4-翻譯及其調(diào)控.ppt

1、翻譯及其調(diào)控,復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院生化教研室,蛋白質(zhì)生物合成（protein biosynthesis）,是指DNA結(jié)構(gòu)基因中貯存的遺傳信息，通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成mRNA，再指導(dǎo)多肽鏈合成的過(guò)程。蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程也稱為翻譯（translation）。,本章學(xué)習(xí)內(nèi)容,1.蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程（掌握） 2.蛋白質(zhì)合成后的折疊與加工（熟悉） 3.蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與定位（熟悉） 4.蛋白質(zhì)合成的調(diào)控（了解）,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成,一、蛋白質(zhì)的合成體系 氨基酸原料，mRNA，tRNA，核糖體，各種蛋白質(zhì)因子和酶類，ATP，GTP，無(wú)機(jī)離子等。 （一）蛋白質(zhì)生物合成的模板-mRNA 1.原核生物翻譯模板mRNA的特點(diǎn)

2、 1）多順?lè)醋樱?）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不需加工即可作為翻譯的模板；3）SD序列 2.真核生物翻譯模板mRNA的特點(diǎn) 1）單順?lè)醋樱?）轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同時(shí)空；3）5端帽子結(jié)構(gòu)及Kozak序列。,單順?lè)醋优c多順?lè)醋?原核生物SD序列,真核生物Kozak序列: kozak序列：起始密碼子處的一段保守序列，-CCACCAUGG-，用于增強(qiáng)翻譯起始的效率,SD序列是mRNA與核糖 體識(shí)別、結(jié)合的位點(diǎn)。,3.mRNA遺傳密碼的特點(diǎn)： 1.方向性 2.連續(xù)性 3.兼并性 簡(jiǎn)并性(degeneracy)：多數(shù)氨基酸擁有一個(gè)以上的密碼子；多少與該氨基酸在生物中的利用度相關(guān)； 4.擺動(dòng)性： 擺動(dòng)性(wobble)：密碼子與

3、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象； 5.通用性,遺傳密碼（genetic code)及密碼的破譯,遺傳密碼無(wú)細(xì)胞體系體外翻譯： 特點(diǎn)：翻譯起始點(diǎn)隨機(jī)； 閱讀框架隨機(jī)。,ACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACAC,ACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACAC,ACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACAC,ACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACAC,ORF1,ORF2

4、,ORF3,AACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAAC,AACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAAC,AACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAAC,AACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAAC,ORF1,ORF2,ORF3,Nirenberg破譯密碼子,同位素標(biāo)記某種

5、氨基酰tRNA,核蛋白體,某種三核苷酸寡 聚體（密碼子）,硝酸纖維素膜放射顯影,濾過(guò)硝酸纖維素膜,AGA,UCA,UGA,64管,硝酸纖維素膜可截留 核蛋白體，不能截留 游離的氨基酰tRNA 和三核苷酸寡聚體,氨基酰tRNA如果能識(shí)別并結(jié)合某種密碼子，則將與核蛋白體形成“核蛋白體-氨基酰tRNA-密碼子復(fù)合體”,Amber,ochre,and opal nomenclature,Stop codons were historically given many different names, as they each corresponded to a distinct class of mu

6、tants that all behaved in a similar manner. These mutants were first isolated within bacteriophages (T4 and lambda), viruses that infect the bacteria Escherichia coli. Mutations in viral genes weakened their infectious ability, sometimes creating viruses that were able to infect and grow within only

7、 certain varieties of E coli. Amber mutations were the first set of nonsense mutations to be discovered, isolated by graduate student Harris Bernstein in experiments designed to resolve a debate between Richard Epstein and Charles Steinberg. Bernstein (whose last name means amber in German) had been

8、 offered the reward of having any discovered mutants named after himself. Viruses with amber mutations are characterized by their ability to infect only certain strains of bacteria, known as amber suppressors. These bacteria carry their own mutation that allow a recovery of function in the mutant vi

9、ruses. For example, a mutation in the tRNA that recognizes the amber stop codon allows translation to read through the codon and produce full-length protein, thereby recovering the normal form of the protein and suppressing the amber mutation. Thus, amber mutants are an entire class of virus mutants

10、 that can grow in bacteria that contain amber suppressor mutations. ochre mutation was the second stop codon mutation to be discovered. Given a color name to match the name of amber mutants, ochre mutant viruses had a similar property in that they recovered infectious ability within certain suppress

11、or strains of bacteria. The set of ochre suppressors was distinct from amber suppressors, so ochre mutants were inferred to correspond to a different nucleotide triplet. Through a series of mutation experiments comparing these mutants with each other and other known amino acid codons, Sydney Brenner

12、 concluded that the amber and ochre mutations corresponded to the nucleotide triplets UAG and UAA. opal mutations or umber mutations the third and last stop codon in the standard genetic code was discovered soon after, corresponding to the nucleotide triplet UGA. Nonsense mutations that created this

13、 premature stop codon were later called opal mutations or umber mutations,閱讀框架 ( reading frames) mRNA中的一段含有翻譯密碼的堿基序列。 *mRNA的閱讀和翻譯以連續(xù)和不重疊的方式進(jìn)行；,開(kāi)放閱讀框架：從起始密碼AUG開(kāi)始到終止密碼子處的正確可讀序列。 一般一條真核生物mRNA序列只編碼一條蛋白質(zhì)多肽鏈。只在噬菌體中存在基因重疊現(xiàn)象。,遺傳密碼的擺動(dòng)性,遺傳密碼的擺動(dòng)性,（二）蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核糖體 由蛋白質(zhì)、rRNA以及Mg2+組成，一般為兩個(gè)亞基，一大一小。,核糖體上功能位點(diǎn)：,（三）蛋白質(zhì)合

14、成的搬運(yùn)工具tRNA,1.氨基酸的活化與氨基酰-tRNA合成酶,黃色堿基為識(shí)別必須位點(diǎn),AA + tRNA 氨基酰-tRNA 細(xì)胞中一般只有二十種氨基酰-tRNA合成酶，不同tRNA與同一氨基酸的結(jié)合均由同一個(gè)酶催化。合成酶有很強(qiáng)的校對(duì)功能。,氨基酰-tRNA合成酶催化的反應(yīng),氨基酸 + ATP-E,氨基酰-AMP-E + PPi,氨基酰-AMP-E + tRNA,氨基酰-tRNA + AMP + E,氨基酸 + tRNA + ATP,氨基酰-tRNA + AMP + PPi,氨基酰-tRNA 合成酶,總反應(yīng)式為：,氨基酰-tRNA的表示方法,AA-tRNAAA,通式,Asp-tRNAAsp,

15、Ser-tRNASer,Gly-tRNAGly,Met-tRNAMet,fMet-tRNAifMet,Met-tRNAiMet,*一個(gè)特殊的tRNA 原核生物起始Met轉(zhuǎn)運(yùn),甲?；?氨基酸的活化 起始 Initiation 延伸 Elongation 終止與釋放 Termination 合成蛋白質(zhì)的糖基化作用 糖基化作用是RER的主要功能之一，許多分泌蛋白膜、嵌如蛋白和溶酶體蛋白等都是糖蛋白，這些蛋白質(zhì)的糖基化作用是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行的。 蛋白質(zhì)運(yùn)輸,蛋白質(zhì)合成后被精確地運(yùn)輸?shù)剿麄冃惺构δ艿牟课?，這個(gè)過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的分選和運(yùn)輸，又可稱為蛋白質(zhì)靶向（protein targeting）。 胞漿中合成

16、好的蛋白質(zhì)去向：1）留在原地；2）分泌到細(xì)胞外；3）被轉(zhuǎn)運(yùn)到各類細(xì)胞器中。 膜被細(xì)胞器蛋白的三種輸入機(jī)制：1）核孔轉(zhuǎn)運(yùn)；2）跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)；3）小泡轉(zhuǎn)運(yùn),分泌蛋白質(zhì)的輸送路徑,蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)募?xì)胞學(xué)過(guò)程示意圖,蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式,信號(hào)肽引導(dǎo)的經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸途徑 信號(hào)肽假設(shè) 導(dǎo)肽引導(dǎo)的經(jīng)線粒體等的運(yùn)輸途徑 導(dǎo)肽假設(shè),* 信號(hào)肽假設(shè)： 信號(hào)肽：位于分泌蛋白N端的一段肽段，長(zhǎng)度一般為15-35個(gè)氨基酸殘基, N-末端含有1個(gè)或多個(gè)帶正電荷的氨基酸,其后是6-12個(gè)連續(xù)的疏水殘基;在蛋白質(zhì)合成中將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng),進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后通常被切除； 信號(hào)序列沒(méi)有特異性。,內(nèi)含信號(hào)肽(internal signal pe

17、ptides),位于肽鏈中部，具信號(hào)序列的作用，不能被切除, 合成的是膜蛋白。,信號(hào)肽假設(shè)的工作原理,信號(hào)識(shí)別顆粒(signal recognition partical, SRP),是一種核糖核酸蛋白復(fù)合體,沉降系數(shù)為11S，含有分子量為72kd、68kDa、54kDa、19kDa、14kDa及9kDa的6條多肽和一個(gè)7S(長(zhǎng)約300個(gè)核苷酸)的scRNA, 它的作用是識(shí)別信號(hào)序列,并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。,SRP受體：又稱?？康鞍祝╠ocking protein，DP），能夠與結(jié)合有信號(hào)序列的SRP牢牢地結(jié)合,使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停靠到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上來(lái),translation,核糖體受體蛋

18、白轉(zhuǎn)運(yùn)因子復(fù)合物： 形成跨膜通道，使信號(hào)肽和新生肽鏈通過(guò)；同時(shí)與核糖體緊密結(jié)合；,translation,信號(hào)肽引導(dǎo)跨膜過(guò)程,信號(hào)肽與SRP結(jié)合肽鏈延伸終止SRP與受體結(jié)合SRP脫離信號(hào)肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)核糖體與跨膜通道蛋白結(jié)合信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號(hào)肽切除肽鏈延伸至終止翻譯體系解散 這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，是在翻譯過(guò)程中完成的，即邊翻譯邊跨膜，故稱為共翻譯（co-translation）。 從SRP受體上釋放下來(lái)的SRP可以循環(huán)使用，稱為SRP循環(huán)。,translation,導(dǎo)肽假設(shè),線粒體、葉綠體、過(guò)氧化物體、乙醛酸體等的跨膜蛋白質(zhì)是屬于合成后再分選和運(yùn)

19、輸?shù)?，這些蛋白質(zhì)由胞漿內(nèi)游離核糖體合成，由導(dǎo)肽牽引到靶向部位。 導(dǎo)肽位于蛋白質(zhì)前體的N端，約含2080個(gè)氨基酸殘基，導(dǎo)肽所引導(dǎo)的前體蛋白通過(guò)細(xì)胞膜時(shí)，被12種內(nèi)肽酶水解后轉(zhuǎn)化為成熟型蛋白質(zhì)。 導(dǎo)肽的特征： ,在新生肽鏈的跨膜中，以及進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以后，都需要保護(hù)其不發(fā)生錯(cuò)誤的折疊和變性分子伴侶負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和組裝。,translation,分子伴侶參與蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸,分子伴侶(chaperone): 能與其它構(gòu)象不穩(wěn)定的蛋白相結(jié)合并使之穩(wěn)定的一類蛋白質(zhì)，通過(guò)與多肽結(jié)合來(lái)幫助被結(jié)合的多肽在體內(nèi)的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，在完成任務(wù)后從多肽上釋放下來(lái)。,translation,熱休克蛋白（he

20、at shock protein, hsp) 是一種分子伴侶,至少包括有兩大類， hsp60和hsp70，前者幫助尚未折疊或錯(cuò)誤折疊的多肽鏈形成正確的折疊，而后者可以和新生肽鏈結(jié)合，防止其聚集，有利于正確折疊的形成。,蛋白質(zhì)經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入高爾基體再加工和折疊,高爾基復(fù)合體位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜之間, 是膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)的分選和運(yùn)輸?shù)闹虚g站 從ER分泌出來(lái)的小泡同順面高爾基網(wǎng)絡(luò)融合后成為高爾基體的一個(gè)部分，然后經(jīng)過(guò)中間膜囊出芽形式分泌小泡(又稱穿梭小泡)逐步向反面高爾基體網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)運(yùn),轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí),分泌小泡與高爾基體膜囊的融合和出芽都是發(fā)生在兩側(cè)，該過(guò)程伴隨有蛋白質(zhì)的各種加工。,高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)的功能是進(jìn)

21、行蛋白質(zhì)的分選,蛋白質(zhì)的正向運(yùn)輸和逆向運(yùn)輸,一般將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體系統(tǒng)中，運(yùn)輸?shù)鞍椎男∨葸B續(xù)不斷地從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的移動(dòng)方向稱為蛋白質(zhì)的正向運(yùn)輸（forward transport, anterograde transport） 蛋白質(zhì)的逆向運(yùn)輸（retrograde transport）是指某些在ER中滯留的蛋白質(zhì)進(jìn)入高爾基體后通過(guò)特殊的信號(hào)，如-KDEL-或KKXX-序列，從高爾基體再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小泡運(yùn)輸過(guò)程。,二、蛋白質(zhì)的定位,（一）分泌型蛋白質(zhì)靶的分選投送 （二）線粒體蛋白質(zhì)的定位 線粒體蛋白的輸送屬于翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)。90%以上的線粒體蛋白前體在細(xì)胞質(zhì)游離核糖體合成后輸入線粒體，其中大部分定位于基質(zhì)，其他定位于內(nèi)、外膜或膜間隙。 （三）細(xì)胞核蛋白質(zhì)的定位 細(xì)胞核蛋白的輸送也屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)。該類蛋白質(zhì)具有核定位信號(hào)（NLS），通過(guò)體積巨大的的核孔復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核。,（四）溶酶體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn) 6-磷酸甘露糖是一個(gè)能將溶酶體蛋白靶向其目的地的信號(hào)。 （五）過(guò)氧化物酶體蛋白的定位 屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入過(guò)氧化物酶體的蛋白質(zhì)似乎都是在折疊好之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的