第四章 從mRNA到蛋白質(zhì)

翻譯(translation):即蛋白質(zhì)生物合成，是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。本文檔共86頁；當前第1頁；編輯于星期三\14點53分蛋白質(zhì)合成的場所是蛋白質(zhì)合成的模板是模板與氨基酸之間的接合體是蛋白質(zhì)合成的原料是核糖體mRNAtRNA20種氨基酸本文檔共86頁；當前第2頁；編輯于星期三\14點53分主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和運轉(zhuǎn)機制本文檔共86頁；當前第3頁；編輯于星期三\14點53分第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系1.遺傳密碼——三聯(lián)子2.tRNA3.核糖體本文檔共86頁；當前第4頁；編輯于星期三\14點53分1.遺傳密碼——三聯(lián)子（一）定義mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):

UAA，UAG，UGA

本文檔共86頁；當前第5頁；編輯于星期三\14點53分遺傳密碼表本文檔共86頁；當前第6頁；編輯于星期三\14點53分（二）遺傳密碼的性質(zhì)1）簡并性2）普遍性與特殊性3）連續(xù)性4）擺動性本文檔共86頁；當前第7頁；編輯于星期三\14點53分1）簡并性

由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并（degeneracy），對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。本文檔共86頁；當前第8頁；編輯于星期三\14點53分減少了變異對生物的影響本文檔共86頁；當前第9頁；編輯于星期三\14點53分2）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，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。本文檔共86頁；當前第10頁；編輯于星期三\14點53分生物密碼子線粒體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本文檔共86頁；當前第11頁；編輯于星期三\14點53分編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。3）連續(xù)性本文檔共86頁；當前第12頁；編輯于星期三\14點53分基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。本文檔共86頁；當前第13頁；編輯于星期三\14點53分從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

本文檔共86頁；當前第14頁；編輯于星期三\14點53分轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補與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。4）擺動性本文檔共86頁；當前第15頁；編輯于星期三\14點53分U擺動配對本文檔共86頁；當前第16頁；編輯于星期三\14點53分本文檔共86頁；當前第17頁；編輯于星期三\14點53分密碼子、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本文檔共86頁；當前第18頁；編輯于星期三\14點53分3′OHACCAC-GU-AC-GUG5′PCGC-GG-CCGCGGCCGUCAmCCφTUAGmCCGCGAAGDDGmGDDDAACmDAGAGCGAUGCAUAφCUGUAAATψ環(huán)CCA末端DHU環(huán)反密碼子反密碼子環(huán)酵母tRNA的一級結(jié)構(gòu)與二級結(jié)構(gòu)2、tRNA二級結(jié)構(gòu)：

“三葉草形”氨基酸臂本文檔共86頁；當前第19頁；編輯于星期三\14點53分與密碼子配對連接氨基酸三級結(jié)構(gòu)：倒“L形”本文檔共86頁；當前第20頁；編輯于星期三\14點53分3.核糖體

核糖體是蛋白質(zhì)的合成部位，不同細胞核糖體的組成：

原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)21種34種33種50種本文檔共86頁；當前第21頁；編輯于星期三\14點53分

在單個核糖體上，可化分多個功能活性中心，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●結(jié)合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亞基●結(jié)合或接受肽基tRNA的部位——大亞基●肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）——大亞基●形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）——大亞基本文檔共86頁；當前第22頁；編輯于星期三\14點53分原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)本文檔共86頁；當前第23頁；編輯于星期三\14點53分第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程本文檔共86頁；當前第24頁；編輯于星期三\14點53分蛋白質(zhì)生物合成過程氨基酸活化肽鏈的起始、伸長、終止新合成多肽鏈的折疊和加工本文檔共86頁；當前第25頁；編輯于星期三\14點53分氨基酸的活化必需組分：20種氨基酸20種或更多的tRNA20種氨酰-tRNA合成酶ATP,Mg2+本文檔共86頁；當前第26頁；編輯于星期三\14點53分（1）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化本文檔共86頁；當前第27頁；編輯于星期三\14點53分氨基酰-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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ser-tRNASerMet-tRNAMet

本文檔共86頁；當前第28頁；編輯于星期三\14點53分原核生物中，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（2）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA本文檔共86頁；當前第29頁；編輯于星期三\14點53分第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

本文檔共86頁；當前第30頁；編輯于星期三\14點53分第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E本文檔共86頁；當前第31頁；編輯于星期三\14點53分

tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP本文檔共86頁；當前第32頁；編輯于星期三\14點53分指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復合物。肽鏈的起始、伸長、終止1）肽鏈的起始本文檔共86頁；當前第33頁；編輯于星期三\14點53分肽鏈起始必需組分：

mRNAN-甲酰甲硫氨酸-tRNAmRNA上的起始密碼子（AUG）核糖體大、小亞基GTP,Mg2+起始因子（IF-1,IF-2,IF-3等）

本文檔共86頁；當前第34頁；編輯于星期三\14點53分IF-3IF-1翻譯起始(原核生物)為例又可被分成4步：（P122）

（1）核蛋白體大小亞基分離本文檔共86頁；當前第35頁；編輯于星期三\14點53分（2）30S小亞基通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-1本文檔共86頁；當前第36頁；編輯于星期三\14點53分S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可與核糖體小亞基16S-rRNA上富含嘧啶序列相結(jié)合。

本文檔共86頁；當前第37頁；編輯于星期三\14點53分IF-3IF-1IF-2GTP（3）在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。AUG5'3'本文檔共86頁；當前第38頁；編輯于星期三\14點53分IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi（4）GTP水解，釋放翻譯起始因子，帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結(jié)合。AUG5'3'本文檔共86頁；當前第39頁；編輯于星期三\14點53分IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi本文檔共86頁；當前第40頁；編輯于星期三\14點53分真核生物翻譯起始的特點●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合物；本文檔共86頁；當前第41頁；編輯于星期三\14點53分真核生物翻譯起始復合物形成(區(qū)別原核生物)

原核生物中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。而在真核生物中，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起始復合物（P124）。本文檔共86頁；當前第42頁；編輯于星期三\14點53分met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-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合物形成過程本文檔共86頁；當前第43頁；編輯于星期三\14點53分

肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結(jié)合（進位）、肽鍵的生成（成肽）和

移位（轉(zhuǎn)位）。

2）肽鏈的延伸指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。本文檔共86頁；當前第44頁；編輯于星期三\14點53分延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2本文檔共86頁；當前第45頁；編輯于星期三\14點53分原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子本文檔共86頁；當前第46頁；編輯于星期三\14點53分（1）AA-tRNA與核糖體A位點的結(jié)合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子本文檔共86頁；當前第47頁；編輯于星期三\14點53分本文檔共86頁；當前第48頁；編輯于星期三\14點53分通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)本文檔共86頁；當前第49頁；編輯于星期三\14點53分（2）肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化本文檔共86頁；當前第50頁；編輯于星期三\14點53分（3）移位核糖體向mRNA3’端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子本文檔共86頁；當前第51頁；編輯于星期三\14點53分延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。本文檔共86頁；當前第52頁；編輯于星期三\14點53分fMetAUG5'3'fMetTuGTP本文檔共86頁；當前第53頁；編輯于星期三\14點53分進位轉(zhuǎn)位成肽本文檔共86頁；當前第54頁；編輯于星期三\14點53分3）肽鏈的終止當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

本文檔共86頁；當前第55頁；編輯于星期三\14點53分

RF1：識別終止密碼子UAA和UAG終止因子RF2：識別終止密碼子UAA和UGA

RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋放（原核生物）真核生物只有一個終止因子（eRF）終止相關(guān)的蛋白因子稱為終止因子或釋放因子(releasefactor,RF)本文檔共86頁；當前第56頁；編輯于星期三\14點53分原核肽鏈合成終止過程本文檔共86頁；當前第57頁；編輯于星期三\14點53分UAG5'3'RFCOO-本文檔共86頁；當前第58頁；編輯于星期三\14點53分多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。本文檔共86頁；當前第59頁；編輯于星期三\14點53分電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象本文檔共86頁；當前第60頁；編輯于星期三\14點53分蛋白質(zhì)合成后加工和運轉(zhuǎn)機制第三節(jié)本文檔共86頁；當前第61頁；編輯于星期三\14點53分主要包括一、蛋白質(zhì)前體的加工二、蛋白質(zhì)合成抑制劑三、蛋白質(zhì)運輸本文檔共86頁；當前第62頁；編輯于星期三\14點53分一）蛋白質(zhì)前體的加工

1、N端fMet或Met的切除2、二硫鍵的形成3、特定氨基酸的修飾4、切除新生肽鏈中非功能片段本文檔共86頁；當前第63頁；編輯于星期三\14點53分1）N端fMet或Met的切除新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)本文檔共86頁；當前第64頁；編輯于星期三\14點53分2）二硫鍵的形成

mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，蛋白質(zhì)中的二硫鍵是通過兩個半胱氨酸的-SH基氧化生成的3）特定氨基酸的修飾

磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化本文檔共86頁；當前第65頁；編輯于星期三\14點53分4）切除新生肽鏈中非功能片段前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖本文檔共86頁；當前第66頁；編輯于星期三\14點53分二）蛋白質(zhì)合成抑制劑本文檔共86頁；當前第67頁；編輯于星期三\14點53分三）蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)本文檔共86頁；當前第68頁；編輯于星期三\14點53分蛋白性質(zhì)運轉(zhuǎn)機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-運轉(zhuǎn)同步機制運輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉(zhuǎn)機制運輸核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成兩種機制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì)本文檔共86頁；當前第69頁；編輯于星期三\14點53分1、翻譯-運轉(zhuǎn)同步機制信號肽假說●信號肽：常指新合成多肽鏈中用于指導蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移的N-末端氨基酸序列（有時不一定在N端），長度一般在13~36個殘基之間。本文檔共86頁；當前第70頁；編輯于星期三\14點53分●信號序列特點：（1）一般帶有10-15個疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。本文檔共86頁；當前第71頁；編輯于星期三\14點53分●信號肽假說內(nèi)容：信號肽假說認為，編碼分泌蛋白的mRNA在翻譯時首先合成的是N末端帶有疏水氨基酸殘基的信號肽，它被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體識別并與之相結(jié)合。信號肽經(jīng)由膜中蛋白質(zhì)形成的孔道到達內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，隨即被位于腔表面的信號肽酶水解，由于它的引導，新生的多肽就能夠通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進入腔內(nèi)，最終被分泌到胞外。翻譯結(jié)束后，核糖體亞基解聚、孔道消失，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜又恢復原先的脂雙層結(jié)構(gòu)。

本文檔共86頁；當前第72頁；編輯于星期三\14點53分本文檔共86頁；當前第73頁；編輯于星期三\14點53分新生蛋白質(zhì)通過同步轉(zhuǎn)運途徑進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程本文檔共86頁；當前第74頁；編輯于星期三\14點53分2、翻譯后運轉(zhuǎn)機制本文檔共86頁；當前第75頁；編輯于星期三\14點53分(1)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)①在運轉(zhuǎn)前大多以前體形式存在，由成熟蛋白質(zhì)和位于N端的一段前導肽組成，當前體蛋白過膜時，前導肽被多肽酶水解，釋放成熟蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜的運轉(zhuǎn)是個需能過程；運轉(zhuǎn)時，首先由外膜上的Tom受體復合蛋白識別Hsp70或MSF等分子伴侶結(jié)合的待轉(zhuǎn)運多肽，通過Tom和Tim組成的膜通道進入線粒體內(nèi)腔。

蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)時的能量來自線粒體Hsp70引發(fā)的ATP水解和膜電位差本文檔共86頁；當前第76頁；編輯于星期三\14點53分(2)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運轉(zhuǎn)特點：①活性蛋白水解酶位于葉綠體基質(zhì)內(nèi)②葉綠體膜能夠特異地與葉綠體蛋白的前體結(jié)合③葉綠體蛋白質(zhì)前體內(nèi)可降解序列因植物和蛋白質(zhì)種類不同而表現(xiàn)出明顯的差異。本文檔共86頁；當前第77頁；編輯于星期三\14點53分（3）核定位蛋白的