生物合成调节机理翻译

生物合成调节机理翻译第1页，课件共39页，创作于2023年2月第五章

酶的生物合成及调节机理主要是RNA和蛋白质的生物合成过程。中心法则:DNARNA蛋白质转录翻译第2页，课件共39页，创作于2023年2月第二节蛋白质的生物合成—翻译中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。

翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。第3页，课件共39页，创作于2023年2月遗传信息流动示意图mRNA核糖体tRNA第4页，课件共39页，创作于2023年2月二、tRNA蛋白质合成体系的组分三、核糖体蛋白质合成体系一、mRNA和遗传密码四、辅助因子第5页，课件共39页，创作于2023年2月

mRNA

(messengerRNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。mRNA原核生物和真核生物mRNA的比较第6页，课件共39页，创作于2023年2月遗传密码介绍三联体密码的破译遗传密码字典遗传密码的性质遗传密码:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。第7页，课件共39页，创作于2023年2月三联体密码的破译1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸

1961年Crick

等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合成,寻找到了破译遗传密码的途径

Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐第8页，课件共39页，创作于2023年2月缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变CATCATCATCATCATCATCATCACATCATCATCATCCATCAC

AXT

CATCATCAT

CAX

TXC

ATX

CATCATCAT-1-1,+1+3第9页，课件共39页，创作于2023年2月以均聚物为模板指导多肽的合成PolyU为模板，产生的多肽链为PolyPhePolyA为模板，产生的多肽链为PolyLysPolyC为模板，产生的多肽链为PolyPro第10页，课件共39页，创作于2023年2月以特定的共聚物为模板指导多肽的合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽,如以PolyUG为模板，合成产物为PolyLys-Val。（2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。第11页，课件共39页，创作于2023年2月核糖体结合技术技术要点：保温

硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA

确定与核糖体结合的AA以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA第12页，课件共39页，创作于2023年2月遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG第13页，课件共39页，创作于2023年2月遗传密码的性质1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并性（dogeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymouscodon)。密码的简并性可以减少有害突变。3、密码的通用性和变异性

第14页，课件共39页，创作于2023年2月人线粒体中变异的密码子UGA终止信号TrpAUAIleMetAGAArg终止信号AGGArg终止信号密码子正常情况下编码线粒体DNA编码第15页，课件共39页，创作于2023年2月密码子与反密码子相互作用密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.第16页，课件共39页，创作于2023年2月反密码子与密码子之间的碱基配对AUCG反密码子第一位碱基密码子第三位碱基GUCUAGIUCA第17页，课件共39页，创作于2023年2月1966年Crick根据立体化学原理提出：（1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基与tRNA上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一性主要是由这两个碱基对的作用。（2）有些反密码子的第一个碱基（按5-3

）决定了该tRNA识别密码子的数目。（3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA来识别。第18页，课件共39页，创作于2023年2月密码子的使用64组密码子中，AUG既是氨基酸的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。

（1）原核生物中以AUG为起始密码子，少数为GUG；真核生物中以AUG，终止密码子UAA，UAG，UGA全部被使用，有时连作两个；（2）哺乳动物中对同义密码子使用有很大差异，有的广泛使用，有的有所偏好；（3）大肠杆菌中3’端为C、U的同义密码子，若前两位是A，U，第3位优先用C；但若是C，G，则优先用U第19页，课件共39页，创作于2023年2月以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种tRNA、酶和辅助因子，合成多肽链的过程。1、氨基酸活化生成氨酰—tRNA（反应式）2、肽链合成起始（Fig）3、肽链的延伸（Fig）4、肽链的终止(link)5、蛋白质前体的加工(link)蛋白质的生物合成基本过程go第20页，课件共39页，创作于2023年2月mRNA为模板，aa为底物，在核糖体上，经各种

tRNA、酶和辅酶的作用，合成多肽链（氨酰—tRNA）（原核）大肠杆菌：肽链合成的第一个aa是甲酰甲硫氨酸1、氨基酸活化生成氨酰-tRNAgoback第21页，课件共39页，创作于2023年2月

tRNA

（transferribonucleicasid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。1、tRNA的结构特征2、tRNA的功能（1）tRNA的接头(adaptor)作用

3´-端上的氨基酸接受位点

识别氨酰-tRNA合成酶的位点核糖体识别位点反密码子位点（2）tRNA的突变与校正基因

(回复突变，reversemutation)

tRNA第22页，课件共39页，创作于2023年2月密码子与反密码子的配对关系反密码子tRNA53AUC5mRNA3密码子123第23页，课件共39页，创作于2023年2月基因间的校正突变GluH2NCOOH

第一个突变：由于DNA突变使mRNA分子中GAG变为UAGGAG(Glu)UAG（终止密码）H2NCOOHTyrH2NCOOH

第二个突变：tRNATyr的反密码子GUA突变成CUA突变tRNATyr可以将终止密码UAG读作Tyr3-A-U-C-55-U-A-G-3突变tRNATyr的反密码子（正常时应为3-A-U-G-5）此终止密码被读作Tyrback第24页，课件共39页，创作于2023年2月氨基酸的活化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰-tRNAback第25页，课件共39页，创作于2023年2月N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAiMetfMet-tRNAtMetN10-CHO-FH4FH4转甲酰酶第26页，课件共39页，创作于2023年2月氨酰-tRNA合成酶特点a、专一性：

对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

对tRNA具有极高专一性。

b、校对作用：氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。Back第27页，课件共39页，创作于2023年2月2、肽链合成的起始以大肠杆菌为例；在GTP和起始因子initiationfactor参与下30S亚基、fMet-tRNAF、mRNA和50S亚基结合。组成起始复合物，5个步骤：（1）30S亚基与起始因子IF3结合；（2）30S亚基与mRNA结合,30S-IF3-mRNA；（3）fMet-tRNAF与IF2及GTP结合fMet-tRNAF-IF2-GTP；（4）IF1参与下，（3）与（2）结合成30S起始复合物，fMet-tRNAF上反密码子正好与mRNA上起始密码子AUG结合；（5）50S亚基与30S起始复合物结合形成完整70S核糖体；fMet-tRNAF位于70S核糖体“P”位（肽酰基位），而其“A”位空着第28页，课件共39页，创作于2023年2月肽链合成的起始30S亚基•mRNAIF3-IF1复合物30S•mRNA•GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1复合物70S起始复合物codonanticodonA位P位

mRNA

+30S亚基-IF3A位IF-353IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始复合物第29页，课件共39页，创作于2023年2月back第30页，课件共39页，创作于2023年2月3、肽链的延伸延伸因子elongationfactor参与下对应的氨酰-tRNA进入核糖体”A位”四步骤：（1）延伸因子EF-T与氨酰-tRNA(AA1-tRNA1)及GTP结合生成复合物;（2）AA1-tRNA1进入A位同时释放EF-T,GTP水解生成GDP和Pi;（3）肽基转移酶将P位fMet-tRNAF的fMet转至A位AA1-tRNA1的氨基上,以肽键结合生成肽酰-tRNA(fMet-AA1-tRNA1)（4）在延伸因子EF-G和GTP参与下,mRNA与核糖体相对移动一个密码子距离使原来A位的肽酰移位至P位,A位又成空位,释放出相关因子,然后下一个氨酰-tRNA2进入A位重复(1)~(3)步骤第31页，课件共39页，创作于2023年2月肽链的延长12122323进位肽键形成移位