生物信息的傳遞下從到蛋白質(zhì)

關(guān)于生物信息的傳遞下從到蛋白質(zhì)1

翻譯：指將mRNA鏈上的核甘酸從一個特定的起始位點開始，按每三個核甘酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。(1)翻譯的起始核糖體與mRNA結(jié)合并與氨?！猼RNA生成起始復(fù)合物；(2)肽鏈的延伸由于核糖體沿mRNA5'端向3'端移動，開始了從N端向C端的多肽合成，這是蛋白質(zhì)合成過程中速度最快的階段；(3)肽鏈的終止及釋放核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備新一輪合成反應(yīng)。第2頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共147頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(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種氨基酸第4頁,共147頁，2024年2月25日，星期天在合成的各個階段還有許多蛋白質(zhì)、酶和其他生物大分子參與在真核生物細(xì)胞中有70種以上的核糖體蛋白質(zhì)，20種以上的氨?！猼RNA合成酶(AA—tRNA合成酶)10多種起始因子、延伸因子及終止因子，50種左右的tRNA，各種rRNA、mRNA100種以上翻譯后加工酶參與蛋白質(zhì)合成和加工過程。蛋白質(zhì)合成是一個需能反應(yīng)，要有各種高能化合物的參與在真核生物中有將近300種生物大分子與蛋白質(zhì)的生物合成有關(guān)，細(xì)胞用來進(jìn)行合成代謝的總能量的90％消耗在蛋白質(zhì)合成過程中，而參與蛋白質(zhì)合成的各種組分約占細(xì)胞干重的35％。第5頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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)合成的過程●蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents第6頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、遺傳密碼——三聯(lián)子（一）三聯(lián)子密碼定義

mRNA鏈上每三個核甘酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核甘酸就稱為密碼子或三聯(lián)子密碼(tripletcoden)

。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’第7頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（二）三聯(lián)子密碼破譯mRNA5′AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列第8頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

為什么3個核苷酸決定一個氨基酸呢？

mRNA中只有4種核苷酸，而蛋白質(zhì)中有20種氨基酸，若以一種核苷酸代表一種氨基酸，只能代表4種(4^1=4)。若以兩種核苷酸作為一個密碼（二聯(lián)子），能代表4^2=16種氨基酸。而假定以3個核苷酸代表一個氨基酸，則可以有4^3=64種密碼，滿足了編碼20種氨基酸的需要。三聯(lián)子密碼第9頁,共147頁，2024年2月25日，星期天50-60年代破譯遺傳密碼方面的三項重要成果：

（1）PaulZamecnik等人證實細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的場所。他們把放射性標(biāo)記的氨基酸注射到大鼠體內(nèi)，經(jīng)過一段時間后取其肝臟，進(jìn)行蔗糖梯度沉淀并分析各種細(xì)胞成份中的放射性蛋白質(zhì)。

如果注射后經(jīng)數(shù)小時（或數(shù)天）收獲肝臟，所有細(xì)胞成份中都帶有放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì);

如果注射后幾分鐘內(nèi)即收獲肝臟，那么，放射性標(biāo)記只存在于含有核糖體顆粒的細(xì)胞質(zhì)成份中。遺傳密碼的破譯第10頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2）FrancisCrick等人第一次證實只有用三聯(lián)子密碼的形式才能把包含在由AUGC四個字母組成遺傳信息（核酸）準(zhǔn)確無誤地翻譯成由20種不同氨基酸組成的蛋白質(zhì)序列，實現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)。

實驗1:

用吖啶類試劑（誘導(dǎo)核苷酸插入或丟失）處理T4噬菌體rII位點上的兩個基因，使之發(fā)生移碼突變（frame-shift），就生成完全不同的、沒有功能的蛋白質(zhì)。

第11頁,共147頁，2024年2月25日，星期天密碼子的實驗證明第12頁,共147頁，2024年2月25日，星期天實驗2:

研究煙草壞死衛(wèi)星病毒發(fā)現(xiàn)，其外殼蛋白亞基由400個氨基酸組成，相應(yīng)的RNA片段長1200個核苷酸，與密碼三聯(lián)子體系正好相吻合。第13頁,共147頁，2024年2月25日，星期天實驗3:

以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。在含有tRNA、核糖體、AA-tRNA合成酶及其它蛋白質(zhì)因子的細(xì)胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作為模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分時又能合成新的肽鏈，新生肽鏈的氨基酸順序由外加的模板來決定。

1961年，Nirenberg等以poly（U）作模板時發(fā)現(xiàn)合成了多聚苯丙氨酸，從而推出UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以poly（C）及poly（A）做模板分別得到多聚脯氨酸(Pro)和多聚賴氨酸(Lys)。第14頁,共147頁，2024年2月25日，星期天實驗4:

以特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由2個氨基酸組成的多肽，

5‘…UGUGUGUGUGUGUGUGUG…3’,不管讀碼從U開始還是從G開始，都只能有UGU（半胱氨酸,Cys）及GUG（纈氨酸,Val）兩種密碼子。第15頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

實驗5:

以共聚三核苷酸作為模板可得到有3種氨基酸組成的多肽。如以多聚（UUC）為模板，可能有3種起讀方式：

5’…UUCUUCUUCUUCUUC…3’或5’…UCUUCUUCUUCUUCU…3’或5‘…CUUCUUCUUCUUCUU…3’分別產(chǎn)生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.

多聚三核苷酸為模板時也可能只合成2種多肽：5’…GUAGUAGUAGUAGUA…3’或5’…UAGUAGUAGUAGUAG…3’

或5’…AGUAGUAGUAGUAGU…3’由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，因此，只產(chǎn)生GUA（纈氨酸,Val）或AGU（絲氨酸,Ser）。第16頁,共147頁，2024年2月25日，星期天實驗6:

以隨機共聚物指導(dǎo)多肽合成。Nirenberg及Ochoa等又用各種隨機的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含A、C的多聚核苷酸作模板，任意排列時可出現(xiàn)8種三聯(lián)子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，獲得由天冬酰胺(Asn)、(組氨酸)His、脯氨酸(Pro)、谷胺酰胺(Gln)、蘇氨酸(Thr)、賴氨酸(Lys)等6種氨基酸組成的多肽。第17頁,共147頁，2024年2月25日，星期天3）氨基酸的“活化”與核糖體結(jié)合技術(shù)。

如果把氨基酸與ATP和肝臟細(xì)胞質(zhì)共培養(yǎng)，氨基酸就會被固定在某些熱穩(wěn)定且可溶性RNA分子（transferRNA，tRNA）上?，F(xiàn)將氨基酸活化后的產(chǎn)物稱為氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA），并把催化該過程的酶稱為氨基酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNASynthetase）。

以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等為模板，在含核糖體、AA-tRNA的反應(yīng)液中保溫后通過硝酸纖維素濾膜，只有游離的AA-tRNA因相對分子質(zhì)量小而通過濾膜，而核糖體或與核糖體結(jié)合的AA-tRNA則留在濾膜上，這樣可把已結(jié)合與未結(jié)合的AA-tRNA分開。第18頁,共147頁，2024年2月25日，星期天氨基酸是蛋白質(zhì)合成的原料，常見的有20種氨基酸，稱α-氨基酸；氨基酸CCOONH3RH+-.結(jié)構(gòu)通式：氨基酸是兼性離子，不同種氨基酸，R基的不同，帶電情況不一樣，各性質(zhì)也有所差異。第19頁,共147頁，2024年2月25日，星期天氨基酸20種氨基酸主要特征分析第20頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●至1966年，20種氨基酸對應(yīng)的61個密碼子和三個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。第21頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（三）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）。第22頁,共147頁，2024年2月25日，星期天減少了變異對生物的影響終止密碼子:UAA,UGA,UAG第23頁,共147頁，2024年2月25日，星期天1:甲硫氨酸(ATG),色氨酸(UGG)2:9種;3:異亮氨酸;4:5種;6:精氨酸,亮氨酸,絲氨酸第24頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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例外第25頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

簡述密碼的簡并性（degeneracy)和同義密碼子（synonymouscodon)

武漢大學(xué)2003年試題第26頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（三）遺傳密碼的性質(zhì)2、通用性與特殊性蛋白質(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。第27頁,共147頁，2024年2月25日，星期天生物密碼子線粒體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第28頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（三）遺傳密碼的性質(zhì)3、連續(xù)性編碼蛋白質(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重疊。第29頁,共147頁，2024年2月25日，星期天基因損傷引起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(frameshiftmutation)。第30頁,共147頁，2024年2月25日，星期天從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，稱為可譯框架(openreadingframe,ORF)或可讀框。

第31頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（三）遺傳密碼的性質(zhì)4、擺動性轉(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(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。第32頁,共147頁，2024年2月25日，星期天U擺動配對第33頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共147頁，2024年2月25日，星期天密碼子、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第35頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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)合成的過程●蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents第36頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA的結(jié)構(gòu)、功能與種類

tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，為每個三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體，為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供了運送載體，它又被稱為第二遺傳密碼。tRNA參與多種反應(yīng)，并與多種蛋白質(zhì)和核酸相互識別，這就決定了它們在結(jié)構(gòu)上存在大量的共性。第37頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（一）tRNA的結(jié)構(gòu)1、二級結(jié)構(gòu)：三葉草形第38頁,共147頁，2024年2月25日，星期天由于小片段堿基互補配對，三葉草形tRNA分子上有4條根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)或已知功能命名的手臂：受體臂(acceptorarm)，主要由鏈兩端序列堿基配對形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3'端未配對的3~4個堿基所組成，其3'端的最后3個堿基序列永遠(yuǎn)是CCA，最后一個堿基的3'或2'自由羥基(一OH)可以被氨?；Ｆ溆嗍直劬蓧A基配對產(chǎn)生的桿狀結(jié)構(gòu)和無法配對的套索狀結(jié)構(gòu)所組成，TψC臂是根據(jù)3個核苷酸命名的，其中ψ表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸。反密碼子臂是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。D臂是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶(dihydrouracil)命名的。第39頁,共147頁，2024年2月25日，星期天與氨基酸結(jié)合多余臂是區(qū)分tRNA的主要特征所有的tRNA都能與核糖體的P位點和A位點結(jié)合。通過反密碼子：密碼子的配對與mRNA結(jié)合，而3’端恰好將氨基酸送到正在延伸的多肽上。第40頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA的結(jié)構(gòu)、功能與種類

（一）tRNA的結(jié)構(gòu)2、三級結(jié)構(gòu)：“L”形氫鍵第41頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共147頁，2024年2月25日，星期天（二）tRNA的功能1、解讀mRNA的遺傳信息2、運輸?shù)墓ぞ?，運載氨基酸t(yī)RNA有兩個關(guān)鍵部位：●3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA?！衽cmRNA結(jié)合部位—反密碼子部位第44頁,共147頁，2024年2月25日，星期天3’5’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。第45頁,共147頁，2024年2月25日，星期天如何證明模板mRNA特異性識別tRNA而非氨基酸?14C-Cys+tRNACys+ATP→14C–Cys-tRNACys+AMP+PPi14C-Cys-tRNACys→14C–Ala-tRNACysNi蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)第46頁,共147頁，2024年2月25日，星期天1、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。第47頁,共147頁，2024年2月25日，星期天真核生物：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：起始密碼子AUG所編碼的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA為fMet-tRNAfMet第48頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2、同工tRNA（三）tRNA的種類

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。第49頁,共147頁，2024年2月25日，星期天3、校正tRNA（三）tRNA的種類第50頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

無義突變：在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因中，一個核苷酸的改變可能使代表某個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，這種突變就稱為無義突變。

錯義突變：由于結(jié)構(gòu)基因中某個核甘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，這種基因突變叫錯義突變。

GGA（甘氨酸）AGA（精氨酸）第51頁,共147頁，2024年2月25日，星期天無義突變第52頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第53頁,共147頁，2024年2月25日，星期天錯義抑制第54頁,共147頁，2024年2月25日，星期天氨?！猼RNA合成酶氨?！猼RNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶，其反應(yīng)式如下：AA+tRNA+ATP→AA—tRNA+AMP+PPi它實際上包括兩步反應(yīng)：第一步是氨基酸活化生成酶—氨酰腺苷酸復(fù)合物。AA+ATP+酶(E)→E—AA—AMP+PPi第二步是氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3'末端腺苷殘基的2'或3'—羥基上。E—AA—AMP+tRNA→AA—tRNA+E+AMP第55頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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)合成的過程●蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents第56頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能核糖體像一個能沿mRNA模板移動的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。它是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）組成的亞細(xì)胞顆粒。一個細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)10^6個，在未成熟的蟾蜍卵細(xì)胞內(nèi)則高達(dá)10^12。核糖體和它的輔助因子為蛋白質(zhì)合成提供了必要條件。核糖體可以散布在細(xì)胞質(zhì)中，稱為自由核糖體；也可以與細(xì)胞質(zhì)中的膜結(jié)構(gòu)結(jié)合，稱為膜結(jié)合核糖體。兩種核糖體合成的蛋白質(zhì)以不同的方式被轉(zhuǎn)運。第57頁,共147頁，2024年2月25日，星期天結(jié)合核糖體第58頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體由蛋白質(zhì)和核糖體RNA(tRNA)組成。核糖體蛋白約占原核細(xì)胞總蛋白的10%，占細(xì)胞內(nèi)總RNA80%。真核生物中，比重有所下降，但仍占據(jù)總RNA絕大部分。核糖體的含量與細(xì)胞蛋白質(zhì)合成活性有關(guān)。第59頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體成分大亞基約為小亞基相對分子質(zhì)量的兩倍。每個亞基包含一個主要的rRNA成分和許多不同功能的蛋白質(zhì)分子，這些分子大都以單拷貝的形式存在。大亞基除了含有主要rRNA組分外，還有一些相對分子質(zhì)量較小的RNA。第60頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體成分第61頁,共147頁，2024年2月25日，星期天沉降系數(shù)沉降系數(shù)：顆粒在單位離心力場中粒子移動的速度。沉降系數(shù)是以時間表示的。蛋白質(zhì)，核酸等生物大分子的S實際上時常在10-13秒左右，故把沉降系數(shù)10-13

秒稱為一個Svedberg單位，簡寫S，量綱為秒。第62頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（一）核糖體的結(jié)構(gòu)核糖體是一個致密的核糖核蛋白顆粒，可以解離為兩個亞基，每個亞基都含有一個相對分子質(zhì)量較大的rRNA和許多不同的蛋白質(zhì)分子。這些大分子rRNA能在特定位點與蛋白質(zhì)結(jié)合，從而完成核糖體不同亞基的組裝。原核生物核糖體由約2/3的RNA及1/3的蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中RNA占3／5，蛋白質(zhì)占2／5。第63頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共147頁，2024年2月25日，星期天rRNA—核糖體RNA5SrRNA16SrRNA23SrRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNA第65頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體的組成第66頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（二）核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)第68頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體的功能在多肽合成過程中，不同的tRNA將相應(yīng)的氨基酸帶到蛋白質(zhì)合成部位，并與mRNA進(jìn)行專一性的相互作用，以選擇對信息專一的AA—tRNA。核糖體還必須能同時容納另一種攜帶肽鏈的tRNA，即肽基—tRNA(peptidyl—tRNA)，并使之處于肽鍵易于生成的位置上。第69頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體的活性中心核糖體上有不止一個的活性中心，每一個這樣的中心都由一組特殊的蛋白質(zhì)構(gòu)成。雖然有些蛋白質(zhì)本身具有催化功能，但若將它們從核糖體上分離出來時，催化功能就會完全消失。核糖體是一個許多酶的集合體，單個酶或蛋白只有在這個總體結(jié)構(gòu)內(nèi)才擁有催化性質(zhì)，它們在這一結(jié)構(gòu)中共同承擔(dān)了蛋白質(zhì)生物合成的任務(wù)核糖體中許多蛋白質(zhì)(可能還包括rRNA)的主要功能可能就是建立這種總體結(jié)構(gòu)，使各個活性中心處于適當(dāng)?shù)南嗷f(xié)調(diào)的關(guān)系之中。第70頁,共147頁，2024年2月25日，星期天活性中心mRNA結(jié)合部位結(jié)合或接受AA—tRNA部位(A位)結(jié)合或接受肽基tRNA的部位肽基轉(zhuǎn)移部位(P位)形成肽鍵的部位(轉(zhuǎn)肽酶中心)。此外，還應(yīng)有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點。第71頁,共147頁，2024年2月25日，星期天活性功能位置核糖體小亞基負(fù)責(zé)對模板mRNA進(jìn)行序列特異性識別，如起始部分的識別、密碼子與反密碼子的相互作用等，mRNA的結(jié)合位點也在小亞基上。大腸桿菌中與翻譯的真實性有關(guān)的蛋白質(zhì)S4及S12也屬小亞基。大亞基負(fù)責(zé)攜帶氨基酸及tRNA的功能，肽鍵的形成、AA—tRNA、肽基—tRNA的結(jié)合等，A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等主要在大亞基上。第72頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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)合成的過程●蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents第74頁,共147頁，2024年2月25日，星期天四、蛋白質(zhì)合成的過程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)前體的加工第75頁,共147頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)合成各階段所需物質(zhì)第76頁,共147頁，2024年2月25日，星期天(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第77頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第一步:氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

錄第78頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第二步:氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的3’-OH端上,形成氨基酰-tRNA氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第79頁,共147頁，2024年2月25日，星期天氨基酰-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：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第80頁,共147頁，2024年2月25日，星期天原核生物中，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第81頁,共147頁，2024年2月25日，星期天tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第82頁,共147頁，2024年2月25日，星期天(二)翻譯的起始指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(fù)合物(translationalinitiationcomplex)

第83頁,共147頁，2024年2月25日，星期天原核生物的起始tRNA是fMet-tRNA翻譯的起始fMet以細(xì)菌為例，講解原核生物翻譯的起始所需成分：30S小亞基、50S大亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3.

翻譯起始分為三步完成。第84頁,共147頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復(fù)合物形成)又可被分成3步：1.核蛋白體大小亞基分離第85頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2、30S小亞基通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。AUG5'3'IF-3IF-1第86頁,共147頁，2024年2月25日，星期天S-D序列第87頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第88頁,共147頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1IF-2GTP3.在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進(jìn)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'第89頁,共147頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。AUG5'3'第90頁,共147頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第91頁,共147頁，2024年2月25日，星期天翻譯的起始真核生物中，任何一條多肽鏈都是從生成甲硫氨酸—tRNAi開始，因為甲硫氨酸的特殊性，體內(nèi)存在兩種tRNA。只有甲硫氨酸—tRNAi才能與40S小亞基相結(jié)合，起始肽鏈合成，普通tRNAi中攜帶的甲硫氨酸只能被別摻入正在延伸的肽鏈中。真核生物的翻譯起始機制與原核生物基本相同，差異主要是核糖體較大，有較多的起始因子參與。MetMetMet真核生物的起始tRNA是Met-tRNAMet第92頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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(fù)合物；第93頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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(fù)合物。第94頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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(fù)合物形成過程第95頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

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、肽鍵的生成和移位。

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)肽鏈的延伸第96頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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兩種延伸因子第97頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第98頁,共147頁，2024年2月25日，星期天通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復(fù)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)第99頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2、肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化

第100頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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延伸因子第101頁,共147頁，2024年2月25日，星期天延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。第102頁,共147頁，2024年2月25日，星期天fMetAUG5'3'fMetTuGTP第103頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第104頁,共147頁，2024年2月25日，星期天原核肽鏈合成終止過程

（四）肽鏈的終止終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時，沒有相應(yīng)的AA—tRNA能與之結(jié)合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之間的二酯鍵新生的肽鏈和tRNA從核糖體上釋放，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。第105頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

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）一旦RF與終止密碼相結(jié)合，它們就能誘導(dǎo)肽基轉(zhuǎn)移酶把一個水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽鏈上。真核生物只有一個終止因子（eRF）第106頁,共147頁，2024年2月25日，星期天(五)蛋白質(zhì)前體的加工1、N端fMet或Met的切除第107頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第108頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2、二硫鍵的形成兩個半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫鍵氧化第109頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二硫鍵的形成第110頁,共147頁，2024年2月25日，星期天特定氨基酸的修飾磷酸化(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)羧基化……第111頁,共147頁，2024年2月25日，星期天生物體內(nèi)常見的修飾第112頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第113頁,共147頁，2024年2月25日，星期天切除新生肽鏈中非功能片段第114頁,共147頁，2024年2月25日，星期天(六)蛋白質(zhì)合成抑制劑第115頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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)合成的過程●蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents第116頁,共147頁，2024年2月25日，星期天五、蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制第117頁,共147頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)可分為兩大類:1、翻譯運轉(zhuǎn)同步機制：蛋白質(zhì)的合成和運轉(zhuǎn)同時發(fā)生;2、翻譯后運轉(zhuǎn)機制：蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運轉(zhuǎn)第118頁,共147頁，2024年2月25日，星期天蛋白性質(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(xì)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(xì)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)幾種主要蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運機制第119頁,共147頁，2024年2月25日，星期天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(dǎo)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）。第120頁,共147頁，2024年2月25日，星期天信號肽第121頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●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）。第122頁,共147頁，2024年2月25日，星期天●信號肽假說內(nèi)容：

編碼分泌蛋白的mRNA合成信號肽，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(dá)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，隨即被信號肽酶水解，新生的多肽就能夠通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)，最終被分泌到胞外。第123頁,共147頁，2024年2月25日，星期天SRP(信號識別蛋白)DP(?？康鞍祝址QSRP受體蛋白)第124頁,共147頁，2024年2月25日，星期天關(guān)于信號肽假說的結(jié)論完整的信號肽是保證蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的必要條件僅有信號肽還不足以保證蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)發(fā)生信號序列的切除并不是運轉(zhuǎn)所必須的并非所有的運轉(zhuǎn)蛋白都有可降解的信號肽第125頁,共147頁，2024年2月25日，星期天新生蛋白質(zhì)通過同步轉(zhuǎn)運途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程①核糖體組裝、翻譯起始②位于蛋白質(zhì)N端的信號肽序列首先被翻譯③SRP與核糖體、GTP以及帶有信號肽的新生蛋白質(zhì)相結(jié)合，暫時中止肽鏈延伸④核糖體-SRP復(fù)合物與膜上的受體相結(jié)合⑤GTP水解，釋放SRP并進(jìn)入新一輪循環(huán)⑥肽鏈重新開始延伸并不斷向內(nèi)腔運輸⑦信號肽被切除⑧多肽合成結(jié)束，核糖體解離并恢復(fù)到翻譯起始前的狀態(tài)第126頁,共147頁，2024年2月25日，星期天2、翻譯后運轉(zhuǎn)機制與在同步轉(zhuǎn)運機制中存在信號肽相比，翻譯后轉(zhuǎn)運機制中，存在有前導(dǎo)肽。前導(dǎo)肽的作用與性質(zhì)作用：使新生蛋白質(zhì)被識別后，由前體轉(zhuǎn)變成成熟蛋白。一般性質(zhì)：帶正電荷的堿性氨基酸含量非常豐富，它們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α-螺旋結(jié)構(gòu)的能力。第127頁,共147頁，2024年2月25日，星期天

前導(dǎo)肽的作用與性質(zhì)第128頁,共147頁，2024年2月25日，星期天。①前導(dǎo)肽(leaderpeptide)。②需能過程；③蛋白質(zhì)通過線粒體膜運轉(zhuǎn)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)合的待運轉(zhuǎn)多肽通過Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第129頁,共147頁，2024年2月25日，星期天線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運前導(dǎo)肽與線粒體膜上的復(fù)合受體結(jié)合，打開膜通道前導(dǎo)肽切除后，多肽變成有活性蛋白質(zhì)第130頁,共147頁，2024年2月25日，星期天葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運與線粒體轉(zhuǎn)運類似，葉綠體中也存在有前導(dǎo)肽。所不同的是，蛋白質(zhì)進(jìn)入葉綠體要經(jīng)過兩層膜結(jié)構(gòu)：葉綠體雙層膜、類囊體膜。蛋白質(zhì)跨過葉綠體膜進(jìn)入基質(zhì)，切除部分前導(dǎo)肽跨類囊體膜，切除另一部分前導(dǎo)肽，經(jīng)折疊后，蛋白質(zhì)成熟第131頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核蛋白的轉(zhuǎn)運機制核定位蛋白的特殊之處在于它的信號肽-----稱做核定位序列（NLS）一般不被切除。這一過程需要核轉(zhuǎn)運因子αβ和一個相對分子質(zhì)量較低的GTP酶。α亞基與核定位序列結(jié)合，β亞基結(jié)合在α上在GTP水解釋放能量下，復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核后，αβ解離αβ進(jìn)入下一輪循環(huán)第132頁,共147頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的降解當(dāng)細(xì)胞中出現(xiàn)錯誤的蛋白質(zhì)或半衰期很短的蛋白質(zhì)時，蛋白酶被激活蛋白質(zhì)的半衰期不等,和N端殘基有一定關(guān)系,如下表:第133頁,共147頁，2024年2月25