第四章生物信息的传递下3

第四章 生物信息的传递 (下 ) 翻译（从 mRNA-蛋白质）表 核糖体的活性位点活性位点 功能 组分mRNA结合位点结合 mRNA 和 IF因子S1、 S18、 S21；及 S3、 S4、 S5、S12 16SrRNA3 末端区域P位点 结合 fMet-tRNA和肽基 -tRNAL2、 L27及 L14、 L18、 L24、 L3316S和 23SrRNA3 附近区域A位点 结合氨酰基 -tRNA L1、 L5、 L7/L12、 L20、 L30、 L3316S 和 23SrRNA（ 16S 的 1400区）E位点 结合脱酰 tRNA 23SrRNA是重要的L5、 L18、 L25复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰 -tRNA上L2、 L3、 L4、 L15、 L16 23SrRNA是重要的EF-Tu 结合位点氨基酰 -tRNA 的进入EF-G 结合位点移位L7/L12 GTP酶需要 L7、 L124.4 蛋白质合成的生物学机制 已证明核酸是生命体内最基本的物质，因为蛋白质的合成和结构最终都取决于核酸，但蛋白质仍是生物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特性仍然要通过蛋白质来得到表达。 蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止。表 4-12 蛋白质合成个阶段的主要成分简表阶 段 必需 组 分1氨基酸的活化 20种氨基酸20种氨基 酰 -tRNA合成 酶20种或更多的 tRNAATP， Mg2+2. 肽链 的起始 mRNAN-甲 酰 甲硫氨 酰 -tRNAmRNA上的起始密 码 子（ AUG）核糖体小 亚 基核糖体大 亚 基GTP， Mg2+起始因子（ IF-1， IF-2， IF-3）3 肽链 的延伸 功能核糖体（起始复合物）AA-tRNA伸 长 因子GTP， Mg2+肽 基 转 移 酶4 肽链 的 终 止 ATPmRNA上的 终 止密 码 子释 放因子（ RF-1， RF-2， RF-3）5折叠和加工 参与起始氨基酸的切除、修 饰 等加工 过 程的 酶4.4.1 氨基酸的活化l 氨基酸在进行合成多肽链之前 ,必须在氨酰 -tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸 AA-tRNA。氨基酸 + tRNA 氨基酰 - tRNAATP AMP PPi氨基酰 -tRNA合成酶原核生物中，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-tRNAMetMet+tRNAfMet+ATP Met-tRNAfMet+AMP+PPiN10-甲酰四氢叶酸 +Met-tRNAfMet 四氢叶酸 + fMet-tRNAfMet存在 tRNAMet和 tRNAfMet存在 tRNAiMet和 tRNAeMet4.4.2 翻译的起始l 蛋白质合成的起始是指在模板 mRNA编码区 5端形成核糖体 -mRNA-起始 tRNA复合物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体 P位点。l 原核生物中 30S小亚基首先与 mRNA模板相结合，再与 fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合l 真核生物中， 40S小亚基首先与 Met-tRNAMet相结合，再与模板 mRNA结合，最后与 60S大亚基结合生成 80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。l 起始复合物的生成除了 GTP外，还需要 Mg2+、 NH4+及 3个起始因子（ IF-1、 IF-2、 IF-3）。图 4-12 翻译起始复合物的形成。第一步， 30S小亚基与翻译起始因子 IF-1， IF-3结合，通过 SD序列与mRNA模板相结合。第二步， fMet-tRNAfMet在 IF-2的协同下进入小亚基的 P位， tRNA上的反密码子与 mRNA上的起始密码子配对。第三步，带有 tRNA、 mRNA、三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，释放翻译起始因子。1.原核生物翻译的起始l30S亚基具有专一性的识别和选择 mRNA起始位点的性质， IF-3协助该亚基完成这种选择。lShine及 Dalgarno等证明几乎所有原核生物mRNA上都有一个 5-AGGAGGU-3序列，这个富嘌呤区与 30S亚基上 16S rRNA 3末端的富嘧啶区 5-GAUCACCUCCUUA-3相互补。SD序列（ Shine-Dalgarno sequence)l 存在于原核生物起始密码子存在于原核生物起始密码子 AUG上游上游 712个核苷酸处的一种个核苷酸处的一种 4 7个核苷酸的保个核苷酸的保守片段，它与守片段，它与 16S rRNA 3端反向互补，端反向互补，所以可将所以可将 mRNA的的 AUG起始密码子置于起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。核糖体的适当位置以便起始翻译作用。根据首次识别其功能意义的科学家命名根据首次识别其功能意义的科学家命名。图 4-14细菌 mRNA分子上往往存在一个与 16SrRNA3末端相互补的 SD序列。l 细菌核糖体上一般存在三个与氨基酰 -tRNA结合的位点，即 A位点（ aminoacyl site）， P位点（ peptidyl sit）和 E位点（Exit site）。只有 fMet-tRNAfMet能与第一个 P位点相结合，其它所有 tRNA都必须通过 A位点到达 P位点，再由 E位点离开核糖体。 三种起始因子三种起始因子l IF-1l IF-2 l IF-3l 辅助辅助 IF-3l 70S起始复合物生成后促进起始复合物生成后促进 IF-2释放释放l 有有 GTP酶活性酶活性l 特异识别特异识别 fmet-tRNAfmetl 形成形成 fmet-tRNAfmet- IF-2-GTPl 是是 30S起始复合物与起始复合物与 50S亚基连接所必亚基连接所必须须l 促进促进 30S小亚基结合小亚基结合 mRNAl 终止时：促使核糖体解离终止时：促使核糖体解离2.真核生物翻译的起始l 真核生物蛋白质生物合成的起始基本与原核生物相同，只不过其核糖体较大，有较多的起始因子， mRNA具有m7GpppNp帽子结构， Met-tRNAMet不甲酰化， mRNA分子 5端的 “帽子 ”和 3端的多聚 A都参与形成翻译起始复合物（图 4-14）。图 4-14 真核生物翻译起始复合物的形成。除了帽子结构以外，除了帽子结构以外， 40S小亚基还能识别小亚基还能识别 mRNA上上的起始密码子的起始密码子 AUG。 Kozak等提出了一个等提出了一个 “ 扫描模型扫描模型” 来解释来解释 40S亚基对亚基对 mRNA起始密码子的识别作用。按起始密码子的识别作用。按照这个模型，照这个模型， 40S小亚基先结合在小亚基先结合在 mRNA5 端的任何端的任何序列上，然后沿序列上，然后沿 mRNA移动直至遇到移动直至遇到 AUG发生较为稳定发生较为稳定的相互作用，最后与的相互作用，最后与 60S亚基一道生成亚基一道生成 80S起始复合起始复合物。物。 40S小亚基之所以能在小亚基之所以能在 AUG处停下，可能是由于处停下，可能是由于Met-tRNAiMet的反密码子与的反密码子与 AUG配对的结果。配对的结果。真核生物与原核生物翻译起始的差异 : 起始 Met-tRNAiMet不需甲酰化； 起始因子为 eIF，且种类多； 小亚基先与 Met-tRNAiMet结合，再与mRNA结合； 核糖体不同 mRNA与 40s亚基的结合依靠 帽子结合蛋白（ eIF-4E） 与 mRNA帽子结构的识别结合。(6) 模板不同， 5端有帽子， 3端有 poly(A)4. 4. 3 肽链的延伸l 生成起始复合物，第一个氨基酸（ fMet/Met-tRNA）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按照 mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式（图 4-16）被有序地结合上去。l 肽链延伸中的每个循环都包括l AA-tRNA与核糖体结合l 肽键的生成l 移位图图 4-16 多肽链上肽键的形成多肽链上肽键的形成 缩合反应。缩合反应。4.4.3.1后续 AA-tRNA与核糖体结合（ 进位进位 ）l 图 4-17细菌中肽链延伸的第一步反应：第二个氨基酰 -tRNA的结合。该氨基酰 -tRNA首先与 EF-TuGTP形成复合物，进入核糖体的 A位，水解产生 GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使 EF-Tu结合另一分子 GTP，进入新一轮循环。l 由于由于 EF-Tu只能与只能与 fMet-tRNA以外的其他以外的其他AA-tRNA起反应，所以起始起反应，所以起始 tRNA不会被不会被结合到结合到 A位上，位上， mRNA内部的内部的 AUG不会不会被起始被起始 tRNA读出，肽链中间不会出现甲读出，肽链中间不会出现甲酰甲硫氨酸。酰甲硫氨酸。4.4.3.2肽肽键的生成键的生成 (转肽转肽 )l 图图 4-18细菌中肽链细菌中肽链延伸的第二步反应延伸的第二步反应：肽键的生成。：肽键的生成。l 在核糖体在核糖体 mRNAAA-tRNA复合物中，复合物中，AA-tRNA占据占据 A位，位， fMet-tRNAfMet占据占据 P位。位。l 在在 50S亚基上肽基转移酶（亚基上肽基转移酶（ peptidyl transferase）的催化下，）的催化下， P位的肽（氨）位的肽（氨）酰酰 -tRNA把肽（或氨酰基）转给把肽（或氨酰基）转给 A位的位的 AA-tRNA，并以肽键相连，并以肽键相连 。l 起始起始 tRNA在完成使命后离开核糖体在完成使命后离开核糖体 P位点位点， A位点准备接受新的位点准备接受新的 AA-tRNA，开始下，开始下一轮合成反应。一轮合成反应。4.4.3.3移位l 图 4-18细菌中肽链延伸的第三步反应：移位。核糖体通过 EF-G介导的 GTP水解所提供的能量向 mRNA模板 3末端移动一个密码子，使二肽基 -tRNA完全进入 P位 ,准备开始新一轮肽链延伸。l 用嘌呤霉素作为抑制剂做实验表明，核糖体沿 mRNA移动与肽基 -tRNA的移位这两个过程是耦联的。肽链延伸是由许多个这样的反应组成的，原核生物中每次反应共需 3个延伸因子， EF-Tu、 EF-Ts及 EF-G，真核生物细胞需 EF-1及 EF-2，消耗 2个 GTP，向生长中的肽链加上一个氨基酸。肽链延伸是由许多个这样的反应组成的，原核生物中每次反应共需 3个延伸因子， EF-Tu、 EF-Ts及 EF-G， 真核生物细胞需 EF-1及 EF-2， 消耗 2个 GTP， 向生长中的肽链加上一个氨基酸。当终止密码子当终止密码子 UAA、 UAG或或UGA出现在核糖体的出现在核糖体的 A位时，没有位时，没有相应的相应的 A