第四章從mRNA到蛋白質(zhì)

第四章從mRNA到蛋白質(zhì)第一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日翻譯(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(guò)遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。第二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)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種氨基酸第三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日主要內(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(guò)程第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制第四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系1.遺傳密碼——三聯(lián)子2.tRNA3.核糖體第五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):

UAA，UAG，UGA

第六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日遺傳密碼表第七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）遺傳密碼的性質(zhì)1）簡(jiǎn)并性2）普遍性與特殊性3）連續(xù)性4）擺動(dòng)性第八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日1）簡(jiǎn)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(jiǎn)并（degeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。第九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日減少了變異對(duì)生物的影響第十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。第十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日生物密碼子線粒體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十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。3）連續(xù)性第十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日基因損傷引起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)。第十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日從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)。

第十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼子反向配對(duì)結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對(duì)中，前兩對(duì)嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)原則，第三對(duì)堿基有一定的自由度，可以“擺動(dòng)”，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動(dòng)性。4）擺動(dòng)性第十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日U擺動(dòng)配對(duì)第十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)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第十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(jí)結(jié)構(gòu)與二級(jí)結(jié)構(gòu)2、tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)：

“三葉草形”氨基酸臂第二十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日與密碼子配對(duì)連接氨基酸三級(jí)結(jié)構(gòu)：倒“L形”第二十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3.核糖體

核糖體是蛋白質(zhì)的合成部位，不同細(xì)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種第二十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

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(guò)程中各有專一的識(shí)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）——大亞基第二十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日原核生物翻譯過(guò)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)第二十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程第二十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程氨基酸活化肽鏈的起始、伸長(zhǎng)、終止新合成多肽鏈的折疊和加工第二十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

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+第二十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（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

氨基酸的活化第二十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日氨基酰-tRNA合成酶對(duì)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

第二十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日原核生物中，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第三十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

第三十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第三十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第三十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日指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。肽鏈的起始、伸長(zhǎng)、終止1）肽鏈的起始第三十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日肽鏈起始必需組分：

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）

第三十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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第三十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（2）30S小亞基通過(guò)SD序列與mRNA模板相結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-1第三十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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。

第三十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日IF-3IF-1IF-2GTP（3）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(duì)。AUG5'3'第三十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi（4）GTP水解，釋放翻譯起始因子，帶有tRNA、mRNA和3個(gè)翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合。AUG5'3'第四十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第四十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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；第四十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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（P124）。第四十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)程第四十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

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（進(jìn)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(dǎo)，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(guò)程。第四十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2第四十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日原核延長(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)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(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長(zhǎng)因子第四十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（1）AA-tRNA與核糖體A位點(diǎn)的結(jié)合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子第四十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第四十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日通過(guò)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)第五十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（2）肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化第五十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（3）移位核糖體向mRNA3’端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子第五十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日延長(zhǎng)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(dòng)。第五十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日f(shuō)MetAUG5'3'fMetTuGTP第五十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第五十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日3）肽鏈的終止當(dāng)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(guò)程稱為肽鏈合成終止。

第五十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日

RF1：識(shí)別終止密碼子UAA和UAG

終止因子RF2：識(shí)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(gè)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)第五十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日原核肽鏈合成終止過(guò)程第五十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日UAG5'3'RFCOO-第五十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。第六十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象第六十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日蛋白質(zhì)合成后加工和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制第三節(jié)第六十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日主要包括一、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(yùn)輸?shù)诹?yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日一）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第六十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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)第六十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2）二硫鍵的形成

mRNA中沒(méi)有胱氨酸的密碼子，蛋白質(zhì)中的二硫鍵是通過(guò)兩個(gè)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、羥基化和羧基化第六十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)程示意圖第六十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日二）蛋白質(zhì)合成抑制劑第六十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日三）蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)第六十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日蛋白性質(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(guò)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)第七十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日1、翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制信號(hào)肽假說(shuō)●信號(hào)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），長(zhǎng)度一般在13~36個(gè)殘基之間。第七十一頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日●信號(hào)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）。第七十二頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日●信號(hào)肽假說(shuō)內(nèi)容：

信號(hào)肽假說(shuō)認(rèn)為，編碼分泌蛋白的mRNA在翻譯時(shí)首先合成的是N末端帶有疏水氨基酸殘基的信號(hào)肽，它被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體識(shí)別并與之相結(jié)合。信號(hào)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，隨即被位于腔表面的信號(hào)肽酶水解，由于它的引導(dǎo)，新生的多肽就能夠通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)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(fù)原先的脂雙層結(jié)構(gòu)。

第七十三頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第七十四頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日新生蛋白質(zhì)通過(guò)同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過(guò)程第七十五頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日2、翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制第七十六頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(1)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)①在運(yùn)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(dǎo)肽組成，當(dāng)前體蛋白過(guò)膜時(shí)，前導(dǎo)肽被多肽酶水解，釋放成熟蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)通過(guò)線粒體內(nèi)膜的運(yùn)轉(zhuǎn)是個(gè)需能過(guò)程；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識(shí)別Hsp70或MSF等分子伴侶結(jié)合的待轉(zhuǎn)運(yùn)多肽，通過(guò)Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。

蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能量來(lái)自線粒體Hsp70引發(fā)的ATP水解和膜電位差第七十七頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日(2)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)：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。第七十八頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日（3）核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制第七十九頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日第八十頁(yè)，共八十七頁(yè)，2022年，8月28日復(fù)習(xí)體1．多數(shù)氨基酸都有兩個(gè)以上密碼子，下列哪組氨基酸