章三翻译PPT课件

1、 一、蛋白质合成体系一、蛋白质合成体系Protein Biosynthesis Protein Biosynthesis SystemSystem 第1页/共79页 （一）合成原料20种编码氨基酸作为原料。 （二）酶及许多蛋白因子： 如转肽酶、氨基酰-tRNA合成酶 蛋白因子如（起始因子）IF、eIF （延长因子）EF及释放因子RF （三）需供能物质ATP、GTP及无机离子K 和 Mg2 （四）三种RNA 一、参与蛋白质生物合成的物质一、参与蛋白质生物合成的物质 （要求掌握）第2页/共79页1.1.翻译模板翻译模板mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编码一

2、条多肽链的遗传单位称为顺反子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。（一般了解）第3页/共79页原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG -53蛋白质目 录（一般了解）第4页/共79页l 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

3、密码(triplet coden)。起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA （要求掌握）第5页/共79页目 录第二个碱基第三个碱基UCAGUCAGUCAGUCAG碱基第6页/共79页从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，各个三联体密码连续排列编码一条蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 第7页/共79页1. 1. 连续性连续性(commaless)(commaless)l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

4、码间既无间断也无交叉。 （要求掌握）第8页/共79页基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 谷 酪 蛋 丝5 G C A G U A C A U G U C 丙 缬 组 缬正常5 G A G U A C A U G U C 缺失C第9页/共79页2. 2. 简并性简并性(degeneracy)(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。目 录3.方向性（direction)第10页/共79页4. 4. 通用性通用性(universal)(uni

5、versal) 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。 第11页/共79页 近年发现动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体，这些细胞起，有自身的DNA和独立的复制系统，而且在翻译过程中其密码子和通用密码子有些差异，以AUG、AUU、AUA为起始密码子,而AUA兼有甲硫氨酸密码子的功能。终止密码子是AGA、AGG色氨酸密码子是UGA等。（一般了解）第12页/共79页5. 5. 摆动性摆动性(wobble)(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

6、反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 第13页/共79页U摆动配对目 录U A U U第14页/共79页密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG第15页/共79页2.tRNA2.tRNA的功能：的功能：1.1.识别识别mRNAmRNA分子上的密码子分子上的密码子 2.2.参与氨基酸的活化，并以氨基酰参与氨基酸的活化，并以氨基酰-tRNA-tRNA的形式携带的形式携带氨基酸氨基酸反密码环氨基酸臂携带相应的氨基酸 识别

7、mRNA上的密码子 反密码子与密码子不稳定配对第16页/共79页（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)(aminoacyl-tRNA synthetase) 氨基酸的活化 （要求掌握其概念）氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶第17页/共79页tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图第18页/共79页3.3.核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体是多肽链合成的装置目 录第19页/共79页原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小

8、亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成 第20页/共79页核核蛋蛋白白体体的的组组成成目 录第21页/共79页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)目 录第22页/共79页氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-t

9、RNA合成酶 氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyltRNAsynthetase)（一）氨基酸的活化与转运二、蛋白质生物合成过程翻译由ATP供能，活化一分子氨基酸相当于消耗二分子ATPMg2第23页/共79页 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) 。 氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第24页/共79页真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAifMet 起始肽链合成的氨基酰-tRNA第25页/共

10、79页翻译的起始(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。 （二）核糖体循环第26页/共79页1.1.肽链合成起始肽链合成起始指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 (translational initiation complex)。第27页/共79页原核生物翻译起始复合物形成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

11、结合。第28页/共79页IF-3IF-1(1)核蛋白体大小亚基分离目 录第29页/共79页A U G53IF-3IF-1(2)mRNA在小亚基定位结合目 录第30页/共79页IF-3IF-1IF-2GTP(3)起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基A U G53目 录第31页/共79页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi(4)核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目 录第32页/共79页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目 录第33页/共79页2.2.肽链合成延长肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸

12、从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 l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(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation)第34页/共79页 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF） 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 第35页/共79页又称注册又称注册(registration)(registration)（1）进位指根据mRNA下一组

13、遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。目 录第36页/共79页（2 2）成肽）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。第37页/共79页（3 3）转位）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 。第38页/共79页fMetA U G53fMetTuGTP目 录第39页/共79页进位转位成肽第40页/共79页当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。 三、肽链合成的终止第41页/共79页终止相

14、关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 第42页/共79页原核肽链合成终止过程 第43页/共79页U A G53RFCOO-目 录第44页/共79页多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行。目 录第45页/共79页从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生

15、物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括l多肽链折叠为天然的三维结构 l肽链一级结构的修饰l高级结构修饰 三、翻译后的加工第46页/共79页（一）多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质（一）多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构并形成完整空间构象。 第47页/共79页 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。

16、第48页/共79页（二）一级结构的修饰（二）一级结构的修饰1.肽链N端的修饰2.个别氨基酸的修饰3.多肽链的水解修饰第49页/共79页（三）高级结构的修饰（三）高级结构的修饰 1.亚基聚合 2.辅基连接 3.疏水脂链的共价连接 第50页/共79页四、蛋白质生物合成与医学四、蛋白质生物合成与医学 （一）分子病由于基因突变导致蛋 白质一级结构改变，进而引起生物体 某些结构和功能的异常，此类疾病称 分子病。如镰刀状红细胞贫血。 （二）抗生素对蛋白质合成的影响第51页/共79页蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生

17、物合成过程而起作用的。 第52页/共79页可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。 第53页/共79页l 抗生素(antibiotics)：是微生物产生的l 能够杀灭或抑制细菌的一类药物。l抗代谢药物：指能干扰生物代谢过程，l从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传递 过程。第54页/共79页抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素

18、、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTPEFG-GTP结

19、合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 一、抗生素类对蛋白质合成的影响第55页/共79页二、其他干扰蛋白质生物合成的物二、其他干扰蛋白质生物合成的物质质 白喉毒素(toxin) 干扰素(interferon)第56页/共79页白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)(diphtheria toxin)的作用机的作用机理理NCONH2

20、N+OCH2OOHOHADPCONH2白喉毒素（有活性）OCH2OOHOHADP（无活性）第57页/共79页干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶第58页/共79页2. 2. 干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNARNA降解降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552- 5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化第59页/共79页思考题： 1.简述三种RNA在蛋白质合成中的作用。 2.遗传密码具有哪些重要特点？ 3.简述蛋白质生物合成的简要过程（核蛋白体循

21、环）。 4.蛋白质合成之后如何加工修饰，简要说明之。 5.何谓分子病？第60页/共79页 第 十 四 章 基因表达调控 Regulation of Gene Expression第61页/共79页 一、基因表达的概念* 基因组(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。* 基因表达(gene expression)基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。基因表达是受调控的第62页/共79页诱导和阻遏表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。如

22、果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。第63页/共79页在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共 同 表 达 ， 即 为 协 调 表 达 ( c o o r d i n a t e e x p r e s s i o n ) ， 这 种 调 节 称 为 协 调 调 节(coordinate regulation)。第64页/共79页 基因表达调控的基本原理 基因表达的多级调控基因激活转录起始 转录后加工mRNA降解蛋白质降解等蛋白质翻译翻译后加工修饰第65页/共79页 基因表达

23、的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。1. 特异DNA序列和调节蛋白质 基因转录激活调节基本要素第66页/共79页 原核生物 操纵子(operon) 机制特异DNA序列编码序列 启动序列 操纵序列 其他调节序列(promoter)(operator)第67页/共79页RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。1) 启