蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程DNA轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制RNA蛋白質(zhì)1概述翻譯：在細(xì)胞質(zhì)中,以mRNA為模板,合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程?！畹鞍踪|(zhì)合成的場(chǎng)所是核糖體,原料是20種L-氨基酸，反應(yīng)所需能量由ATP、GTP提供，此外還有Mg2+、K+

等金屬離子參與?！畹鞍踪|(zhì)合成體系主要由mRNA、tRNA、rRNA和有關(guān)的酶以及幾十種蛋白質(zhì)因子組成。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程2蛋白質(zhì)生物合成的分子基礎(chǔ)2.1mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的模板mRNA的模板作用是指mRNA首先把DNA上的遺傳信息抄錄過(guò)來(lái)，然后以其核苷酸特異序列組成密碼的方式來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸順序合成的過(guò)程。起始密碼子：AUG終止密碼子：UAA,UGA,UAG編碼區(qū)非編碼區(qū)開放讀框（openreadingframe,ORF）

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑴

原核生物mRNA的結(jié)構(gòu)編碼區(qū)3’非編碼區(qū)5’非編碼區(qū)SD2.1mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的模板多順?lè)醋咏Y(jié)構(gòu)，5’端含有SD序列⑵真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)5’非編碼區(qū)編碼區(qū)3’非編碼區(qū)單順?lè)醋咏Y(jié)構(gòu)，5’端有帽子結(jié)構(gòu)。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程2.2tRNA—轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸⑴tRNA的結(jié)構(gòu)①氨基酸接受區(qū)：3’-末端的CCA結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)攜帶氨基酸二級(jí)結(jié)構(gòu)

反密碼子區(qū)：含有反密碼子，負(fù)責(zé)對(duì)密碼子的識(shí)別與配對(duì)。③

二氫尿嘧啶區(qū)：負(fù)責(zé)和氨基酰tRNA聚合酶結(jié)合。④TC區(qū)：負(fù)責(zé)和核糖體上的rRNA識(shí)別結(jié)合。⑤可變區(qū)：負(fù)責(zé)維持tRNA的L型三維結(jié)構(gòu)。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程2.2tRNA—轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸⑴tRNA的結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)在三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對(duì)的堿基由于整個(gè)分子的扭曲而配成對(duì)，目前已知的tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)均為倒L形。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程AAUACUAUGtRNA（運(yùn)載工具）

亮氨酸

天冬氨酸異亮氨酸

氨基酸（原料）2.2tRNA—轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸⑵tRNA的功能①轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程tRNA的一端運(yùn)載著氨基酸天冬氨酸ACU

反密碼子AAU亮氨酸

反密碼子AUG

異亮氨酸

反密碼子

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程通過(guò)密碼子與反密碼子的相互作用②解碼

堿基互補(bǔ)配對(duì)原則⑵tRNA的功能

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程1966年，Crick提出了擺動(dòng)假說(shuō)，認(rèn)為在密碼子和反密碼子之間的堿基配對(duì)，前兩對(duì)嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對(duì)法則，第三對(duì)允許有一定的自由度，但必須接近標(biāo)準(zhǔn)法則。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯密碼子與反密碼子相互作用的擺動(dòng)假說(shuō)蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程2.2tRNA—轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸⑶

校正tRNA①無(wú)義抑制（nonsensesuppressor）抑制基因（suppressor）或稱校正基因☆tRNA反密碼子的突變☆tRNA其它結(jié)構(gòu)的改變

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程帶有突變反密碼子的tRNA可抑制無(wú)義突變

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程由反密碼子突變而產(chǎn)生的無(wú)義抑制基因

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程②錯(cuò)義抑制☆tRNA反密碼子的突變⑶

校正tRNA

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑶

校正tRNA③

校正tRNA抑制突變的特點(diǎn)☆不是所有抑制基因都能產(chǎn)生有功能的蛋白質(zhì)，關(guān)鍵是要看氨基酸取代的情況?！钚Ｕ淖饔貌豢赡苁峭耆??！钚Ｕ膖RNA分子是有限的而且還要和釋放因子競(jìng)爭(zhēng)；☆若是錯(cuò)義抑制的話，由于氨基酸發(fā)生取代,使得蛋白質(zhì)的活性有所降低?！蠲糠N抑制tRNA一般都只識(shí)別UAG終止密碼子，而不再識(shí)別原來(lái)相應(yīng)的密碼子。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程2.3核糖體(rRNA)—蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所⑴

核糖體的化學(xué)結(jié)構(gòu)核糖體亞基rRNAs蛋白R(shí)NA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(dòng)物

80S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMet的TψCG互補(bǔ)4.2×106D60S5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33種和Capm7G結(jié)合原核和真核生物核糖體的組成及功能

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑵核糖體的存在形式2.3核糖體(rRNA)—蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所單核糖體、核糖體亞基和多核糖體。

核糖體亞基的聚合（10mmol/L）與解聚(0.1mmol/L)與Mg2+濃度有關(guān)。真核生物：游離核糖體或與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合原核生物：游離核糖體或與mRNA結(jié)合成串狀的多核糖體

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程多聚核糖體由一定數(shù)目的單個(gè)核糖體與一個(gè)mRNA分子結(jié)合而成的念珠狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)核糖體可獨(dú)立完成一條肽鏈的合成。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑶核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（原核生物）2.3核糖體(rRNA)—蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所30S小亞基：頭部基底部中間有一豁口

50S大亞基：三個(gè)突起兩者之間形成一個(gè)mRNA通道

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑶核糖體的結(jié)構(gòu)與功能①mRNA結(jié)合部位P位點(diǎn)位于30S亞基的頭部，16SrRNA3’端是mRNA與小亞基初始結(jié)合不可缺少的。大部分在小亞基內(nèi)，小部分在大亞基內(nèi)，能夠與起始tRNA（fMet--tRNAf）相結(jié)合，且P位點(diǎn)會(huì)影響A位點(diǎn)的活性。肽基﹣tRNA結(jié)合部位PeptidyltransferaseG-factorsite

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

肽?；D(zhuǎn)移酶部位⑶核糖體的結(jié)構(gòu)與功能活性中心在大亞基上，位于P位點(diǎn)和A位點(diǎn)的連接處，靠近tRNA的接受臂。③A位點(diǎn)：主要在大亞基上，位點(diǎn)內(nèi)mRNA表面只對(duì)特定的AA-tRNA分子表現(xiàn)出特異性，且A位點(diǎn)結(jié)合AA-tRNA要求在P位點(diǎn)上必須有肽酰tRNA存在。氨基酰﹣tRNA接受部位

肽鍵合成酶或轉(zhuǎn)移酶I，催化肽鍵的形成PeptidyltransferaseG-factorsite

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑤GTP酶部位⑶核糖體的結(jié)構(gòu)與功能

轉(zhuǎn)移酶II，具有GTPase

活性，催化肽基﹣tRNA

由A位移到P位大亞基靠近小亞基的界面處PeptidyltransferaseG-factorsite⑥E位點(diǎn)包括兩個(gè)：脫?；鵷RNA和多肽的逐出位點(diǎn)E1為脫酰基tRNA離開核糖體提供出口，其對(duì)蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性起重要作用E2為多肽離開核糖體提供出口。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程3翻譯的過(guò)程

蛋白質(zhì)的生物合成就是將mRNA的遺傳信息轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過(guò)程，如同將電報(bào)密碼譯成文字一樣，因此通常將蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程稱之為翻譯。3.1氨基酸的活化20種氨基酸必須先活化為相應(yīng)的氨基酰﹣tRNA，才能作為蛋白質(zhì)合成的原料。氨基酸的活化是由有很高專一性的氨基酰﹣tRNA合成酶催化，消耗1分子ATP，2個(gè)高能鍵。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程氨基酸的活化①活化：AA-AMP-E復(fù)合物的形成氨基酰-tRNA合成酶氨基酸結(jié)合位點(diǎn)tRNA結(jié)合位點(diǎn)ATP結(jié)合位點(diǎn)AA+ATP+EAA-AMP-E+PPiMg2+Mn2+AA-AMP-E+tRNA②轉(zhuǎn)移氨基酰-tRNA+AMP+E

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸發(fā)生氨基?；砂被?tRNA。高度特異性

氨酰﹣tRNA合成酶對(duì)氨基酸和tRNA都具有高度的特異性，既能識(shí)別特異的氨基酸，又能識(shí)別攜帶該種氨基酸的特異tRNA，并把氨基酸連接到特異的tRNA上。將tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域稱為副密碼子。高度忠實(shí)性

具有催化氨基酰﹣tRNA的脫?；饔?，能將形成錯(cuò)誤的氨基酰﹣tRNA中的氨基酸水解下來(lái)，再接上正確的。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程3.2肽鏈的合成過(guò)程3翻譯的過(guò)程⑴肽鏈合成的起始

氨基酰-tRNA通過(guò)反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識(shí)別mRNA上相應(yīng)的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。

合成的起始指的是核糖體小亞基和起始氨基酰-tRNA在起始因子的參與下識(shí)別mRNA上的起始信號(hào),并組裝成起始復(fù)合物。肽鏈合成的起始肽鏈的延伸肽鏈合成的終止

蛋白質(zhì)的合成

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程①起始tRNA起始密碼子：AUG或GUG(少數(shù)情況)起始tRNA：tRNAfMet，首先與Met結(jié)合再發(fā)生氨基化以封閉氨基，生成fMet﹣tRNAfMet

。起始密碼子AUG或GUG均由tRNAfMet識(shí)別，而內(nèi)部AUG和GUG密碼子則分別由tRNAm

Met和tRNAVal識(shí)別。3.2肽鏈的合成過(guò)程⑴肽鏈合成的起始

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑴肽鏈合成的起始②

原核生物肽鏈合成的起始

起始復(fù)合物：核糖體、mRNA、AA-tRNA三元復(fù)合物☆I(lǐng)F-3及核糖體30SrRNA和mRNA的結(jié)合SD序列：距離起始密碼子的AUG序列的上游(5’﹣端)10個(gè)堿基左右處具有一段長(zhǎng)為4～10bp的富含嘌呤堿基的序列，稱為Shine-Dalgarno序列。16SrRNA3’﹣端-mRNAfMet-Arg-Ala-Phe-Ser-多肽16SrRNA的3’-末端具有一段與SD序列互補(bǔ)的嘧啶堿基序列,使得核糖體能識(shí)別起始密碼子AUG或GUG。IF-3促使16SrRNA和mRNA的SD順序結(jié)合。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程②

原核生物肽鏈合成的起始☆fmet-tRNAfmet的結(jié)合IF-2：促進(jìn)fmet-tRNAfmet與30S小亞基結(jié)合的作用，并有依賴核糖體的GTP酶活。IF2-GTP+fmet-tRNAfmetIF2-fmet-tRNAfmet-GTP

＋30S-IF3-mRNA30S-IF3-mRNA-IF2-fmet-tRNAfmet-GTP

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程②

原核生物肽鏈合成的起始☆70S起始復(fù)合物的形成50S亞基結(jié)合30S-IF3-mRNA-IF2-fmet-tRNAfmet-GTP，導(dǎo)致IF3的解離，同時(shí)激活I(lǐng)F2的GTPase的活性，水解GTP，改變IF1、IF2的構(gòu)象并使其解離，形成70S起始復(fù)合物。大腸桿菌蛋白質(zhì)合成所需的起始因子起始因子相對(duì)分子質(zhì)量（×103）功能IF﹣1IF﹣2IF﹣399722促進(jìn)IF-2和IF-3的活化促進(jìn)fmet-tRNAfmet與30S小亞基結(jié)合，并具有GTPase活性使30亞基從70S核糖體釋放，幫助mRAN結(jié)合于30S亞基上

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程70S起始復(fù)合物形成示意圖

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑴肽鏈合成的起始③

真核生物肽鏈合成的起始起始密碼子AUG的識(shí)別

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程③

真核生物肽鏈合成的起始起始復(fù)合物的形成

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程3.2肽鏈的合成過(guò)程⑵肽鏈的延伸（原核）

肽鏈的延伸以氨基酰﹣tRNA進(jìn)入70S起始復(fù)合物的A位為標(biāo)志。在肽鏈延伸過(guò)程中，每添加1個(gè)氨基酸需要包括進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和移位三步。這三步反復(fù)循環(huán)就完成了肽鏈的延長(zhǎng)。這一過(guò)程需要三個(gè)延伸因子EF﹣Tu、EF﹣Ts和EF﹣G的參與。①進(jìn)位

指新的氨基酰﹣tRNA進(jìn)入70S復(fù)合體A位的過(guò)程需要消耗GTP，并需EF-Tu（熱不穩(wěn)定），EF-Ts（熱穩(wěn)定）兩種延伸因子。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程進(jìn)位

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯Tu-Ts循環(huán)蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程在肽酰轉(zhuǎn)移酶的作用下P位點(diǎn)上fMet-tRNAfMet的甲酰甲硫氨酸從相應(yīng)的tRNA上解離下來(lái)，其-COOH（高能酯鍵）與剛進(jìn)入A位的氨酰-tRNA上的-NH2形成肽鍵（實(shí)質(zhì)是A位點(diǎn)氨基酰-tRNA氨基親核攻擊酯鍵羰基），無(wú)負(fù)荷的tRNA留在P位，此時(shí)A位點(diǎn)攜帶一個(gè)二肽。②轉(zhuǎn)肽（肽鍵的生成）⑵肽鏈的延伸（原核）PAAA-fMetAAAPfMet

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程轉(zhuǎn)肽

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

在EF-G（移位酶）的作用下，核糖體沿mRNA5’3’方向移動(dòng)，每次移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，結(jié)果使原來(lái)在A上的肽酰-tRNA移到了P位點(diǎn)，原來(lái)在P位點(diǎn)的無(wú)負(fù)載的tRNA離開核糖體，同時(shí)一個(gè)新的密碼子進(jìn)入空的A位，EF-G催化的移位過(guò)程需水解GTP提供能量。肽鏈合成從N-C。③移位⑵肽鏈的延伸（原核）PA5’3’PA5’3’PAPAAA

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程原核生物肽鏈延伸的三位點(diǎn)模型

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程移位

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程EF﹣TuEF﹣TsEF﹣G437477結(jié)合氨酰﹣tRNA和GTP使EF﹣Tu、GTP再生，參與肽鏈延伸結(jié)合GTP，啟動(dòng)肽酰﹣tRNA從A位移向P位延伸因子相對(duì)分子質(zhì)量（×103功能大腸桿菌蛋白質(zhì)合成所需的起始因子

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程⑶

肽鏈合成的終止3.2肽鏈的合成過(guò)程

當(dāng)終止密碼子出現(xiàn)在A位時(shí)，終止因子結(jié)合在A位，肽鏈合成終止。RF1：識(shí)別終止密碼子UAA和UAGRF2：識(shí)別終止密碼子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋放終止因子的結(jié)合使肽酰轉(zhuǎn)移酶活性變?yōu)樗饷富钚?，肽基不轉(zhuǎn)移給A位tRNA，而轉(zhuǎn)移給H2O，并把已合成的多肽鏈從核糖體和tRNA上釋放出來(lái)，無(wú)負(fù)荷的tRNA隨機(jī)從核糖體脫落，該核糖體立即離開mRNA，在IF3存在下,消耗GTP而解離為30S和50S非功能性亞基。再重復(fù)下一輪過(guò)程。

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程

肽鏈合成的終止

第九章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成和翻譯過(guò)程3.3蛋白質(zhì)合成中GTP的作用⑴使各種翻譯因子與tRNA或核糖體易于以非共價(jià)鍵結(jié)合；水解成GDP和Pi的反應(yīng)是釋放結(jié)合因子的信號(hào)

原核：IF2、EF-Tu、EF-G真核：eIF-2、eEf-1、eEf-2☆GTP是一種變構(gòu)因子⑵GTP水解釋放的能量提高核糖體結(jié)合氨酰-tRNA和移位的能力⑶GTP還有使翻譯準(zhǔn)確的功能☆為去除A位不正確的氨酰-t