第四章 从mRNA到蛋白质.ppt

生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,第四章,翻译(translation):即蛋白质生物合成，是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。,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,核糖体,mRNA,tRNA,20种氨基酸,主要内容,第一节蛋白质生物合成体系第二节蛋白质生物合成过程第三节蛋白质合成后加工和运转机制,第一节蛋白质合成体系,1.遗传密码三联子2.tRNA3.核糖体,1.遗传密码三联子,（一）定义,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)。,起始密码(initiationcoden):AUG,终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA,遗传密码表,（二）遗传密码的性质,1）简并性,2）普遍性与特殊性,3）连续性,4）摆动性,1）简并性,由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymouscodon）。,减少了变异对生物的影响,2）普遍性与特殊性,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。,线粒体与核DNA密码子使用情况的比较,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。,3）连续性,基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。,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，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。,转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。,4）摆动性,U,摆动配对,密码子、反密码子配对的摆动现象,酵母tRNA的一级结构与二级结构,2、tRNA,二级结构：“三叶草形”,氨基酸臂,与密码子配对,连接氨基酸,三级结构：倒“L形”,3.核糖体,核糖体是蛋白质的合成部位，不同细胞核糖体的组成：,在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位（A位）大亚基结合或接受肽基tRNA的部位大亚基肽基转移部位（P位）大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基,原核生物翻译过程中核糖体结构模式:,A位：氨基酰位(aminoacylsite),P位：肽酰位(peptidylsite),E位：排出位(exitsite),第二节蛋白质生物合成过程,蛋白质生物合成过程,氨基酸活化肽链的起始、伸长、终止新合成多肽链的折叠和加工,氨基酸的活化,必需组分：20种氨基酸20种或更多的tRNA20种氨酰-tRNA合成酶ATP,Mg2+,（1）氨基酰-tRNA合成酶,氨基酸的活化,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：Ser-tRNASerMet-tRNAMet,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-tRNAMet,（2）起始肽链合成的氨基酰-tRNA,第一步反应,氨基酸ATP-E氨基酰-AMP-EAMPPPi,第二步反应,氨基酰-AMP-EtRNA氨基酰-tRNAAMPE,tRNA与酶结合的模型,tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,ATP,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。,肽链的起始、伸长、终止,1）肽链的起始,肽链起始必需组分：mRNAN-甲酰甲硫氨酸-tRNAmRNA上的起始密码子（AUG）核糖体大、小亚基GTP,Mg2+起始因子（IF-1,IF-2,IF-3等）,IF-3,IF-1,翻译起始(原核生物)为例又可被分成4步：（P122）（1）核蛋白体大小亚基分离,（2）30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合,IF-3,IF-1,S-D序列：mRNA起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可与核糖体小亚基16S-rRNA上富含嘧啶序列相结合。,IF-3,IF-1,（3）在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet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。,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,（4）GTP水解，释放翻译起始因子，带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,真核生物翻译起始的特点,核糖体较大,为80；起始因子比较多；mRNA5端具有m7Gppp帽子结构Met-tRNAMetmRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物；,真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物),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。而在真核生物中，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（P124）。,真核生物翻译起始复合物形成过程,肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合（进位）、肽键的生成（成肽）和移位（转位）。,2）肽链的延伸,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。,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,肽链合成的延长因子,（1）AA-tRNA与核糖体A位点的结合,需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子,通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-TuGTP复合物,EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts,重新参与下一轮循环,（2）肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化,（3）移位,核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子,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。,fMet,fMet,3）肽链的终止,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,真核生物只有一个终止因子（eRF）,终止相关的蛋白因子称为终止因子或释放因子(releasefactor,RF),原核肽链合成终止过程,RF,多聚核蛋白体(polysome),使蛋白质合成高速、高效进行。,电镜下的多聚核蛋白体现象,蛋白质合成后加工和运转机制,第三节,主要包括,一、蛋白质前体的加工二、蛋白质合成抑制剂三、蛋白质运输,一）蛋白质前体的加工,1、N端fMet或Met的切除2、二硫键的形成3、特定氨基酸的修饰4、切除新生肽链中非功能片段,1）N端fMet或Met的切除,新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质,2）二硫键的形成mRNA中没有胱氨酸的密码子，蛋白质中的二硫键是通过两个半胱氨酸的-SH基氧化生成的,3）特定氨基酸的修饰磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化,4）切除新生肽链中非功能片段,前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图,二）蛋白质合成抑制剂,三）蛋白质运转,1、翻译-运转同步机制,信号肽假说信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端），长度一般在1336个残基之间。,信号序列特点：,（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。,信号肽假说内容：,信号肽假说认为，编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。,新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程,2、翻译后运转机制,(1)线粒体蛋白质跨膜运转,在运转前大多以前体形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽组成，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶水解，释放成熟蛋白质；蛋白质通过线粒体内膜的运转是个需能过程；运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别Hsp70或MSF等分子伴侣结合的待转运多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差,(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转,特点：活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内叶绿体膜能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合叶绿体蛋白质前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异。,（3）核定位蛋白的运转机制,复习体,1多数氨基酸都有两个以上密码子，下列哪组氨基酸只有一个密码子？A苏氨酸、甘氨酸B脯氨酸、精氨酸C丝氨酸、亮氨酸D色氨酸、甲硫氨酸E天冬氨酸和天冬酰胺,（D）,2tRNA分子上结合氨基酸的序列是ACAA-3BCCA-3CAAC-3DACA-3EAAC-3,（B）,3遗传密码A20种氨基酸共有64个密码子B碱基缺失、插入可致框移突变CAUG是起始密码DUUU是终止密码E一个氨基酸可有多达6个密码子,(B、C、E）,4、tRNA能够成为氨基酸的转运体、是因为其分子上有A-CCA-OH3末端B3个核苷酸为一组的结构C稀有碱基D反密码环E假腺嘌吟环,（A、D）,5、蛋白质生物合成中的终止密码是()。（A）UAA（B）UAU（C）UAC（D）UAG（E）UGA,A、D、E,6、Shine-Dalgarno顺序(SD-顺序)是指:（）A.在mRNA分子的起始码上游8-13个核苷酸处的顺序B.在DNA分子上转录起始点前8-13个核苷酸处的顺序C.16srRNA3端富含嘧啶的互补顺序D.启动基因的顺序特征,A,7、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性(摇摆)。（）（A）第个(B)第二个