生物信息的傳遞(下)mRNA到蛋白質(zhì)

翻譯的過程1.翻譯的起始核糖體與mRNA結(jié)合并與氨基酰-tRNA生成起始復(fù)合物。2.肽鏈的延伸核糖體沿mRNA5‘端向3’端移動，從N端向C端的多肽合成。3.肽鏈的終止及釋放核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備新一輪的合成反應(yīng)。當(dāng)前第1頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)1翻譯轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第2頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)2遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA的結(jié)構(gòu)、功能與種類核糖體的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制Contents當(dāng)前第3頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)34.1遺傳密碼——三聯(lián)子三聯(lián)子密碼定義mRNA鏈上每三個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為密碼子或三聯(lián)子密碼（tripletcoden）。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’當(dāng)前第4頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)44.1.1三聯(lián)子密碼破譯mRNA5′AUCGACCUGAGC3′420（×）mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620（×）mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420（√）核苷酸序列氨基酸序列當(dāng)前第5頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)5至1966年，20種氨基酸對應(yīng)的61個(gè)密碼子和三個(gè)終止密碼子全部被查清。遺傳密碼的破譯，即確定代表每種氨基酸的具體密碼當(dāng)前第6頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)64.1.2遺傳密碼的性質(zhì)1、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并。對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子。當(dāng)前第7頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)7氨基酸密碼子數(shù)目氨基酸密碼子數(shù)目丙氨酸精氨酸天冬酰胺天冬氨酸半胱氨酸谷酰胺谷氨酸甘氨酸組氨酸異亮氨酸4622222423亮氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸脯氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸酪氨酸纈氨酸6212464124當(dāng)前第8頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)8減少了變異對生物的影響當(dāng)前第9頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)9編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率就越高。Arg例外24681012實(shí)際頻率/次數(shù)理論頻率/次數(shù)TrpMetHisCysTyrPheGlnAsnAspGlyIleProGluThrLysAlaValSerLeuArg當(dāng)前第10頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)102.連續(xù)性翻譯由mRNA的5’端的起始密碼子開始，一個(gè)密碼子接一個(gè)密碼子連續(xù)閱讀到3’終止密碼，密碼間無間斷也無重疊。當(dāng)前第11頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)113.普遍性與特殊性蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。當(dāng)前第12頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)12生物密碼子線粒體DNA編碼的氨基酸核DNA編碼的氨基酸所有UGA色氨酸終止子酵母CUA蘇氨酸亮氨酸果蠅AGA絲氨酸精氨酸哺乳類AGA/G終止子精氨酸哺乳類AUA甲硫氨酸異亮氨酸線粒體與核DNA密碼子使用情況的比較當(dāng)前第13頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)13基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變。當(dāng)前第14頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)14從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架（openreadingframe，ORF）。當(dāng)前第15頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)154、擺動性轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼子反向配對結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴(yán)格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動性。當(dāng)前第16頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)16U擺動配對當(dāng)前第17頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)17mRNA5'AUUAUCAUA3'UAIIle5'UAIIle5'UAIIle5'tRNA3'3'3'當(dāng)前第18頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)18密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U，C，AA，GU，CUG當(dāng)前第19頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)194.2tRNA的結(jié)構(gòu)、功能與種類一、tRNA

主要是攜帶氨基酸進(jìn)入核糖體，為三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了結(jié)合體，還為準(zhǔn)確無誤的將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體傷提供運(yùn)輸載體。1、二級結(jié)構(gòu)：三葉草形當(dāng)前第20頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)20tRNAD臂，含二氫尿嘧啶TyC臂

y表示擬尿嘧啶反密碼子U*9262223Pu1612Py102520:1G*17:1PuA20:2171320GA5051656463G6252CPu59yA*CPyT49394142312928Pu*43127U353836Py*34403047:147:1546Py47:1645444773CCA707172666768693217654Dihydro-uridineOONHHHHHNPseudo-uridineOOHNNHC當(dāng)前第21頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)212、三級結(jié)構(gòu)：“L”形氫鍵維持作用力當(dāng)前第22頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)22三葉草二級結(jié)構(gòu)具有四個(gè)臂L型三

維結(jié)構(gòu)兩個(gè)雙螺旋區(qū)相互垂直3’TψC環(huán)氨基酸莖3’5’氨基酸莖5’D環(huán)D環(huán)TψC環(huán)可變環(huán)可變環(huán)反密碼子環(huán)反密碼子環(huán)

tRNA由三葉草型折疊成L型三維結(jié)構(gòu)當(dāng)前第23頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)23當(dāng)前第24頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)24二、tRNA的功能1、解讀mRNA的遺傳信息2、運(yùn)輸?shù)墓ぞ撸\(yùn)載氨基酸t(yī)RNA有兩個(gè)關(guān)鍵部位：3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。與mRNA結(jié)合部位—反密碼子部位當(dāng)前第25頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)253’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCGtRNA憑借自身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼子相識別，把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。AA-tRNAmRNA當(dāng)前第26頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)261、起始tRNA和延伸tRNA三、tRNA的種類能特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA稱起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。當(dāng)前第27頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)27真核生物：起始密碼子AUG所編碼的氨基酸是Met，起始AA-tRNA為Met-tRNAMet。原核生物：起始tRNA攜帶的是甲酰甲硫氨酸fMet，起始AA-tRNA為fMet-tRNAfMet當(dāng)前第28頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)282、同工tRNA代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。同工tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶識別。當(dāng)前第29頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)293、校正tRNA校正tRNA分為無義突變及錯(cuò)義突變校正。無義突變：在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因中，一個(gè)核苷酸的改變可能使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變成終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無功能的或無意義的多肽，稱為無義突變。

當(dāng)前第30頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)30無義突變使UUG變?yōu)閁AGTyr-tRNA閱讀UAG密碼子AUGUUGUAAAUGUAGUAAAUGUAGUAAUACAACAUCAUG

釋放因子

抑制突變

LeuTyrTyr

帶有突變反密碼子的tRNA可抑制無義突變無義突變當(dāng)前第31頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)31

由反密碼子突變而產(chǎn)生的無義抑制基因

野生型

抑制基因基因tRNA識別的密碼子反密碼子反密碼子識別的密碼子SupD（su1）SerUCGCGACUAUAGSupE（su2）GlnCAGCUGCUAUAGSupF（su3）TyrUAC，UAUGUACUAUAGSupC（su4）TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG（su5）LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU（su7）TrpUGGCCAUCAUGA/UGG當(dāng)前第32頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)32錯(cuò)義突變：由于結(jié)構(gòu)基因中某個(gè)核苷酸的變化使一種氨基酸的密碼子變?yōu)榱硪环N氨基酸的密碼子，這種基因突變叫錯(cuò)義突變。

GGA（甘氨酸）→AGA（精氨酸）當(dāng)前第33頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)33錯(cuò)義抑制

錯(cuò)義突變

錯(cuò)義突變AUGAGAUAAAUGGGAUAAAUGAGAUAAUCUCCUUCU

抑制突變ArgGlyGly

反密碼子發(fā)生突變可抑制錯(cuò)義突變當(dāng)前第34頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)344.2.4氨酰-tRNA合成酶一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶類。AA+tRNA+ATP→AA-tRNA+AMP+PPiAA：AminoAcid

當(dāng)前第35頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)35tRNAmRNAaminoacid當(dāng)前第36頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)364.3核糖體移動工廠一、核糖體的結(jié)構(gòu)由十幾種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA組成。

核糖體蛋白占原核細(xì)胞總蛋白量的10%，占總RNA量的80%。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有2萬個(gè)核糖體，真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)100萬個(gè)。當(dāng)前第37頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)37結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體核糖體當(dāng)前第38頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)384.3.1核糖體的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第39頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)39原核和真核生物核糖體的組成及功能核糖體亞基rRNAs蛋白RNA的特異順序和功能細(xì)菌70S50S23S=2904b31種（L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補(bǔ)2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種（S1-S21）16SRNA（CCUCCU）和S-D順序（AGGAGG）互補(bǔ)哺乳動物80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TψCG互補(bǔ)4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33種和Capm7G結(jié)合當(dāng)前第40頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)40在單個(gè)核糖體上，可化分多個(gè)功能活性中心，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專一的識別作用和功能。mRNA結(jié)合部位——小亞基形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）——大亞基當(dāng)前第41頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)413個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)A位——氨酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)P位——肽酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)E位——多肽鏈轉(zhuǎn)移到氨酰-tRNA上釋放tRNA的位點(diǎn)。tRNA的移動順序：A位→P位→E位當(dāng)前第42頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)42Esite當(dāng)前第43頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)434.3.2核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)小亞基：負(fù)責(zé)對模板mRNA識別，如起始部分識別、密碼子和反密碼子互作。大亞基：負(fù)責(zé)攜帶氨基酸及tRNA功能，包括肽鍵形成、AA-tRNA、肽酰-tRNA結(jié)合。當(dāng)前第44頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)44當(dāng)前第45頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)45肽鏈釋放后，核糖體脫離mRNA解聚成亞基，參與下一輪蛋白合成。當(dāng)前第46頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)464.4蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制氨基酸的活化翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的終止蛋白質(zhì)前體的折疊和加工當(dāng)前第47頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)47蛋白質(zhì)（protein）源于希臘文“proteios”，指第一重要的東西。蛋白質(zhì)（protein）是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。

當(dāng)前第48頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)48人體部份組織器官中蛋白質(zhì)含量(蛋白質(zhì)的克數(shù)／100g干組織)器官或組織蛋白質(zhì)含量器官或組織蛋白質(zhì)含量液體組織85心臟60脾臟84肝臟57肺臟82胰臟47橫紋肌80腦神經(jīng)45腎臟72骨骼28消化道63脂肪組織14當(dāng)前第49頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)49蛋白質(zhì)合成各階段的主要成分簡表當(dāng)前第50頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)50一、氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶同一氨基酰-tRNA合成酶具有把相同氨基酸加到2個(gè)或更多個(gè)帶有不同反密碼子tRNA分子上的功能。當(dāng)前第51頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)51氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。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

當(dāng)前第52頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)52原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet當(dāng)前第53頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)53甲酰甲硫氨酸-tRNAfMet合成步驟

1.Met+tRNAfMet+ATP→Met-tRNAfMet+AMP+PPi

2.

N10-甲酰四氫葉酸+Met-tRNAfMet

fMet-tRNAfMet+甲酰四氫葉酸甲酰基轉(zhuǎn)移酶當(dāng)前第54頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)54只有fMet-tRNAfMet能與第一個(gè)P位結(jié)合；其他tRNA必須經(jīng)A位到P位，再到E位離開核糖體。當(dāng)前第55頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)55氨基酰-tRNA第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP＋E→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

當(dāng)前第56頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)56第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E當(dāng)前第57頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)57tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP當(dāng)前第58頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)58二、翻譯的起始原核生物（細(xì)菌）為例：所需成分：30S小亞基、50S大亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+形成核糖體-mRNA起始tRNA復(fù)合物翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、當(dāng)前第59頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)59原核生物翻譯的起始（三步）--PositioningmRNAonthe30ssubunit--RegisteringfMet-tRNA

metonthePsite.--Associatingthe50ssubunit起始因子：IF-1、IF-2、IF-3.當(dāng)前第60頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)60Shine-DalgarnosequenceSD序列：原核生物mRNA上富含嘌呤的序列，5’-AGGAGGAU-3’，與小亞基16SrRNA互補(bǔ)配對。SD序列與16srRNA結(jié)合當(dāng)前第61頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)61SDsequencesrecognizedbyE.coliribosomes當(dāng)前第62頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)6216srRNA與mRNA互補(bǔ)3’OHAUUUAUCACCUCC（5’）GAUUCCUAGGAGGUUUGACCUAUGCGAGCUUUUACU（3’）16SrRNASD序列16srRNA3’末端序列UCCU與SD序列AGGA互補(bǔ)，也稱核糖體結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)前第63頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)63起始步驟第一步30s小亞基先與翻譯起始因子IF-1和IF-3結(jié)合，通過SD序列與mRNA模板結(jié)合。當(dāng)前第64頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)64第二步在GTP和IF-2的幫助下，fMet-tRNAfMet

進(jìn)入小亞基的Psite，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。當(dāng)前第65頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)65第三步

50S大亞基與帶有tRNA-mRNA-起始因子的小亞基結(jié)合，GTP水解，釋放起始因子。當(dāng)前第66頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)66

原核生物翻譯起始當(dāng)前第67頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)67

原核生物起始復(fù)合物的形成當(dāng)前第68頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)68真核生物翻譯起始的特點(diǎn)核糖體較大，為80s；起始因子比較多；mRNA5’端具有m7Gppp帽子結(jié)構(gòu)；Met-tRNAMet

mRNA的5’端帽子結(jié)構(gòu)和3’端polyA都參與形成翻譯起始復(fù)合物；當(dāng)前第69頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)69真核生物翻譯起始復(fù)合物形成（區(qū)別原核生物）原核生物30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最后與50S大亞基結(jié)合。真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最后與60S大亞基結(jié)合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復(fù)合物。當(dāng)前第70頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)70原核起始復(fù)合物真核起始復(fù)合物mRNA翻譯起始復(fù)合物的形成當(dāng)前第71頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)71eIF-1+eIF-6eIF-1+eIF3eIF-6真核生物翻譯起始步驟當(dāng)前第72頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)72met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E，elF4G，elF4A，elF4B，PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程當(dāng)前第73頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)73

肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個(gè)氨基酸就是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結(jié)合；肽鍵的生成；移位。三、肽鏈的延伸當(dāng)前第74頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)74需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子1、AA-tRNA與核糖體A位點(diǎn)的結(jié)合當(dāng)前第75頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)75第二個(gè)氨酰-tRNA結(jié)合氨酰-tRNA結(jié)合與EF-Tu·GTP形成復(fù)合物當(dāng)前第76頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)76通過延伸因子EF-Ts再生GTP，形成EF-Tu?GTP復(fù)合物

EF-Tu-GDP+EF-Ts→EF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTP→EF-Tu-GTP+EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)當(dāng)前第77頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)772、肽鍵形成

由肽基轉(zhuǎn)移酶催化。當(dāng)前第78頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)78肽鏈的形成

當(dāng)前第79頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)793、移位

核糖體向mRNA3’端方向移動一個(gè)密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子當(dāng)前第80頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)80延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。當(dāng)前第81頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)81fMetAUG5'3'fMetTuGTP當(dāng)前第82頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)82進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位當(dāng)前第83頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)83延伸因子（elongationfactor，EF）

原核生物EF-Tu，EF-Ts：負(fù)責(zé)促進(jìn)AA-tRNA進(jìn)入A位。EF-G：促進(jìn)移位和卸載tRNA的釋放。

真核生物：EF-1、EF-2當(dāng)前第84頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)84原核肽鏈的終止

四、肽鏈的終止當(dāng)終止密碼子UAA、UAG、

UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時(shí)，沒有相應(yīng)的AA-tRNA能與之結(jié)合，而釋放因子能識別這些密碼子并與之結(jié)合，水解P位上多肽鏈與tRNA之間的二酯鍵，釋放新生的肽鏈和tRNA，核糖體大、小亞基解體，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。釋放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽鏈與核糖體解離。當(dāng)前第85頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)85

RF1：識別終止密碼子UAA和UAG釋放因子RF2：識別終止密碼子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，刺激RF1和RF2從核糖體解離出來。（原核生物）真核生物個(gè)釋放因子：eRF1和eRF3當(dāng)前第86頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)86多聚核蛋白體（polysome）——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。當(dāng)前第87頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)87電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象當(dāng)前第88頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)88當(dāng)前第89頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)89五、蛋白質(zhì)前體的加工1、N端fMet或Met的切除無論原核生物還是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽鏈合成完畢前就被切除。氨基端的甲?；鼙幻摷柞；杆?。當(dāng)前第90頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)90A新生蛋白去掉N端一部分殘基后變成有功能的蛋白質(zhì)；B某些病毒或細(xì)菌可合成無活性的多聚蛋白質(zhì)，經(jīng)蛋白酶切割后成為有功能成熟蛋白。去掉N-端的一段小肽活動蛋白質(zhì)3個(gè)有活性的蛋白質(zhì)多肽NC末端切割多聚蛋白的切割新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切割后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)AB當(dāng)前第91頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)912、二硫鍵的形成兩個(gè)半胱氨酸-SH-SH-SH二硫鍵氧化mRNA中沒有胱氨酸密碼子，而不少蛋白質(zhì)都含有二硫鍵。蛋白質(zhì)合成后往往通過兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。當(dāng)前第92頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)92

二硫鍵與蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的生物活性有關(guān)，同時(shí)與蛋白質(zhì)的復(fù)性也有關(guān)聯(lián)。

當(dāng)前第93頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)933、特定氨基酸的修飾氨基酸側(cè)鏈的修飾作用包括磷酸化（如核糖體蛋白質(zhì)）、糖基化（如各種糖蛋白）、甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì)）、乙基化（如組蛋白）、羥基化（如膠原蛋白）和羧基化等。當(dāng)前第94頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)94蛋白質(zhì)磷酸化

指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程。生物體內(nèi)一種普通的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程中起重要作用。當(dāng)前第95頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)95

生物體內(nèi)最常見的被修飾的氨基酸及其修飾產(chǎn)物。糖蛋白主要是蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基加上糖基形成的，膠原蛋白上的脯氨酸和賴氨酸多數(shù)是羥基化的。當(dāng)前第96頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)96

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可能是蛋白質(zhì)N-糖基化的主要場所。當(dāng)前第97頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)97蛋白質(zhì)的糖基化蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基（天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基）加入糖基復(fù)合物（2-60單糖）通常為跨膜蛋白重要的識別標(biāo)志當(dāng)前第98頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)98兩種類型N-linked

O-linkedN-乙酰葡萄糖氨連接到天冬氨酸殘基上N-乙酰葡萄糖氨連接到絲氨酸殘基上當(dāng)前第99頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)99細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔葡萄糖甘露糖N乙酰葡萄糖氨寡糖蛋白質(zhì)糖基化的過程長鏈脂類蛋白轉(zhuǎn)移酶當(dāng)前第100頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)100

發(fā)生在小牛組蛋白H3前35個(gè)氨基酸殘基中的4種化學(xué)修飾。當(dāng)前第101頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)1014、切除新生肽鏈中非功能片段新合成的胰島素前體是前胰島素原，必須先切去信號肽變成胰島素原，再切去C-肽，才變成有活性的胰島素。前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖當(dāng)前第102頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)102

該胞外蛋白酶只能特異性切割X-Y2肽，其中X是丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。PProAAlaEGluDAsp

蜂毒蛋白只有經(jīng)蛋白酶水解切除N-端的22個(gè)氨基酸以后才有生物活性。當(dāng)前第103頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)103當(dāng)前第104頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)104六、蛋白質(zhì)的折疊

新生肽鏈必須通過正確的折疊才能形成動力學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定的三維構(gòu)象，從而表現(xiàn)出生物學(xué)活性。當(dāng)前第105頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)105Incorrectproteinfoldingandneurodegenerativedisease

madcowdiseaseHuntington'sParkinson'sdisease

當(dāng)前第106頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)106分子伴侶

功能：幫助細(xì)胞內(nèi)輔助性新生肽鏈正確折疊的蛋白質(zhì)。1.熱休克蛋白：HSP70、HSP40、GrpE,促使某些能自發(fā)折疊的蛋白質(zhì)正確折疊。2.伴侶素：HSP60、HSP10，原核中為GroEL和GroES，為非自發(fā)性折疊蛋白提供能形成能自發(fā)折疊的微環(huán)境。當(dāng)前第107頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)107(a)thebasicmechanismoftheE.coliHsp70system

(b)showshowtheE.colichaperoninsystem當(dāng)前第108頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)108七、蛋白質(zhì)合成抑制劑

主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、鏈霉素、四環(huán)素、氯霉素、紅霉素等。此外，5-甲基色氨酸、環(huán)已亞胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖體滅活蛋白都能抑制蛋白質(zhì)的合成。當(dāng)前第109頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)109抗生素作用原理四環(huán)素類阻止AA-tRNA與核糖體結(jié)合鏈霉素，新霉素，卡那霉素干擾AA-tRNA與核糖體結(jié)合而引起讀碼錯(cuò)誤氯霉素阻止mRNA與核糖體結(jié)合嘌呤霉素結(jié)合在核糖體的A位，抑制AA-tRNA的進(jìn)入AntibioticsMayNotHelpCureSomeInfections當(dāng)前第110頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)110幾種常見蛋白質(zhì)合成抑制劑的結(jié)構(gòu)式

鏈霉素是一種堿性三糖，能干擾fMet-tRNA與核糖體的結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始，也會導(dǎo)致mRNA的錯(cuò)讀。鏈霉素四環(huán)素氯霉素當(dāng)前第111頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)111嘌呤霉素是AA-tRNA的結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體的A位上，抑制AA-tRNA的進(jìn)入。它所帶的氨基也能與生長中的肽鏈上的羧基反應(yīng)生成肽鍵，反應(yīng)的產(chǎn)物是一條羧基端掛了一個(gè)嘌呤霉素殘基的小肽。當(dāng)前第112頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)112

嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制

嘌呤霉素的結(jié)構(gòu)類似于帶有氨基酰的tRNA，能與核糖體A位點(diǎn)相結(jié)合；肽基嘌呤霉素嘌呤霉素(a)當(dāng)前第113頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)113青霉素、四環(huán)素和紅霉素只與原核細(xì)胞核糖體發(fā)生作用，從而阻遏原核生物蛋白質(zhì)的合成，抑制細(xì)菌生長。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細(xì)胞核糖體結(jié)合，又能與真核生物核糖體結(jié)合，妨礙細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞生長。當(dāng)前第114頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)114四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮當(dāng)前第115頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)1154.5蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制由于細(xì)胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，因此合成的蛋白質(zhì)必須準(zhǔn)確無誤地定向運(yùn)送才能保證生命活動的正常進(jìn)行。當(dāng)前第116頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)116蛋白質(zhì)是如何正確運(yùn)送到功能部位的？當(dāng)前第117頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)117翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制：某個(gè)蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生的；翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)。這兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式都涉及到蛋白質(zhì)分子內(nèi)特定區(qū)域與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)種類當(dāng)前第118頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)118蛋白性質(zhì)

運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制主要類型分泌蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，并以翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制運(yùn)輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細(xì)胞器發(fā)育蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成兩種機(jī)制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì)幾類主要蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制當(dāng)前第119頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)119當(dāng)前第120頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)120信號肽假說信號肽：常指新合成多肽鏈中用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移的N-末端氨基酸序列（有時(shí)不一定在N端）。蛋白質(zhì)定位信息存在于自身結(jié)構(gòu)中，并通過與膜上特殊受體的相互作用得以表達(dá)。信號序列在結(jié)合核糖體上合成后便與膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，允許這段多肽在延長的同時(shí)穿過膜結(jié)構(gòu)（圖4-28）。因此，這種方式是邊翻譯邊跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。1、翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制當(dāng)前第121頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)121信號序列特點(diǎn)：（1）一般帶有10-15個(gè)疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處常常帶有數(shù)個(gè)極性氨基酸，離切割位點(diǎn)最近的那個(gè)氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。絕大部分被運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的蛋白質(zhì)都帶有一個(gè)信號肽，位于蛋白質(zhì)的氨基末端（13-36個(gè)殘基）。當(dāng)前第122頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)122蛋白質(zhì)通過其N-端的信號肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)到不同的細(xì)胞器當(dāng)前第123頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)123新生蛋白同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程當(dāng)前第124頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)124分泌蛋白的生物合成開始于結(jié)合核糖體，翻譯進(jìn)行到50～70個(gè)氨基酸殘基時(shí)，信號肽從核糖體的大亞基上露出，與粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體相結(jié)合。信號肽假說內(nèi)容：當(dāng)前第125頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)125信號肽過膜后被水解，新生肽隨之通過蛋白孔道穿越疏水的雙層磷脂。一旦核糖體移到mRNA的“終止”密碼子，蛋白質(zhì)合成即告完成，翻譯體系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖體重新處于自由狀態(tài)。當(dāng)前第126頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)126SRP（信號識別蛋白）能同時(shí)識別需要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的新生肽和自由核糖體，并導(dǎo)致該多肽合成的暫時(shí)終止（此時(shí)新生肽一般長約70個(gè)殘基左右）。SRP-信號肽-多核糖體復(fù)合物即被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與SRP的受體——DP（停靠蛋白，又稱SRP受體蛋白）相結(jié)合。當(dāng)前第127頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)127只有當(dāng)SRP與DP相結(jié)合時(shí)，多肽合成才恢復(fù)進(jìn)行，信號肽部分通過膜上的核糖體受體及蛋白運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)合物跨膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，新生肽鏈重新開始延伸。SRP與DP的結(jié)合很可能導(dǎo)致受體聚集而形成膜孔道，使信號肽及與其相連的新生肽得以通過。當(dāng)前第128頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)128當(dāng)前第129頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)1294.5.2翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制當(dāng)前第130頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)130葉綠體和線粒體中有許多蛋白質(zhì)和酶是由細(xì)胞質(zhì)提供的，其中絕大多數(shù)以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞器內(nèi)。當(dāng)前第131頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)131（1）線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)

特征：①通過線粒體膜的蛋白質(zhì)在運(yùn)轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以前體形式存在，它由成熟蛋白質(zhì)和N端延伸出的一段前導(dǎo)肽共同組成。②蛋白質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜的運(yùn)轉(zhuǎn)是一種需能過程；當(dāng)前第132頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)132③蛋白質(zhì)通過線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識別與Hsp70或MSF等分子伴侶相結(jié)合的待運(yùn)轉(zhuǎn)多肽，通過Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。當(dāng)前第133頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)133線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)前第134頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)134當(dāng)前第135頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)135（2）前導(dǎo)肽的作用與性質(zhì)帶正電荷的堿性氨基酸（特別是精氨酸）含量較為豐富，分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；缺少帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；羥基氨基酸含量較高；有形成兩親（既有親水又有疏水部分）α-螺旋結(jié)構(gòu)的能力。當(dāng)前第136頁\共有153頁\編于星期四\19點(diǎn)136前導(dǎo)肽跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)首先與線粒體外膜上的受體相結(jié)合。Tom受體可能是線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最主要的受體蛋白。有些前導(dǎo)肽含有