《蛋白质生物合成》PPT课件

第四节原核生物的翻译过程一、翻译的起始1.30S亚基与mRNA的结合2.30S-IF3-mRNA复合物与起始tRNA结合3.70S复合物的形成二、肽链的延伸三、合成的终止,第四节原核生物的翻译过程,无论原核生物还是真核生物，翻译过程均可分为三个阶段，即起始（initiation）、延伸（elongation）和终止（termination）。翻译的速度很快，在37为15个氨基酸/秒。研究翻译过程的方法主要是应用体外翻译系统（如兔网织红细胞裂解物系统）。,一、翻译的起始,翻译的起始是核糖体的大小亚基、氨酰tRNA和mRNA在起始因子的协助下组合成70S起始复合物的过程。参与起始过程的核糖体亚基由游离存在的和翻译终止后核糖体解离产生的亚基提供。,1.30S亚基与mRNA的结合,30S亚基能够识别mRNA编码区上游的一段称为核糖体结合位点（ribosome-bindingsite）的短序列，也称Shine-Dalgarno序列（SD序列）。30S亚基单独并不能和mRNA结合，必须有起始因子（initiationfactor，IF）。细菌中有三种起始因子，分别为IF1、IF2和IF3。,IF3促进30S亚基与mRNA的结合；IF2参与起始tRNA与30S亚基的结合；IF1可能只是作为起始复合物的一个组分，只起稳定作用，而不是识别30S亚基中的特别成分。IF3有两个作用，第一是稳定游离的30S亚基，第二个功能是保证小亚基与mRNA的结合。只有IF3和小亚基共同作用才能形成正确的起始复合物。,mRNA与30S亚基的结合需要mRNA与16SrRNA之间的碱基配对关系。在16SrRNA的3端区域存在与mRNA互补的保守序列CCUCCU。该序列的突变可抑制翻译的进行。,2.30S-IF3-mRNA复合物与起始tRNA结合,在mRNA的核糖体结合位点，有一段序列是可译框架起始点的标志，即起始密码子，通常为AUG。起始AUG由起始tRNA（fMet-tRNAf）识别，而延伸过程中的AUG由Met-tRNAm识别。fMet-tRNAf在结构上和Met-tRNAm及其他tRNA不同。起始tRNA携带的是甲酰化的甲硫氨酸，没有游离的氨基，其氨基端不能形成肽键，只能作为起始氨基酸。,甲酸基-四氢呋喃,甲酰化,甲酰化,起始tRNA进入P位是在IF2的协助下完成的。IF2先与起始tRNA形成二元复合物（IF2-fMet-tRNAf）。IF2只能与起始tRNA相互作用，因此保证了其他的tRNA不能用于起始。IF2还有依赖核糖体的GTP酶的活性。二元复合物具备了与30S亚基结合的能力，同时GTP也加入到复合物中去。,3.70S复合物的形成,30S-IF3-mRNA-IF2-fMet-tRNAf-GTP复合物有与50S亚基结合的能力。50S亚基的结合，可使IF3游离。IF3与50S亚基间的竞争决定了核糖体的工作状态。50S亚基的结合还激活了IF2的GTP酶活性，水解GTP释放能量，并解离下来。这样就形成了70S复合物（30S-mRNA-fMet-tRNA-50S）。所有的起始因子都解离下来而不参与延伸过程，它们只起辅助因子的作用。,二、肽链的延伸,肽链的延伸以氨基酰-tRNA进入70S起始复合物（进位）的A位为标志。除起始tRNA外，其他的氨基酰-tRNA均有进入A位的能力。这一过程需要延伸因子（elongationfactor，EF）参与，在细菌为EF-Tu。EF-Tu只有在氨基酰tRNA进位时才能与核糖体结合，进位完成后便从核糖体上解离下来，参与下一个进位过程。,EF-Tu与鸟苷酸结合，其活性受鸟苷酸的调节。在GTP存在时，EF-Tu有活性；当GTP水解为GDP时，呈无活性状态。EF-Tu-GDP在EF-Ts作用下，释放GDP。EF-Ts被GTP取代，重新形成EF-Tu-GTP，这一过程称为Tu-Ts循环。Ef-Tu-GTP能结合氨基酰tRNA，形成EF-Tu-GTP-氨基酰-tRNA三元复合物，而不能与起始tRNA结合，这样保证了起始tRNA不参与肽链的延伸。,在核糖体的P位被起始tRNA或肽酰-tRNA占据的情况下，三元复合物进入到A位，GTP水解，并释放EF-Tu-GDP。而后发生转肽反应，即A位的氨基酰-tRNA所携带的氨基酸与P位的肽酰-tRNA的肽链（或起始氨基酸）形成肽键，肽链延长了一个氨基酸。催化该反应的酶为肽酰转移酶（peptidyltransferase）。,用GTP的类似物GMP-PCP代替GTP与EF-Tu结合，可使氨基酰-tRNA进入A位，但不能形成肽键。黄色霉素（kirromycin）可抑制EF-Tu的活性。当黄色霉素与EF-Tu结合时，EF-Tu-GTP仍能使氨基酰-tRNA进入A位，但不能释放EF-Tu-GDP，使肽键不能形成，蛋白质合成停止。EF-Tu-GDP的不能释放造成了核糖体不能形成正确的构象，因而不能完成转肽反应。,转肽反应使P位的肽酰-tRNA的肽链转移给A位的tRNA，而P位的tRNA变为空载。转肽酶活性位于核糖体的大亚基上，该位点可将A位和P位的tRNA拉近，以便形成肽键。完成这一反应需要23SrRNA和50S亚基的蛋白质，但起催化作用的是23SrRNA。,转肽结束以后，核糖体沿mRNA向前移动一个密码子的距离，这一过程称为移位（translocation）。移位的同时，将P位的空载tRNA经E位点逐出核糖体。A位的tRNA移至P位，以便新的氨基酰-tRNA进入。,移位可分为两个阶段，第一个阶段，当肽键形成后，A位的tRNA或是经自身移动或是50S亚基相对于30S亚基移动，进入P位。第二个阶段，tRNA的反密码子端移动至P位，并与密码子配对。移位需要GTP和另一种延伸因子EF-G的参与。在EF-G不存在的情况下，核糖体也可以发生移位，但效率很低。说明移位是核糖体固有的性质。,在梭链孢酸（fusidicacid）存在时，EF-G能与核糖体结合，GTP也可水解，核糖体也可正常移位，但EF-G-GDP不能释放，使肽链的延伸终止。,EF-Tu和EF-G不能同时与核糖体结合，二者交替与核糖体结合与释放。目前还不清楚两种延伸因子间的排斥是通过核糖体的构象引起还是二者竞争同一结合位点引起。二者交替与核糖体结合说明蛋白质合成是一个有序的过程。两种延伸因子与核糖体的结合都要有GTP而不是GDP的存在，可能是GTP能使延伸因子形成有活性的形式。,三、合成的终止,合成的终止包括肽链的释放、tRNA的逐出和核糖体与mRNA的分离。有三种终止密码子UAG、UAA和UGA。细菌中UAA使用频率最高，其次是UGA，UAG最低。,没有一种tRNA能识别终止密码子，终止密