2001Vol292,Issue5518,Pages797-1008CrystalstructureofaThermusthermoph
3、ilus70SribosomecontainingthreeboundtransferRNAs(top)andexplodedviewsshowingitsdifferentmolecularcomponents(middleandbottom).The16S,23S,and5SribosomalRNAsarecyan,gray,andlightpurple,respectively;theA-,P-,andE-sitetransferRNAsareshowninyellow,orange,andred,respectively.The30Ssubunitproteinsaredarkpurp
4、le,andthe50Sproteinsaremagenta.page1334.4 蛋白质合成的过程氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工4.4.1氨基酸的活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性氨基酰-tRNA的表示方法:Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 如果tRNA被发现与错误的氨基酸相连接,那么所形成氨酰tRNA会通过水解重新被打开原核生物中,起始氨基酸是:甲酰甲硫氨酸 起始AA
5、-tRNA是:fMet-tRNAfMet真核生物中,起始氨基酸是:甲硫氨酸 起始AA-tRNA是:Met-tRNAMet原核生物和真核生物的起始氨基酸是有区别的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 tRNA与与氨基酰-tRNA合成酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPS-D序列序列 1、SD序列:位于原核生物mRNA上起始密码子上游一段保守的序列,具有核糖体结合位点(用于招募核糖体,与核糖体结合)。翻译起始相关的观点p138Kozak序列:扫描序列,真核起始码子上下游的保守序列,用于吸引核糖体沿着5-3方向滑
6、动(kozak扫描)找到起始密码子的帽子结构序列。最佳序列为:-3位为嘌呤碱基;+4位为G,起始密码子AUG中的A处于+1位。p139翻译起始相关的观点被称为kozak序列KozakKozak扫描模型扫描模型 解释了解释了 小亚基与小亚基与mRNAmRNA的识别过程的识别过程 真核生物中40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合,然后通过帽子结合蛋白,与mRNA的5端结合,然后沿着mRNA滑动,这是一个扫描的过程,直至遇到AUG序列,才能够稳定结合。之所以能够稳定结合可能是因为Met-tRNAMet 的反密码子与AUG配对的结果。最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMe
7、t起始复合物(P132)。IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步:(参见page137)1-1.30S小亚基首先与起始因子IF-1,IF-3结合,核蛋白体大小亚基分离,1-2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-1SDIF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3 3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合,GTP水解,释放翻译起始因子。A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻译起始复合物的形成-全部过程(1-2-3)真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特
8、点(与原核的差异)(与原核的差异)核糖体较大,为80S;起始因子比较多;mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet 不甲酰化 mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物;肽链延伸由许多循环组成,每加一个氨基酸就是一个循环,每个循环包括:AA-tRNA与核糖体结合(进位)、肽键的生成(成肽)和 移位。延伸因子(elongationfactor,EF):原核生物:EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G 真核生物:EF-1、EF-2(三)肽链的延伸延伸第一步:进位:AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP,并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子延伸
9、第二步:肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化延伸第三步:移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP,并需EF-G延伸因子延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性,可结合并水解1分子GTP,促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性,可结合并水解1分子GTP,促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。延伸第三步:移位fMetA U G53fMetTuGTP延伸全过程动画版进位成肽移位延伸全过程分解版移位A位进位解离成肽延伸过程中的能量消耗补充AAAA活化活化 2 2个高能磷酸键(个高能磷酸键(ATPATP)肽链起始肽链起始 1
10、 1个(个(7070S S复合物形成,复合物形成,GTPGTP)进位进位 1 1个(个(GTPGTP)移位移位 1 1个(个(GTPGTP 第一个氨基酸参入需消耗第一个氨基酸参入需消耗3 3个(活化个(活化2+2+起始起始1 1)以后每掺入一个以后每掺入一个AAAA需要消耗需要消耗4 4个(活化个(活化2+2+进位进位 1 1个个 +移位移位1 1个)。个)。原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程(四)肽链的终止释放因子水解P位多肽链与tRNA之间的二脂键UAGUAGUAGAPEAPERFRF50S30S5353虽然三个终止密码子UAA、UAG、UGA没有相应的AA-tRNA与之相对应,但是
11、有释放因子能够识别这些密码子并与之结合,肽链终止因子的类型RF1:识别终止密码子UAA和UAGRF2:识别终止密码子UAA和UGARF3:具GTP酶活性,刺激I类终止 因子的活性RF1和 RF2活性 协助肽链的释放原核生物真核生物I类II类识别终止密码子,释放肽链eRF1eRF3I类II类4.4.5 蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除活性蛋白质三个有活性的蛋白末端切割多聚蛋白的切割N端C端N端C端去掉N端的小肽新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH-SH-SH-SH-SH 二硫键氧化3、特定氨基酸的修饰 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、
12、羟基化和羧基化脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸化酶糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白(N-糖苷键和O-糖苷键)。加辅基:结合上辅基(酶)才具生物活性,如乙酰辅酶A羧化酶与生物素的结合加工4、切除新生肽链中非功能片段前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图加工5.蛋白质的修饰整体蛋白质水平上:泛素化(导致蛋白降解)类泛素化:SUMOylation(小泛素相关修饰)NEDDyaltion()神经前体细胞表达发育下调neuralprecursorcellexpresseddevelopmentallydownregulatedSmallUbiquitin-l
13、ikeModifierp161是一种更高级的加工似乎是生化更关心的事情6 6、蛋白质构象的形成、蛋白质构象的形成v 新生肽连在细胞内特定的部位,在多种蛋白新生肽连在细胞内特定的部位,在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象,大多数蛋白质的质的帮助下卷曲成正确构象,大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的,至少有两类因子参与折叠是边翻译边折叠的,至少有两类因子参与了折叠过程了折叠过程加工高级加工1.1.酶:二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶酶:二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶2.2.分子伴侣:由若干在结构上不相关的蛋白分子伴侣:由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成,但它们具有共同的功能,在细质家族组成,但它们具有
14、共同的功能,在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装,胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装,而且在组装完毕后与之分离,不构成这些蛋而且在组装完毕后与之分离,不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。白质在执行功能时的结构组分。高级加工几种有促进蛋白折叠几种有促进蛋白折叠功能的大分子功能的大分子1.分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)2.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase,PDI)3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI一、分子伴侣一、分
15、子伴侣1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP40和和GreE族族 2.伴侣素伴侣素(chaperonins)GroEL和和GroES家族家族分子伴侣是细胞一类保守蛋白质,可分子伴侣是细胞一类保守蛋白质,可识别肽链的非天然构象,促进各功能域和识别肽链的非天然构象,促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。整体蛋白质的正确折叠。1 热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段,再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段,再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解
16、离的循环。的循环。HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离,释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离,释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 2 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境空间构象的微环境。二、二、蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成多肽链内或肽链之间二硫键的正确形
17、成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要,这一过程主要在细胞内质网进行。重要,这一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高,可在二硫键异构酶在内质网腔活性很高,可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接,最终使蛋白质形成热力学正确二硫键连接,最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。最稳定的天然构象。三、肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体,空间构象明显差别。反两种异构体,空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨
18、酰顺反异构酶可促进上述顺反脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。两种异构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶,在肽链合成需形成顺象形成的限速酶,在肽链合成需形成顺式构型时,可使多肽在各脯氨酸弯折处式构型时,可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。形成准确折叠。二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰(一)肽链(一)肽链N端的修饰端的修饰(二)个别氨基酸的修饰(二)个别氨基酸的修饰(三)多肽链的水解修饰(三)多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽
19、肽(?)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin胰岛素原(胰岛素原(86肽)肽)A肽(肽(21)B肽(肽(30)C肽(肽(35)SSS胰岛素(胰岛素(51肽)肽)胰岛素的翻译后加工胰岛素的翻译后加工三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰(一)亚基聚合(一)亚基聚合 (二)辅基连接(二)辅基连接(三)疏水脂链的共价连接(三)疏水脂链的共价连接 (六)蛋白质合成抑制剂消炎药消炎药抗生素作用原理四环素类阻止AA-tRNA与核糖体结合链霉素,新霉素,干扰AA-tRNA与核糖体结合卡那霉素而引起读码错误氯霉素阻止mRNA与核糖体结合嘌呤霉素结合在核糖体的A位,抑制AA-tRNA的进入亚胺环己酮作用于
20、80S核糖体,只抑制真核生物的翻译白喉毒素与EF-2结合,抑制肽链移位真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成,其抑制剂与真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成,其抑制剂与原核相似原核相似了解 蛋白质生物合成的干扰与抑制蛋白质生物合成的干扰与抑制 Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能,干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能,干扰和抑制蛋白质生物合成过程而
21、起作用的。物合成过程而起作用的。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异,以设计、筛核生物蛋白质合成体系的任何差异,以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。l 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l 抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程,从而抑制细胞指能干扰生物代谢过程,从而抑制细胞过度生长的药物
22、,如过度生长的药物,如:6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类一、抗生素类四环素(四环素(tetracyclin)族:族:与原核生物小亚基结合,抑制氨基酰与原核生物小亚基结合,抑制氨基酰-tRNA进位进位氯霉素(氯霉素(chloromycrtin):):与原核生物大亚基结合,阻断翻译延长过程与原核生物大亚基结合,阻断翻译延长过程,高,高浓度时对真核生物也有作用浓度时对真核生物也有作用 链霉素(链霉素(streptomycin)卡那霉素(卡那霉素(karamycin):与原核生物小亚基结合,引起读码错误,抑制起始与原核生物小亚基结合,引起读码
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- 分子生物学 08 生物 信息 传递 翻译 核糖体 过程 课件
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