医学生化翻译课件

1、医学生化翻译The flow of genetic information in a typical cell.Central dogmaReverse transcriptiontranslationtranslation医学生化翻译蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译（翻译P291）Protein Biosynthesis，Translation医学生化翻译 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即即翻译翻译，就是将就是将mRNA中中 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通过编码的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破破译的方式解读为蛋白质一级结构中译的方式解读为蛋白质一级结构中20种种氨

2、基酸的氨基酸的排列顺序排列顺序 。医学生化翻译参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质Protein Biosynthesis System 第第 一一 节节 医学生化翻译参与蛋白质生物合成的物质包括参与蛋白质生物合成的物质包括 模板：模板： mRNA 原料：原料：20种编码种编码氨基酸氨基酸 氨基酸运载体：氨基酸运载体：tRNA 场所：场所：核糖体核糖体 酶：酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、 转肽酶转肽酶 蛋白质因子：蛋白质因子：IF、EF、 RF 能量（能量（ATP、GTP） 无机离子（无机离子（Mg2+、Mn2+）医学生化翻译一、一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是

3、蛋白质生物合成的直接模板nmRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5 -端起始密码子端起始密码子AUG到到3 -端终止密端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。医学生化翻译翻译模板翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码 翻译方向翻译方向 mRNA的翻译方向的翻译方向从从5 3方向，从方向，从起始密码起始密码到到终止密码终止密码的序列，决定了肽链的合

4、成方向从的序列，决定了肽链的合成方向从N 端端到到C 端端。 遗传密码（遗传密码（genetic codon） mRNA链上由链上由3个个连续连续碱基组成的碱基组成的三联体三联体，决，决定一个定一个氨基酸氨基酸，称为遗传密码或密码子。，称为遗传密码或密码子。遗传密码表（遗传密码表（P292）P292医学生化翻译 遗传密码表遗传密码表目目 录录密码子：密码子：起始密码起始密码:终止密码终止密码: 64AUGUAA，UAG，UGA 医学生化翻译遗传密码的特点遗传密码的特点（一）（一） 遗传密码的遗传密码的方向性方向性(direction)（二）（二）连续性连续性（commaless）（三）（三）简

5、并性简并性（degeneracy）（四）（四）摆动性摆动性（wobble） (五五) 通用性通用性（universal）医学生化翻译 方向性方向性 (direction )医学生化翻译2. 连续性连续性(commaless)各个三联体密码各个三联体密码连续阅读连续阅读，密码子间既，密码子间既无间断也无交叉。无间断也无交叉。 医学生化翻译3. 简并性简并性(degeneracy)目目 录录编码密码子：编码密码子：编码氨基酸：编码氨基酸：6120医学生化翻译4. 4. 通用性通用性(universal)(universal) 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生

6、物到人类都通用。人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。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密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。 UGA 色氨酸色氨酸医学生化翻译密码子密码子反密码子反密码子三、三、 tRNA与氨基酸的转运与氨基酸的转运 P2955. 摆动性摆动性(wobble)氨基酸臂反密码子反密码环 密码子医学生化翻译密码的摆动性密码的摆动性 mRNA上的密码子与上的密码子与tRNA上的反密码子相互辨认，大多数情况下上的反密码子相互辨认，大多数情况下是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格

7、的配对，这种现象就是遗传是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传密码的摆动性。密码的摆动性。尤其是密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之尤其是密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之间常出现摆动现象。间常出现摆动现象。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌呤分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆动现象。）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆动现象。tRNA反密码子第1位碱基IUGmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, C医学生化翻译目目 录录二、核糖体与肽链装配二、核糖体与肽链装配 P29

8、5 核糖体由大、小亚基组成，每个亚基含核糖体由大、小亚基组成，每个亚基含有不同的有不同的蛋白质蛋白质和和 rRNA，原核生物和，原核生物和真核生物又各有不同真核生物又各有不同。医学生化翻译核核糖糖体体的的组组成成目目 录录医学生化翻译53N新生肽链新生肽链53氨基酸氨基酸53mRNAA site 氨基酰位氨基酰位肽酰位肽酰位P site53E site排出位排出位P296原核生物翻译过程中核糖体结构模式原核生物翻译过程中核糖体结构模式:医学生化翻译第二节、氨基酸的活化第二节、氨基酸的活化 P297 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶具有具有绝对专一性绝对专一性

9、，对，对氨基酸氨基酸、tRNA 两种底物都能高度特异性地识别。两种底物都能高度特异性地识别。氨基酸氨基酸+tRNA +ATP 氨基酰氨基酰-tRNA+ AMP+ppi Mg2+氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶医学生化翻译P297 第二节、氨基酸的活化第二节、氨基酸的活化 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶53CCAOHCRHO C ONH2H氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPMg2+53CCAOCRC ONH2H氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有绝对合成酶具有绝对专一性，对氨基酸、专一性，对氨基酸、tRNA 两种两种底物都能高度特异性地识别。底物都能高度特异性地识别。氨基酰氨基酰-tRN

10、A合成酶具有校正合成酶具有校正活性活性(proofreading activity) 。医学生化翻译 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 医学生化翻译真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNAN-甲酰甲硫氨

11、酰甲酰甲硫氨酰-tRNA医学生化翻译 P298 第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide ChainThe Biosynthesis Process of Peptide Chain医学生化翻译 翻译的起始翻译的起始(initiation) 翻译的延长翻译的延长(elongation) 翻译的终止翻译的终止(termination )整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻译过程从翻译过程从5 -AUG开始，按开始，按mRNA模模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。码

12、出现。 以原核生物为例以原核生物为例医学生化翻译一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和起始和起始氨基酰氨基酰-tRNA分别分别与与核糖体核糖体结合而形成结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)，此此过程需要多种起始因子的参与过程需要多种起始因子的参与。医学生化翻译（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。医学生化翻译4. 核

13、蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合原核生物起始复合物的生成原核生物起始复合物的生成1. 核蛋白体亚基的分离核蛋白体亚基的分离2. mRNA在核蛋白体小亚基上就位在核蛋白体小亚基上就位3. fmet-tRNA的结合的结合70S医学生化翻译IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目目 录录P医学生化翻译A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目目 录录医学生化翻译：原核生物原核生物mRNA翻译起始子翻译起始子AUG的的上游上游413个核苷酸之前有个核苷酸之前有富含嘌呤富含嘌呤的序列。这一序的序列。这一序列以列以AGGA为核心，称之为为核心，

14、称之为SD序列。该序列与序列。该序列与30s小亚基上小亚基上16srRNA 3-端富含嘧啶端富含嘧啶序列结合，稳固了序列结合，稳固了mRNA与小亚基的结合。与小亚基的结合。医学生化翻译IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到结合到小亚基小亚基A U G53目目 录录医学生化翻译IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目目 录录医学生化翻译IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录医学生化翻译二、肽链合成延长

15、二、肽链合成延长指根据指根据mRNA密码序列的指导，次序添加密码序列的指导，次序添加氨基酸从氨基酸从N端向端向C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环增，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(registration)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)医学生化翻译 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长

16、因子 (elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2 医学生化翻译（一）进位（注册）（一）进位（注册）指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核糖体进入核糖体A位。位。医学生化翻译（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键形成过程。形成过程。医学生化翻译（三）转位（三）转位 由由转位酶转位酶（translocase；活性存在于；活性存在于EF-G ）催化，核糖体向）催化，核糖体向mR

17、NA的的3端移动端移动相相当于当于一个密码子一个密码子的距离，原有带肽链的的距离，原有带肽链的tRNA由由A位转移至位转移至P位位, mRNA分子第三个密码子定分子第三个密码子定位于位于A位，位，空着的空着的A位位等待接受下一个氨基酰等待接受下一个氨基酰-tRNA医学生化翻译（三）转位（三）转位*肽链延伸方向：肽链延伸方向：N端端 C端端医学生化翻译进进位位转转位位成肽成肽核糖体核糖体循环循环医学生化翻译肽链的延长医学生化翻译 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRN

18、A、核、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。终止相关的蛋白因子称为终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 释放因子的功能释放因子的功能一是一是识别终止密码识别终止密码二是二是诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性医学生化翻译原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 医学生化翻译多聚核糖体多聚核糖体(polysome)使蛋白质合成使蛋白质合成高速、高效进行。高速、高效进行。P 1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核糖体，

19、这些核个核糖体，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体依次结合起始密码子并沿并沿53方向读码移动，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核糖体形成的与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体聚合物称为多聚核糖体(polysome) 。 医学生化翻译第四节第四节蛋白质翻译后修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein医学生化翻译从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，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。过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括 加工与修饰加工与修饰( (肽链一级结构肽链一级结