生物信息的传递下从mRNA到蛋白质ppt课件

1、第四章 生物信息的传送下 从mRNA到蛋白质DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制 翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开场，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原那么，依次合成一条多肽链的过程。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核糖体mRNAtRNA20种氨基酸 遗传密码三联子 tRNA的构造、功能与种类 核糖体的构造与功能 蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制Contents一、遗传密码三联子一三联子密码定义 mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden

2、) 。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 3二三联子密码破译mRNA5 AUCGACCUGAGC3420 ()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620 ()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420 ()核甘酸序列氨基酸序列至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的详细密码。三遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的景象称为简并degeneracy，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子synonymous codon。减少了变异对生物的影响编码某一氨基酸的密码子越多，该

3、氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外 简述密码的简并性degeneracy)和同义密码子synonymous codon) 武汉大学2003年试题三遗传密码的性质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。生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸一切UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子运用情况的比较三遗传密码的性质3、 延续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联

4、体密码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，能够导致框移突变(frameshift mutation)。 从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 三遗传密码的性质4、摆动性转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA上的反密码子需求经过碱基上的反密码子需求经过碱基互补与互补与mRNAmRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码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

5、中，前两对严厉遵守碱基配对原子与反密码子的配对中，前两对严厉遵守碱基配对原那么，第三对碱基有一定的自在度，可以那么，第三对碱基有一定的自在度，可以“摆动，摆动，这种景象称为密码子的摆动性。这种景象称为密码子的摆动性。 U摆动配对摆动配对mRNA5A AU UU UA AU UC CA AU UA A3U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5tRNA333密码子、反密码子配对的摆动景象密码子、反密码子配对的摆动景象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG 遗传密码三联子

6、 tRNA的构造、功能与种类 核糖体的构造与功能 蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制Contents二、tRNA的构造、功能与种类一 tRNA的构造 1、二级构造：三叶草形二、tRNA的构造、功能与种类一 tRNA的构造 2、三级构造： “L形氢键三叶草二级结构具有四个臂 L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直3 TC 环 氨基酸茎 3 5 氨基酸茎 5 D 环D 环 TC 环 可变环可变环反密码子环 反密码子环 图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构二 tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，构成氨

7、酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭仗本身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。1、起始tRNA和延伸tRNA三 tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNAP111。P111、P120：真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet2、同工tRNA

8、三 tRNA的种类 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种构造上的共同性，能被一样的氨基酰-tRNA合成酶识别P112。3、校正tRNA三 tRNA的种类 无义突变：在蛋白质的构造基因中，一个核苷酸的改动能够使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子UAG、UGA、UAA，使蛋白质合成提早终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于构造基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA甘氨酸 AGA精氨酸无义突变使 UUG 变为 UAG T

9、yr-tRNA 阅读 UAG 密码子AUG UUG UAA AUG UAG UAA AUG UAG UAA UACAAC AUC AUG 释放因子 抑制突变 Leu Tyr Tyr图 1417 带有突变反密码子的 tRNA 可抑制无义突变无义突变表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因 野生型 抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC, UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)

10、LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG错义抑制 错义突变 错义突变AUG AGA UAA AUG GGA UAA AUG AGA UAAUCU CCU UCU 抑制突变 Arg Gly Gly图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变 遗传密码三联子 tRNA的构造、功能与种类 核糖体的构造与功能 蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制Contents三、核糖体的构造与功能 一核糖体的构造核核糖糖体体的的组组成成 表14-7 原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能 细菌 70S 50S

11、 23S=2904b 31种(L1-L31含CGAAC和GTCG互补2.5106D 5S=120b66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补 哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 49种 有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b 33种 和Capm7G结合 三、核糖体的构造与功能 二核糖体的功能：合成蛋白质在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专注的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基

12、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位大亚基构成肽键的部位转肽酶中心大亚基 遗传密码三联子 tRNA的构造、功能与种类 核糖体的构造与功能 蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制Contents四、蛋白质合成的过程 氨基酸的活化 翻译的起始 肽链的延伸 肽链的终止 蛋白质前体的加工(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 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(proofreading activity) 。

13、氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-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第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E AMP AMP PPi PPi 目目 录录第二步反响第二步反响氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E E目目 录录 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRN

14、A氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP(二)翻译的起始原核生物细菌为例：所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物构成)又可被分成3步： P1221. 核蛋白体大小亚基分别2、30S小亚基经过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-1S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在在IF-2IF-2和和GTPGTP的协助下，的协助下， fMet-tRNAfMet fMet-tRNAfMet进入小亚基进入小亚基的的P P位，位

15、，tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA上的起始密码子配上的起始密码子配对。对。A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有、带有tRNAtRNA、mRNAmRNA和和3 3个翻译起始因子的小亚基复合个翻译起始因子的小亚基复合物与物与50S50S大亚基结合，大亚基结合，GTPGTP水解，释放翻译起始因子。水解，释放翻译起始因子。A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为；起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子构造 Met-tRNAMet

16、mRNA的5端帽子构造和3端polyA都参与构成翻译起始复合物； 真核生物翻译起始复合物构成真核生物翻译起始复合物构成(区别原核生物区别原核生物) 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P120。mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真

17、核生物翻译起始复合物构成过程复合物构成过程 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、 肽键的生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 (三)肽链的延伸1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需求耗费GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子经过延伸因子经过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,构成构成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + G

18、TP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环2、肽键构成是由转肽酶/肽基转移酶催化3、移位核糖体向mRNA3端方向挪动一个密码子。需求耗费GTP，并需EF-G延伸因子延伸因子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侧挪动 。fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 四肽链的终止 RF1：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UAG 终止因子终止因子 RF2：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UGA RF3：具：具GTP酶活性，刺激酶活性，刺激RF1和和 RF2

19、活性，协助肽链的释放活性，协助肽链的释放原核生物真核生物只需一个终止因子eRF(五)蛋白质前体的加工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、二硫键的构成两个半胱氨酸-SH -SH -SH 二硫键氧化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表示图(六)蛋白质合成抑制剂 遗传密码三联子 tRNA的构造、功能与种类 核糖体的构造与功能 蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制Contents五、蛋白质的运转机制蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转

20、同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的构成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 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点蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列有时不一定在N端。信号序列特点：1 1普通带有普通带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；2 2在接近该序列在接近该序列N-N-端经常有端经常有1 1个或数个带正电个或数个带正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；3 3在其在其C-C-末端接近蛋白酶切割位点处经常带有末端

21、接近蛋白酶切割位点处经常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基数个极性氨基酸，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。酸往往带有很短的侧链丙氨酸或甘氨酸。信号肽假说内容：新生蛋白质经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)(1)线粒体蛋白质跨膜运转线粒体蛋白质跨膜运转(2)(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体蛋白质的跨膜运转3 3核定位蛋白的运转机制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，以下哪组氨基酸只需一个密码子？ 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D2tRNA分子上结合氨基酸的序列是 ACAA-3 BCCA-3