第四章生物信息的傳遞下翻譯詳解

第四章生物信息的傳遞下翻譯詳解演示文稿當前第1頁\共有112頁\編于星期六\9點優(yōu)選第四章生物信息的傳遞下翻譯當前第2頁\共有112頁\編于星期六\9點●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當前第3頁\共有112頁\編于星期六\9點一、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’AUGAGUACAAAACCU、、、3’當前第4頁\共有112頁\編于星期六\9點（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當前第5頁\共有112頁\編于星期六\9點（1）1954年Gamow首先對遺傳密碼進行了探討；（2）1961年Crick證明三聯(lián)體密碼子是正確的；（3）1961年，Nirenberg以均聚物、隨機共聚物、特定序列的共聚物作模板合成多肽，破譯遺傳密碼；（4）1964年Nirenberg用核糖體結(jié)合技術(shù)研究遺傳密碼，直接測出三聯(lián)體對應(yīng)的氨基酸；（5）到1966年，遺傳密碼全部破譯。遺傳密碼破譯簡史當前第6頁\共有112頁\編于星期六\9點核糖體結(jié)合技術(shù)保溫

硝酸纖維濾膜過濾分析留在濾膜上的核糖體-AA-tRNA

確定與核糖體結(jié)合的AA特定三核苷酸為模板+核糖體

+20種AA-tRNA當前第7頁\共有112頁\編于星期六\9點遺傳密碼字典當前第8頁\共有112頁\編于星期六\9點（三）遺傳密碼的性質(zhì)1、連續(xù)性翻譯由mRNA的5’端的起始密碼子開始，一個密碼子接下個密碼子連續(xù)地閱讀直到3’終止密碼，密碼間既無間斷也無重疊，即起始密碼子決定了所有后續(xù)密碼子的位置，說明三聯(lián)子密碼是連續(xù)的。當前第9頁\共有112頁\編于星期六\9點基因損傷引起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)。當前第10頁\共有112頁\編于星期六\9點從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)。

當前第11頁\共有112頁\編于星期六\9點（三）遺傳密碼的性質(zhì)20AA——61種密碼子？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）。2、簡并性當前第12頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第13頁\共有112頁\編于星期六\9點同義密碼子一般不是隨機分布的，因為其第一、第二位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸的改變并不一定影響所編碼的氨基酸，這種安排減少了變異對生物的影響。當前第14頁\共有112頁\編于星期六\9點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，CG雙聯(lián)子出現(xiàn)的頻率較低。當前第15頁\共有112頁\編于星期六\9點（三）遺傳密碼的性質(zhì)3、通用性與特殊性蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，無論是在體內(nèi)還是體外，也無論是對病毒、細菌、動物還是植物而言都是通用的。遺傳密碼子的通用性有助于我們研究生物的進化，在遺傳工程中也得到充分運用。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如支原體、動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。P114當前第16頁\共有112頁\編于星期六\9點生物密碼子線粒體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當前第17頁\共有112頁\編于星期六\9點（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。當前第18頁\共有112頁\編于星期六\9點U擺動配對當前第19頁\共有112頁\編于星期六\9點I:次黃嘌呤當前第20頁\共有112頁\編于星期六\9點密碼子、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當前第21頁\共有112頁\編于星期六\9點1、由FrancisCrick提出的密碼子與反密碼子配對的擺動假說是指（）A反密碼子的5’端堿基允許互補堿基有擺動B反密碼子的3’端堿基允許互補堿基有擺動C密碼子的3’端堿基允許互補堿基有擺動D密碼子的5’端堿基允許互補堿基有擺動2、反密碼子中哪個堿基對參與了密碼子的簡并性（搖擺）？（）第一個B.第二個C.第三個D.第一個與第三個3、反密碼子IGC可以識別的密碼子是()A.GCGB.GCAC.ACGD.ICG當前第22頁\共有112頁\編于星期六\9點4、與tRNA中的反義密碼子為GCU反向配對的mRNA中的密碼子是（）UGAB.CGAC.AGUD.AGI5、()的密碼子可以作為起始密碼子.酪氨酸B.甲硫氨酸C.色氨酸D.蘇氨酸6、只有一個密碼子的氨基酸是（）亮氨酸和絲氨酸B.色氨酸和蘇氨酸甲硫氨酸和色氨酸D.甘氨酸和色氨酸7、終止密碼子包括（）（）（）

當前第23頁\共有112頁\編于星期六\9點●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當前第24頁\共有112頁\編于星期六\9點二、tRNA的結(jié)構(gòu)、功能與種類

（一）tRNA的結(jié)構(gòu)

1、二級結(jié)構(gòu)：三葉草形P116當前第25頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第26頁\共有112頁\編于星期六\9點二、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P117氫鍵當前第27頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第28頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第29頁\共有112頁\編于星期六\9點（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。

●與mRNA結(jié)合部位—反密碼子部位當前第30頁\共有112頁\編于星期六\9點tRNAisanadaptor當前第31頁\共有112頁\編于星期六\9點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。當前第32頁\共有112頁\編于星期六\9點tRNA特異性只取決于反密碼子,與攜帶的氨基酸無關(guān)P119當前第33頁\共有112頁\編于星期六\9點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（P119）。當前第34頁\共有112頁\編于星期六\9點P119：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（fMet），起始AA-tRNA為fMet-tRNAfMet當前第35頁\共有112頁\編于星期六\9點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（P119）。當前第36頁\共有112頁\編于星期六\9點3、校正tRNA（三）tRNA的種類當前第37頁\共有112頁\編于星期六\9點無義突變：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）當前第38頁\共有112頁\編于星期六\9點校正tRNA在進行校正過程中必須與正常的tRNA競爭結(jié)合密碼子一般校正效率不會超過50%當前第39頁\共有112頁\編于星期六\9點(四)氨酰—tRNA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+ATPAA-tRNA+AMP+PPi分兩步進行：（P120）蛋白質(zhì)合成的真實性主要取決于tRNA能否把正確的AA放到新生多肽鏈的正確位置上，而這主要取決于AA-tRNA合成酶是否能使AA與其對應(yīng)的tRNA相結(jié)合。酶對AA和tRNA都具有高度的專一性。當前第40頁\共有112頁\編于星期六\9點●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當前第41頁\共有112頁\編于星期六\9點三、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（一）核糖體的結(jié)構(gòu)P121:幾十種蛋白質(zhì)+幾種rRNA當前第42頁\共有112頁\編于星期六\9點/80S/40S/60S當前第43頁\共有112頁\編于星期六\9點SizecomparisonsshowthattheribosomeislargeenoughtobindtRNAsandmRNA.當前第44頁\共有112頁\編于星期六\9點Ribosomesarelargeribo-nucleoproteinparticlesthatcontainmoreRNAthanproteinanddissociateintolargeandsmallsubunits.當前第45頁\共有112頁\編于星期六\9點

細胞器核糖體：與胞質(zhì)中的存在明顯差異，并具不同形式。有時與細菌核糖體大小相當（70%rRNA），有時僅60S（<30%rRNA）核糖體存在于每個進行蛋白質(zhì)合成的細胞中。雖然在不同生物內(nèi)其大小有別，但組織結(jié)構(gòu)基本相同，而且執(zhí)行的功能也完全相同。NOTE：當前第46頁\共有112頁\編于星期六\9點

表14-7原核和真核生物核糖體的組成及功能P123-126核糖體亞基

rRNAs

蛋白RNA的特異順序和功能

細菌

70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

順序(AGGAGG)互補

哺乳動物

80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TψCG互補4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33種和Capm7G結(jié)合

當前第47頁\共有112頁\編于星期六\9點三、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（二）核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)當前第48頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第49頁\共有112頁\編于星期六\9點

①mRNA結(jié)合部位；②結(jié)合AA-tRNA部位（A位）；③結(jié)合肽基tRNA部位（P位）；④空載tRNA移出部位（E位）；⑤形成肽鍵的部位。

此外，還有用于起始和延伸的各種蛋白質(zhì)因子結(jié)合部位。

核糖體發(fā)揮生物學(xué)功能的5個基本部位當前第50頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第51頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第52頁\共有112頁\編于星期六\9點大小亞基的生物學(xué)功能小亞基：通過密碼子與反密碼子的配對，識別并結(jié)合模板mRNA，蛋白質(zhì)合成中A位、P位、E位的一部分等。大亞基：

結(jié)合多肽鏈，催化肽鍵形成、蛋白質(zhì)合成中A位、P位、E位的一部分等。當前第53頁\共有112頁\編于星期六\9點●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當前第54頁\共有112頁\編于星期六\9點四、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)前體的加工當前第55頁\共有112頁\編于星期六\9點(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶當前第56頁\共有112頁\編于星期六\9點氨基酰-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

當前第57頁\共有112頁\編于星期六\9點原核生物中，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-tRNAiMet當前第58頁\共有112頁\編于星期六\9點第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目錄當前第59頁\共有112頁\編于星期六\9點第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄當前第60頁\共有112頁\編于星期六\9點

tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP當前第61頁\共有112頁\編于星期六\9點(二)翻譯的起始原核生物（細菌）為例：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、當前第62頁\共有112頁\編于星期六\9點IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復(fù)合物形成)又可被分成3步：

（P130）1.核蛋白體大小亞基分離當前第63頁\共有112頁\編于星期六\9點2、30S小亞基通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。AUG5'3'IF-3IF-1當前第64頁\共有112頁\編于星期六\9點S-D序列當前第65頁\共有112頁\編于星期六\9點IF-3IF-1IF-2GTP3.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'當前第66頁\共有112頁\編于星期六\9點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'當前第67頁\共有112頁\編于星期六\9點IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi當前第68頁\共有112頁\編于星期六\9點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-tRNAiMet

●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；

當前第69頁\共有112頁\編于星期六\9點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（P131）。當前第70頁\共有112頁\編于星期六\9點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)合物形成過程當前第71頁\共有112頁\編于星期六\9點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)肽鏈的延伸當前第72頁\共有112頁\編于星期六\9點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兩種延伸因子當前第73頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第74頁\共有112頁\編于星期六\9點通過延伸因子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)當前第75頁\共有112頁\編于星期六\9點2、肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化

當前第76頁\共有112頁\編于星期六\9點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延伸因子當前第77頁\共有112頁\編于星期六\9點延長因子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。當前第78頁\共有112頁\編于星期六\9點fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄當前第79頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第80頁\共有112頁\編于星期六\9點原核肽鏈合成終止過程

（四）肽鏈的終止當前第81頁\共有112頁\編于星期六\9點

RF1：識別終止密碼子UAG和UAA

釋放因子RF2：識別終止密碼子UGA和UAA

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）真核生物的I、II類只有一種釋放因子（eRF1，3）當前第82頁\共有112頁\編于星期六\9點(五)蛋白質(zhì)前體的加工1、N端fMet或Met的切除當前第83頁\共有112頁\編于星期六\9點新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)當前第84頁\共有112頁\編于星期六\9點2、二硫鍵的形成（對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象具有重要作用）兩個半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫鍵氧化當前第85頁\共有112頁\編于星期六\9點3、特定氨基酸的修飾（P137）磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化等當前第86頁\共有112頁\編于星期六\9點4、切除新生肽鏈中非功能片段當前第87頁\共有112頁\編于星期六\9點前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖當前第88頁\共有112頁\編于星期六\9點5、蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶：輔助新生肽鏈正確折疊的蛋白質(zhì)。序列上無相關(guān)性但有共同功能的保守性蛋白質(zhì)。包括：熱休克蛋白伴侶素當前第89頁\共有112頁\編于星期六\9點6、蛋白質(zhì)合成的抑制劑當前第90頁\共有112頁\編于星期六\9點●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當前第91頁\共有112頁\編于星期六\9點五、蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制當前第92頁\共有112頁\編于星期六\9點蛋白性質(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)幾類主要蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)送機制當前第93頁\共有112頁\編于星期六\9點

當前第94頁\共有112頁\編于星期六\9點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）?！軉拥鞍踪|(zhì)轉(zhuǎn)運的任何一段多肽。當前第95頁\共有112頁\編于星期六\9點●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）。當前第96頁\共有112頁\編于星期六\9點當前第97頁\共有112頁\編于