從mrna到蛋白質(zhì)專題知識

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第1頁翻譯(translation):即蛋白質(zhì)生物合成，是將核酸中由4種核苷酸序列編碼遺傳信息，經(jīng)過遺傳密碼破譯方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸排列次序。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第2頁蛋白質(zhì)合成場所是蛋白質(zhì)合成模板是模板與氨基酸之間接合體是蛋白質(zhì)合成原料是核糖體mRNAtRNA20種氨基酸從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第3頁主要內(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(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第4頁第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系1.遺傳密碼——三聯(lián)子2.tRNA3.核糖體從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第5頁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

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第6頁遺傳密碼表從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第7頁（二）遺傳密碼性質(zhì)1）簡并性2）普遍性與特殊性3）連續(xù)性4）擺動性從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第8頁1）簡并性

由一個以上密碼子編碼同一個氨基酸現(xiàn)象稱為簡并（degeneracy），對應(yīng)于同一氨基酸密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第9頁降低了變異對生物影響從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第10頁2）普遍性與特殊性蛋白質(zhì)生物合成整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發(fā)覺少數(shù)例外，如動物細(xì)胞線粒體、植物細(xì)胞葉綠體。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第11頁生物密碼子線粒體DNA編碼氨基酸核DNA編碼氨基酸全部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密碼子使用情況比較從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第12頁編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。3）連續(xù)性從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第13頁基因損傷引發(fā)mRNA閱讀框架內(nèi)堿基發(fā)生插入或缺失，可能造成框移突變(frameshiftmutation)。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第14頁從mRNA5

端起始密碼子AUG到3

端終止密碼子之間核苷酸序列，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)。

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第15頁轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸t(yī)RNA上反密碼子需要經(jīng)過堿基互補(bǔ)與mRNA上遺傳密碼子反向配對結(jié)合，在密碼子與反密碼子配對中，前兩對嚴(yán)格恪守堿基配對標(biāo)準(zhǔn)，第三對堿基有一定自由度，能夠“擺動”，這種現(xiàn)象稱為密碼子擺動性。4）擺動性從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第16頁U擺動配對從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第17頁從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第18頁密碼子、反密碼子配正確擺動現(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從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第19頁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”氨基酸臂從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第20頁與密碼子配對連接氨基酸三級結(jié)構(gòu)：倒“L形”從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第21頁3.核糖體

核糖體是蛋白質(zhì)合成部位，不一樣細(xì)胞核糖體組成：

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種從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第22頁

在單個核糖體上，可化分多個功效活性中心，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專一識別作用和功效。

●mRNA結(jié)合部位——小亞基●結(jié)合或接收AA-tRNA部位（A位）——大亞基●結(jié)合或接收肽基tRNA部位——大亞基●肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）——大亞基●形成肽鍵部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）——大亞基從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第23頁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)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第24頁第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第25頁蛋白質(zhì)生物合成過程氨基酸活化肽鏈起始、伸長、終止新合成多肽鏈折疊和加工從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第26頁

氨基酸活化必需組分：

20種氨基酸

20種或更多tRNA20種氨酰-tRNA合成酶

ATP,Mg2+從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第27頁（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

氨基酸活化從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第28頁氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶含有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA表示方法：Ser-tRNASerMet-tRNAMet

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第29頁原核生物中，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）起始肽鏈合成氨基酰-tRNA從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第30頁第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第31頁第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第32頁

tRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第33頁指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。肽鏈起始、伸長、終止1）肽鏈起始從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第34頁肽鏈起始必需組分：

mRNAN-甲酰甲硫氨酸-tRNAmRNA上起始密碼子（AUG）核糖體大、小亞基

GTP,Mg2+

起始因子（IF-1,IF-2,IF-3等）

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第35頁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從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第36頁（2）30S小亞基經(jīng)過SD序列與mRNA模板相結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-1從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第37頁S-D序列：mRNA起始密碼前一段富含嘌呤核苷酸序列,可與核糖體小亞基16S-rRNA上富含嘧啶序列相結(jié)合。

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第38頁IF-3IF-1IF-2GTP（3）在IF-2和GTP幫助下，fMet-tRNAfMet進(jìn)入小亞基P位，tRNA上反密碼子與mRNA上起始密碼子配對。AUG5'3'從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第39頁IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi（4）GTP水解，釋放翻譯起始因子，帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合。AUG5'3'從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第40頁IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第41頁真核生物翻譯起始特點(diǎn)●核糖體較大,為80Ｓ；●起始因子比較多；●mRNA5′端含有m7Gppp帽子結(jié)構(gòu)●Met-tRNAMet

●mRNA5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端polyA都參加形成翻譯起始復(fù)合物；從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第42頁真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(區(qū)分原核生物)

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，最終與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，最終與60S大亞基結(jié)合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復(fù)合物（P124）。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第43頁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)合物形成過程從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第44頁

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)包含：AA-tRNA與核糖體結(jié)合（進(jìn)位）、肽鍵生成（成肽）和

移位（轉(zhuǎn)位）。

2）肽鏈延伸指依據(jù)mRNA密碼序列指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止過程。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第45頁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從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第46頁原核延長因子生物功效對應(yīng)真核延長因子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)整亞基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肽鏈合成延長因子從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第47頁（1）AA-tRNA與核糖體A位點(diǎn)結(jié)合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第48頁從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第49頁經(jīng)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重新參加下一輪循環(huán)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第50頁（2）肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第51頁（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延伸因子從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第52頁延長因子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mRNA3'側(cè)移動。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第53頁fMetAUG5'3'fMetTuGTP從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第54頁進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第55頁3）肽鏈終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停頓，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。

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第56頁

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，幫助肽鏈釋放（原核生物）真核生物只有一個終止因子（eRF）

終止相關(guān)蛋白因子稱為終止因子或釋放因子(releasefactor,RF)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第57頁原核肽鏈合成終止過程從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第58頁UAG5'3'RFCOO-從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第59頁多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第60頁電鏡下多聚核蛋白表達(dá)象從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第61頁蛋白質(zhì)合成后加工和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制第三節(jié)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第62頁主要包含一、蛋白質(zhì)前體加工二、蛋白質(zhì)合成抑制劑三、蛋白質(zhì)運(yùn)輸從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第63頁一）蛋白質(zhì)前體加工

1、N端fMet或Met切除2、二硫鍵形成3、特定氨基酸修飾4、切除新生肽鏈中非功效片段從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第64頁1）N端fMet或Met切除新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切后變成有功效成熟蛋白質(zhì)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第65頁2）二硫鍵形成

mRNA中沒有胱氨酸密碼子，蛋白質(zhì)中二硫鍵是經(jīng)過兩個半胱氨酸-SH基氧化生成3）特定氨基酸修飾

磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第66頁4）切除新生肽鏈中非功效片段前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第67頁二）蛋白質(zhì)合成抑制劑從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第68頁三）蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第69頁蛋白性質(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)同時機(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、過氧化物酶體等細(xì)胞器中蛋白質(zhì)膜形成兩種機(jī)制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中蛋白質(zhì)從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第70頁1、翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同時機(jī)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N-末端氨基酸序列（有時不一定在N端），長度普通在13~36個殘基之間。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第71頁●信號序列特點(diǎn)：（1）普通帶有10-15個疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端經(jīng)常有1個或數(shù)個帶正電荷氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處經(jīng)常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點(diǎn)最近那個氨基酸往往帶有很短側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第72頁●信號肽假說內(nèi)容：

信號肽假說認(rèn)為，編碼分泌蛋白mRNA在翻譯時首先合成是N末端帶有疏水氨基酸殘基信號肽，它被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上受體識別并與之相結(jié)合。信號肽經(jīng)由膜中蛋白質(zhì)形成孔道抵達(dá)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，隨即被位于腔表面信號肽酶水解，因?yàn)樗龑?dǎo)，新生多肽就能夠經(jīng)過內(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)原先脂雙層結(jié)構(gòu)。

從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第73頁從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第74頁新生蛋白質(zhì)經(jīng)過同時轉(zhuǎn)運(yùn)路徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔主要過程從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第75頁2、翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第76頁(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端一段前導(dǎo)肽組成，當(dāng)前體蛋白過膜時，前導(dǎo)肽被多肽酶水解，釋放成熟蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)經(jīng)過線粒體內(nèi)膜運(yùn)轉(zhuǎn)是個需能過程；運(yùn)轉(zhuǎn)時，首先由外膜上Tom受體復(fù)合蛋白識別Hsp70或MSF等分子伴侶結(jié)合待轉(zhuǎn)運(yùn)多肽，經(jīng)過Tom和Tim組成膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。

蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時能量來自線粒體Hsp70引發(fā)ATP水解和膜電位差從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第77頁(2)葉綠體蛋白質(zhì)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)種類不一樣而表現(xiàn)出顯著差異。從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第78頁（3）核定位蛋白運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第79頁從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第80頁復(fù)習(xí)體1．多數(shù)氨基酸都有兩個以上密碼子，以下哪組氨基酸只有一個密碼子？

A．蘇氨酸、甘氨酸

B．脯氨酸、精氨酸

C．絲氨酸、亮氨酸

D．色氨酸、甲硫氨酸

E．天冬氨酸和天冬酰胺（D）從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第81頁2．tRNA分子上結(jié)合氨基酸序列是

A．CAA-3′B．CCA-3′C．AAC-3′D．ACA-3′E．AAC-3′（B）從mrna到蛋白質(zhì)專題知識第82頁3．遺傳密碼

A．20種氨基酸共有64個密碼子

B．堿基缺失、插入可致框移突變

C．AUG是起始密碼

D．UUU是終止密碼

E．一個氨基酸可有多達(dá)