《分子生物学第五讲》PPT课件

翻译Translation（蛋白质的生物合成ProteinBiosynthesis）,转录:在RNA聚合酶（RNAPolymerase）的催化下，以DNA为模板合成RNA的过程。,Reviewoflastclass,有义链(Sensestrand),与mRNA序列相似的那条DNA链称为有义链，又叫编码链.,启动子(Promoter)：位于DNA分子上专一与RNA聚合酶结合并决定转录起始的一段序列。,转录起始（Initiation）(模板识别Templaterecognition),RNA聚合酶与DNA结合,寻找启动子,解开DNA双螺旋,起始位点合成RNA,RNApolymeraseII,位于核质中用于所有蛋白质编码基因mRNA前体的合成前体mRNA需经过加帽、加尾及剪接等加工过程。,复制和转录相同点：都以DNA为模板合成方向均为53方向都需要依赖DNA的聚合酶遵循碱基互补配对规律原料为核苷酸产物为多聚核苷酸链,1、DNA复制时，以35方向的母链作为模板，指导新合成的链以53方向进行连续合成的链称为。另一条非连续合成的链称作，该合成链上有许多被称作片段的不连续片段。,2、RNA有三种基本类型，它们是、和。,3、下列过程不属于转录起始的是（）A、RNA聚合酶与DNA结合B、寻找启动子C、解开DNA双螺旋D、在核心酶作用下，NTP不断聚合,4、Agenewith6exonsisexpectedtohave（）A、5intronsB、6intronsC、7intronsD、incertitude,顺式作用元件(cis-actingelement)：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列，包括启动子、增强子、沉默子等,（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。,（2）增强子：能从启动子的上游或下游数千个碱基处激活转录的序列元件,（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,反式作用因子(trans-actingfactors),能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。,EndofReview,桃基因组测序完成，2013,3.24NatureGenetics,粗山羊草基因组测序完成,注：拟斯卑尔脱山羊草BB,流感病毒可分为甲（）、乙（）、丙（）三型。其中，甲型流感依据流感病毒血凝素蛋白（hemagglutinin，HA）的不同可分为1-16种亚型（H1H16），根据病毒神经氨酸酶蛋白（neuraminidase,NA）的不同可分为1-9种亚型（N1N9），HA不同亚型可以与NA的不同亚型相互组合形成不同的流感病毒。,BewaretheNewBirdFluH7N9,血凝素蛋白呈柱状，能与人、鸟、猪豚鼠等动物红细胞表面的受体相结合引起凝血。血凝素蛋白水解后分为轻链和重链两部分，后者可以与宿主细胞膜上的唾液酸受体相结合，前者则可以协助病毒包膜与宿主细胞膜相互融合。,神经氨酸酶蛋白是一个呈蘑菇状的四聚体糖蛋白，具有水解唾液酸的活性，当成熟的流感病毒经出芽的方式脱离宿主细胞之后，病毒表面的血凝素会经由唾液酸与宿主细胞膜保持联系，需要由神经氨酸酶将唾液酸水解，切断病毒与宿主细胞的最后联系。因此神经氨酸酶是流感治疗药物的一个作用靶点，针对该酶设计的奥司他韦（Oseltamivir）是著名的抗流感药物之一，商品名叫达菲（Tamiflu）。,内容提要,1、基本概念,2、遗传密码,3、核蛋白体是多肽链合成的装置,4、tRNA与氨基酸的活化,5、蛋白质生物合成过程,1.概念,翻译：翻译是指以mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程。,蛋白质合成的场所是?蛋白质合成的模板是?模板与氨基酸之间的接合体是?蛋白质合成的原料是?,tRNA,温故部分概念P122,20种氨基酸(a.a.)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子,参与蛋白质生物合成的物质包括,三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）,2.遗传密码,原核生物的多顺反子（polycistronic）,真核生物的单顺反子（monocistronic）,mRNA上存在遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(tripletcoden)。,遗传密码表,从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。,CompleteCDSanddeducedaminoacidsequenceofBcPROinBrassicacampestrisssp.chinenesis.BcPROgeneis405bpinlengthencoding135aminoacids.,连续性(Commaless),遗传密码的特点,编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变(frameshiftmutation)。,简并性(Degeneracy),遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,通用性(universal),蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,摆动性(Wobble),转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码子与密码子之间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。,内容提要,1、基本概念,2、遗传密码,3、核蛋白体是多肽链合成的装置,4、tRNA与氨基酸的活化,5、蛋白质生物合成过程,3、核蛋白体是多肽链合成的装置,不同细胞核蛋白体的组成,核蛋白体是细胞质和线粒体中无膜包裹的颗粒状细胞器，具蛋白质合成功能。核蛋白体包括RNA和蛋白质，直径为20-25nm。,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位(aminoacylsite),P位：肽酰位(peptidylsite),E位：排出位(exitsite),4、tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂（Aminoarm）,tRNA的三级结构示意图,氨基酸+tRNA,氨基酰-tRNA,ATP,AMPPPi,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase),氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸ATP+E氨基酰-AMP-EPPi,第二步反应,氨基酰-AMP-EtRNA氨基酰-tRNAAMPE,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet,补充说明：大小亚基：小亚基结合mRNA和tRNA（A位氨基酰tRNA和肽酰tRNA）大亚基则催化肽键的形成。,翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination),整个翻译过程可分为：,翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。,5、蛋白质生物合成过程,（1）肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translationalinitiationcomplex)。,原核、真核生物各种起始因子的生物功能,促进核蛋白体分离成大小亚基,eIF,-,6,促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基,eIF,-,5,eIF,-,4F,复合物成分，结合,eIF,-,4E,和,PAB,eIF,-,4G,eIF,-,4F,复合物成分，结合,mRNA5,帽子,eIF,-,4E,结合,mRNA,，促进,mRNA,扫描定位起始,AUG,eIF,-,4B,eIF,-,4F,复合物成分，有解螺旋酶活性，促进,mRNA,结,合小亚基,IF,-,4A,最先结合小亚基促进大小亚基分离,eIF,-,2B,，,eIF,-,3,促进起始,tRNA,与小亚基结合,eIF,-,2,真核,生物,促进大小亚基分离，提高,P,位对结合起始,tRNA,敏感性,IF,-,3,促进起始,tRNA,与小亚基结合,IF,-,2,占据,A,位防止结合其他,tRNA,IF,-,1,原核,生物,生物功能,起始因子,促进核蛋白体分离成大小亚基,eIF,-,6,促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基,eIF,-,5,eIF,-,4F,复合物成分，结合,eIF,-,4E,和,PAB,eIF,-,4G,eIF,-,4F,复合物成分，结合,mRNA5,帽子,eIF,-,4E,结合,mRNA,，促进,mRNA,扫描定位起始,AUG,eIF,-,4B,eIF,-,4F,复合物成分，有解螺旋酶活性，促进,mRNA,结,合小亚基,IF,-,4A,最先结合小亚基促进大小亚基分离,eIF,-,2B,，,eIF,-,3,促进起始,tRNA,与小亚基结合,eIF,-,2,真核,生物,促进大小亚基分离，提高,P,位对结合起始,tRNA,敏感性,-,3,促进起始,tRNA,与小亚基结合,-,占据,A,位防止结合其他,tRNA,IF,-,1,原核,生物,生物功能,起始因子,原核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。,lF1、3,GDP+Pi,lF2,lF1、3,与原核生物的差异1）核蛋白体真核生物80S（40S+60S），原核生物70S;2）起始因子（eIF）有10种，结构上与原核IF差别很大；3）起始蛋氨酰-tRNA不需甲酰化；4）mRNA结构不同，有5帽子结构和3多聚A5）起始复合物形成过程不同,起始过程,1）大小亚基的解离2)Met-tRNAimet-GTP-eIF2,eIF-3eIF4c,小亚基,3）mRNA结合到小亚基：所需因子：eIF-3、eIF-1、eIF-4A、eIF-4B，由ATP提供能量。结合过程：通过帽结合因子（CBP：eIF-4E、eIF-4F）与mRNA的帽结合，转移至小亚基。mRNA在小亚基上向下游移动，使起始密码AUG在tRNAimet的反密码位置结合，开始翻译。,4）通过eIF-5的作用，小亚基与大亚基结合，形成起始复合物。,帽结合蛋白（CBP）,种类：CBPeIF-4ECBPeIF-4F功能：与mRNA的帽子结构结合CBP具有解旋酶和ATP酶活性。,真核生物翻译起始复合物形成过程,（2）肽链合成延长,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation),延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-G真核生物：EF-1、EF-2,又称注册(registration),进位,指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,成肽,是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。,转位,延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载