《基础分子生物学》PPT课件.ppt

Chapter 6,Protein synthesis 蛋白质合成,6.1 Introduction 引言,尺寸比较显示核糖体足以结合tRNA和mRNA.,核糖体是一个大的核糖核蛋白颗粒, 它含有较多的RNA和较少的蛋白质, 可解离成大, 小两个亚基.,6.2 Protein synthesis occurs by initiation, elongation, and termination . 蛋白质合成包括起始, 延伸和终止.,核糖体有三个tRNA结合位点. 氨酰-tRNA进入A位. 肽酰-tRNA进入P位. 去氨酰-tRNA通过E脱出. 将肽链从P位的肽酰-tRNA上转移到A位的氨酰-tRNA上, 这样, 一个氨基酸就被加到了肽链上.,核糖体的两个结合tRNA的位点.,决定相互作用的tRNA的两个位点, P位和A位, 横跨核糖体的两个亚基.,氨酰-tRNA进入A位, 接受了肽酰-tRNA上的多肽, 再转移到P位上, 等待进入下一次循环.,tRNA和mRNA 在核糖体上沿相同的方向移动.,蛋白质合成由三个阶段组成.,6.4 Initiation in bacteria needs 30S subunits and accessory factors. 细菌的起始反应需要30S亚基和辅助因子.,蛋白质合成的起始需要游离的30S和50S核糖体亚基. 起始因子(IF-1, 2, 3)是必需的, 它们结合于30S小亚基上. 携带起始因子的30S亚基与mRNA的起始点结合, 构成起始复合体. IF-3因子必须解离以使50S大亚基结合到30S-mRNA复合体上.,翻译起始需要游离的核糖体亚基. 当核糖体从上次合成终止之后被释放, 其30S小亚基就结合了起始因子, 而后解离得到游离的亚基. 当各个亚基重新组合, 得到有功能的核糖体, 并启动合成时, 它们会将起始因子释放出来.,起始因子稳定了游离的30S亚基, 并使起始tRNA结合到30S-mRNA复合体上.,6.5 A special initiator tRNA starts the polypeptide chain. 一种特定的tRNA起始子启动肽链合成.,蛋白质合成通常始于AUG编码的甲硫氨酸. 起始和延伸涉及不同的甲硫氨酰- tRNA. tRNA起始子有独特的结构特征, 使之与其他所有tRNA区别开来. 与细菌tRNA起始子结合的甲硫氨酸的氨基基团是甲酰化的.,以甲酰四氢叶酸为辅助因子, 将甲硫氨酰-tRNA甲酰化, 得到起始子甲酰甲硫氨酰-tRNA.,fMet-tRNAf 作为tRNA起始子, 有着自己独特的标志.,IF-2结合起始子fMet-tRNAf, 使其进入30S亚基的局部P位.,6.6 Use of fMet-tRNAf is controlled by IF-2 and the ribosome . fMet-tRNAf的使用受IF-2因子和核糖体所调节.,只有fMet-tRNAf才能被30S亚基用于起始; 只有其他的氨酰-tRNA (aa-tRNA)才能被70S核糖体用于延伸.,fMet-tRNAf 与30S-mRNA复合体的结合需要IF-2的参与. 50S亚基结合上去后, GTP的能量被释放, 所有的IF都被释放出来.,6.7 Initiation involves base pairing between mRNA and rRNA. 起始涉及mRNA和rRNA之间的碱基配对.,细菌mRNA的起始点包括AUG起始密码子及其上游10个碱基处的Shine-Dalgarno嘌呤六聚体. 在起始过程中, 细菌核糖体30S亚基的rRNA有一个可与SD碱基序列配对的互补序列.,mRNA上的核糖体结合位点可从起始复合体上恢复, 它们包含上游SD序列和起始密码子.,在多顺反子mRNA中, 每一个顺反子的起始独立发生. 当顺反子间的距离大于核糖体的跨度时, 在前一个顺反子终点的核糖体会脱离, 伴随着下一个顺反子的独立的重新起始.,6.8 Small subunits scan for initiation sites on eukaryotic mRNA. 小亚基扫描查找真核生物mRNA的起始点.,真核生物核糖体的40S亚基结合到mRNA的5端, 并扫描mRNA, 直到找到起始点. 真核生物的起始区右一个包含AUG密码子的10个核苷酸序列构成. 在起始点, 核糖体的60S亚基加入到复合体中.,真核生物核糖体从mRNA的5端向包括了AUG起始密码子的核糖体结合位点滑动.,丙肝病毒的IRES可以直接结合40S亚基.,6.9 Eukaryotes use a complex of many initiation factors 真核生物使用由多种起始因子促成的复合体.,起始因子为启动的各个阶段所需, 包括结合tRNA起始子, 40S亚基在mRNA的附着, 沿着mRNA上滑动以及60S亚基的加入. 真核生物tRNA起始子是一种与延伸所用的Met-tRNA不同的Met-tRNA, 但甲硫氨酸没有被甲酰化. eIF2结合起始子Met-tRNA和GTP, 该复合体在40S亚基结合到mRNA上之前就结合到40S亚基上.,一些起始因子与核糖体小亚基结合形成43S复合体, 当43S复合体与mRNA结合, 它搜寻起始密码子, 并可以48S复合体的形式被分离到.,异源三聚体eIF-4F与mRNA的5端结合, 同时还结合远端的因子.,在真核生物中, eIF2与Met-tRNAi形成三元复合体, 此复合体与游离的小亚基结合后与mRNA的5端连接. 在后来的反应中, 伴随着GTP的水解, eIF2以eIF2-GDP的形式释放. 然后, eIF2B因子重新生成活化形式.,起始因子使起始子Met-tRNAi与40S亚基结合起来, 形成43S复合体. 在后来的反应中, GTP水解, eIF2以eIF2-GDP的形式释放. 然后, eIF2B因子重新形成活化形式.,当mRNA与43S复合体结合时, 起始子间的相互作用尤其重要.,eIF1和eIF1A辅助43S起始复合物寻找mRNA直至AUG密码子; eIF2水解它的GTP以便能与IF3同时被释放; eIF5B催化了60S-40S亚基的结合.,6.10 Elongation factor Tu loads aminoacyl-tRNA into the A site. 延伸因子Tu将氨酰-tRNA装入A位.,EF-Tu为单体G蛋白, 与GTP结合的活化形式可与氨酰-tRNA结合. EF-Tu-GTP-氨酰-tRNA复合体与核糖体A位结合.,EF-Tu-GTP将氨酰-tRNA安置在核糖体上后, 以EF-Tu-GDP的形式释放. EF-Ts用来催化GTP与GDP的置换, 这个反应消耗GTP, 释放GDP. 唯一不能被EF-Tu-GTP识别的氨基酸是fMet-tRNAf, 两者无法结合可保证后者不能识别内部的AUG或GUG密码子.,6.11 The polypeptide chain is transferred to aminoacyl-tRNA. 肽链转移到氨酰-tRNA上.,50S亚基具肽基转移酶活性. 新生肽链从P位的肽酰-tRNA转移到A位的氨酰-tRNA. 肽键形成使P位产生脱酰基的tRNA, A位产生肽酰-tRNA.,肽键的形成是通过P位上的肽酰-tRNA的肽链和A位上的氨酰-tRNA的氨基酸之间的反应形成的.,嘌呤霉素有类似于氨酰-tRNA的结构, 它将一个芳香族氨基酸残基与一个糖碱基相连.,6.12 Translocation moves the ribosome. 易位使核糖体移动.,核糖体的易位使mRNA在核糖体上移动3个碱基的长度. 易位使脱氨酰的tRNA进入E位, 肽酰-tRNA进入P位, A位空出. 杂合状态模型提出移位分两步进行; 50S相对于30S亚基发生移动, 然后30S与mRNA一同移动使核糖体构象复原.,细菌核糖体有三个tRNA结合位点. 氨酰-tRNA进入核糖体的A位, 在P位有肽酰-tRNA. P位的tRNA脱酰基形成肽键, 生成A位的肽酰-tRNA.易位将脱酰基的tRNA转移到E位, 将肽酰-tRNA转移到P位.,易位模型分两个阶段: 第一, 当肽键形成, 在A位的tRNA氨酰末端进入P位; 然后, tRNA的反密码子末端进入P位.,6.13 Elongation factors bind alternately to the ribosome. 延伸因子交替地结合在核糖体上.,易位需要EF-G, 其结构类似于氨酰-tRNA*EF-Tu*GTP 复合体. EF-Tu及EF-G与核糖体的结合是相互排斥的. 易位需要GTP水解, 这引起EF-G的变化, 继而又引起核糖体结构的变化.,当核糖体接受新的氨酰-tRNA, 形成肽键和移位时, 因子EF-Tu和EF-G交替结合到核糖体上.,6.14 Three codons terminate protein synthesis 三种密码子终止蛋白质合成.,三个密码子UAA(赭石), UAG(琥珀) 和UGA(猫眼石) 终止蛋白质合成. 细菌中终止子的使用频率是不一样的, 大概是UAA UGA UAG.,6.15 Termination codons are recognized by protein factors. 蛋白质因子识别终止密码子.,终止密码子是被蛋白质释放因子而不是氨酰-tRNA所识别. I 型释放因子的结构类似于氨酰-RNA*EF-Tu和EF-G. I 型释放因子应答特异性的终止密码子, 并水解肽酰-tRNA上的键. II 型释放因子依赖GTP发挥作用, 它协助I 型因子. 原核生物(在原核生物中有两种释放因子)和真核生物(在真核生物中只有一种释放因子)的机制是类似的.,分子水平的相似性使得延伸因子Tu-tRNA复合体