從mRNA到蛋白質(zhì)課件

第四章生物信息的傳遞（下）

——從mRNA到蛋白質(zhì)本章主要內(nèi)容遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA核糖體蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制第四章生物信息的傳遞（下）

從mRNA到蛋白質(zhì)翻譯(translation)是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。第一節(jié)遺傳密碼密碼（也稱為三聯(lián)子密碼，codon）：mRNA上每3個核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個氨基酸，這3個核苷酸就稱為密碼。一、三聯(lián)子密碼及其破譯遺傳密碼具有以下特點：①連續(xù)性；②

簡并性；③通用性與特殊性；在線粒體或葉綠體中特殊④密碼子與反密碼子的相互作用；擺動假說；二、遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的簡并性和通用性簡并：由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子擺動假說——1966年Crick反密碼對密碼的識別，通常也是根據(jù)堿基互補原則，即A—U，G—C配對。但反密碼的第一個核苷酸與第三核苷酸之間的配對，并不嚴(yán)格遵循堿基互補原則。如反密碼第一個核苷酸為Ⅰ，則可與A、U或C配對，如為U，則可與A或G配對，這種配對稱為不穩(wěn)定配對。反密碼子第一位是A或C時，只能識別一種密碼子反密碼子第一位是U或G時，可識別兩種密碼子

根據(jù)擺動假說，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”，因而使某些tRNA可以識別1個以上的密碼子。本章主要內(nèi)容遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA核糖體蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制在氨基酸t(yī)RNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酸t(yī)RNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。tRNA反密碼環(huán)中部的三個核苷酸構(gòu)成三聯(lián)體，可以識別mRNA上相應(yīng)的密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼子(anticoden)。第二節(jié)tRNA2.tRNA的種類起始tRNA：特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA延伸tRNA：起始密碼子以外的其他tRNA同工tRNA：由于一種氨基酸可能有多個密碼子，為了識別也就有多個tRNA，即代表同一種氨基酸的多個tRNA校正tRNA：通過反密碼子區(qū)的改變把正確的氨基酸加到肽鏈上，合成正常的蛋白質(zhì)。該酶存在于胞液中，與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)。每種氨基酰tRNA合成酶對相應(yīng)氨基酸以及攜帶氨基酸的數(shù)種tRNA具有高度特異性，這是保證tRNA能夠攜帶正確的氨基酸對號入座的必要條件。目前認(rèn)為，該酶對tRNA的識別，是因為在tRNA的氨基酸臂上存在特定的識別密碼，即第二套遺傳密碼。

氨基酰tRNA合成酶本章主要內(nèi)容遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA核糖體蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制核糖體（Ribosome），細(xì)胞器的一種，為橢球形的粒狀小體。在1953年由Ribinson和Broun用電鏡觀察植物細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)胞質(zhì)中存在一種顆粒物質(zhì)。1955年P(guān)alade在動物細(xì)胞中也看到同樣的顆粒，進(jìn)一步研究了這些顆粒的化學(xué)成份和結(jié)構(gòu)。1958年Roberts根據(jù)化學(xué)成份命名為核糖核蛋白體，簡稱核糖體，又稱核蛋白體。核糖體除哺乳類成熟的紅細(xì)胞外，一切活細(xì)胞(真核細(xì)胞、原核細(xì)胞)中均有，它是進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的重要細(xì)胞器，在快速增殖、分泌功能旺盛的細(xì)胞中尤其多。第三節(jié)核糖體核蛋白體的組裝大腸桿菌核蛋白體的空間結(jié)構(gòu)為一橢圓球體，其30S亞基呈啞鈴狀，50S亞基帶有三角，中間凹陷形成空穴，將30S小亞基抱住，兩亞基的結(jié)合面為蛋白質(zhì)生物合成的場所。

rRNA原核生物5SrRNA：保守序列CGAAC與tRNA分子TψC環(huán)上的GTψCG，是5SrRNA與tRNA識別序列；另一保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，與23SrRNA中的一段序列互補，是5SrRNA與50S核糖體大亞基相互作用的位點。16SrRNA：3’端ACCUCCUUA，與mRNA5'端翻譯起始區(qū)富含嘌呤的序列互補；還有一段與23SrRNA互補的序列，在30S與50S亞基的結(jié)合中起作用。23SrRNA：存在一段與tRNAMet序列互補的片段，近5'端有一段12個核苷酸的序列與5SrRNA互補真核生物5.8SrRNA：保守序列CGAAC可能是5SrRNA與tRNA識別序列?？赡芘c原核生物

的5SrRNA具有相似的功能。18SrRNA：酵母18SrRNA3'端與大腸桿菌

16SrRNA有廣泛的同源性。28SrRNA：功能不清楚

rRNAA位點：新到來的氨酰-tRNA的結(jié)合位點。P位點：肽酰-tRNA的結(jié)合位點。E位點：延伸過程中多肽鏈轉(zhuǎn)移到氨酰-tRNA上釋放tRNA的位點，即去氨酰-tRNA通過E位點脫出，被釋放到核糖體外的細(xì)胞質(zhì)中。

核糖體有3個tRNA結(jié)合位點這是一些與多肽鏈合成起動有關(guān)的蛋白因子。原核生物中存在3種起動因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起動因子（eIF）。其作用主要是促進(jìn)核蛋白體小亞基與起動tRNA及模板mRNA結(jié)合。

起動因子（IF）原核生物中存在3種延長因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2種（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白的受體，并可促進(jìn)移位過程。延長因子（EF）原核生物中有4種，在真核生物中只有1種。其主要作用是識別終止密碼，協(xié)助多肽鏈的釋放。釋放因子（RF）多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，并需Mg2+、K+參與。氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

供能物質(zhì)和無機(jī)離子本章主要內(nèi)容遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA核糖體蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制第四節(jié)蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制

蛋白質(zhì)生物合成過程包括三大步驟：①氨基酸的活化與搬運；②活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；

翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的終止③多肽鏈合成后的加工修飾。一、氨基酸的活化與搬運

氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反應(yīng)過程為：在此反應(yīng)中，特異的tRNA3′端CCA上的2′或3′位自由羥基與相應(yīng)的活化氨基酸以酯鍵相連接，形成氨基酸t(yī)RNA，從而使活化氨基酸能夠被搬運至核蛋白體上參與多肽鏈的合成。氨基酸t(yī)RNA的合成，可使氨基酸①活化；②搬運；③定位。二、活化氨基酸的縮合——核蛋白體循環(huán)

活化氨基酸縮合生成多肽鏈的過程在核蛋白體上進(jìn)行。活化氨基酸在核蛋白體上反復(fù)翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核蛋白體循環(huán)。核蛋白體循環(huán)過程可分為起動、延長和終止三個階段，這三個階段在原核生物和真核生物類似，現(xiàn)以原核生物中的過程加以介紹。30S小亞基首先與翻譯起動因子（IF-1、IF-3）結(jié)合，通過SD序列與mRNA模板結(jié)合在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。帶有tRNA、mRNA，三個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，GTP被水解，釋放翻譯起始因子。（一）翻譯起始階段：原核mRNA的起動部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為SD序列（核蛋白體結(jié)合位點，RBS），可被核蛋白體小亞基辨認(rèn)結(jié)合。真核生物中的mRNA具有帽子結(jié)構(gòu)，已知需一種特殊的帽子結(jié)合蛋白（CBP）以識別此結(jié)構(gòu)。真核生物翻譯起始復(fù)合體真核生物蛋白質(zhì)合成的機(jī)制與原核生物基本相同，其差異主要核糖體較大，有較多的起始因子參與，其mRNA分子5'端具有帽子結(jié)構(gòu)，Met-tRNAMet不甲?；?，mRNA分子5'端帽子和3'端的多聚A都參與形成翻譯起始復(fù)合物。

1．進(jìn)位（后續(xù)氨酰-tRNA

與核糖體的結(jié)合）：

與mRNA下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白體的受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參與。（二）肽鏈延長階段：

2．成肽：在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到受位上的氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。此步驟需Mg2+，K+。給位上已失去蛋氨酰基或肽?；膖RNA從核蛋白上脫落。

3．移位：核蛋白體向mRNA的3'-端滑動相當(dāng)于一個密碼的距離，同時使肽酰基tRNA從受體移到給位。此步驟需EF（EFG）、GTP和Mg2+參與。此時，核蛋白體的受位留空，與下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進(jìn)入，重復(fù)以上循環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長。核蛋白體沿mRNA鏈滑動，不斷使多肽鏈延長，直到終止信號進(jìn)入受位。

1．識別：RF識別終止密碼，進(jìn)入核蛋白體的受位。

2．水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷福嚯逆溑ctRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。

3．解離：通過水解GTP，使核蛋白體與mRNA分離，tRNA、RF脫落，核蛋白體解離為大、小亞基。（三）肽鏈終止階段：三、多肽鏈合成后的加工修飾

——蛋白質(zhì)前體的加工1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。①去甲?；?/p>

甲?；讣柞５鞍彼?肽甲酸+蛋氨酸-肽

②去蛋氨?；?/p>

蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽蛋氨酸+肽（一）一級結(jié)構(gòu)的加工修飾：

2．氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進(jìn)行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；?。

3．二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為-S-S-。

4．肽段的切除：由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。1．構(gòu)象的形成：在分子內(nèi)伴侶、輔助酶及分子伴侶的協(xié)助下，形成特定的空間構(gòu)象。2．亞基的聚合3．輔基的連接（二）高級結(jié)構(gòu)的形成——蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶（molecularchaperone）

能夠相似細(xì)胞內(nèi)輔助新生肽鏈正確折疊的蛋白質(zhì)。定義：是一類序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的保守性蛋白質(zhì)，它們在細(xì)胞內(nèi)能幫助其他多肽鏈進(jìn)行正確的折疊、組裝、運轉(zhuǎn)和降解。兩類分子伴侶家族：

1.熱休克蛋白

Hsp70、Hsp40、GrpE三個家族一類應(yīng)激反應(yīng)性蛋白，促使某些能自發(fā)折疊的蛋白質(zhì)正確折疊形成天然的空間結(jié)構(gòu)。

2.伴侶素

Hsp60、Hsp10主要是為非自發(fā)性折疊蛋白提供能折疊形成天然結(jié)構(gòu)的為環(huán)境。四、蛋白質(zhì)合成的抑制劑蛋白質(zhì)生物合成的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)己亞胺、白喉毒素、干擾素、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。嘌呤霉素：與氨酰-tRNA3'端的AMP殘基的結(jié)構(gòu)十分相似。不需要延伸因子就可以進(jìn)入核糖體A位，產(chǎn)生肽酰-嘌呤霉素容易從核糖體上脫落，是肽鏈合成終止。四環(huán)素族：可以與原核生物核糖體的小亞基結(jié)合，并抑制氨酰-tRNA的結(jié)合。氯霉素：能與70S核糖體大亞基結(jié)合，可以抑制原核生物核糖體轉(zhuǎn)肽酶的活性。鏈霉素、新霉素、卡那霉素：能與核糖體30S亞基上的蛋白質(zhì)結(jié)合，引起核糖體構(gòu)象發(fā)生變化。本章主要內(nèi)容遺傳密碼——三聯(lián)子tRNA核糖體蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機(jī)制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運（proteintrafficking）(1)細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)無特定信號(2)線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)具N端前導(dǎo)序列(N-terminalleadersequence)(3)線粒體和葉綠體膜蛋白質(zhì)具N端前導(dǎo)序列,膜靶信號(membrane-targetingsignal)(4)分泌蛋白質(zhì)分泌信號,SRP,ER(5)跨膜蛋白質(zhì)

I型蛋白質(zhì)具N端信號序列(N-terminalsignalsequence)

II型蛋白質(zhì)具信號固定序列(signal-anchorsequence)一、翻譯—轉(zhuǎn)運同步機(jī)制常見的信號序列由10~40個氨基酸殘基組成，N端為帶正電荷的氨基酸殘基，中間為疏水的核心區(qū)，而C端由小分子氨基酸殘基組成，可被信號肽酶識別并裂解。分泌型蛋白質(zhì)的定向輸送，就是靠信號肽與胞漿中的信號識別粒子（SRP）識別并特異結(jié)合，然后再通過SRP與膜上的對接蛋白（DP，SRP受體）識別并結(jié)合后，將所攜帶的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞。線粒體和葉綠體的許多蛋白質(zhì)和酶前導(dǎo)序列對細(xì)胞器外膜的識