NJUST 分子生物学课件 09RNA的翻译蛋白质的生物合成

9RNA的翻译——蛋白质的生物合成9RNA的翻译——蛋白质的生物合成9.1核糖体及核糖体核糖核酸结构9.1核糖体及核糖体核糖核酸结构9.1.1.tRNA●miniRNA,4s●tRNAphe,77Ntcloverleafform(1964HollyR.)●5arms&4loops●Ntmoremodifiedbymethylation9.1.1.tRNA●miniRNA,4s---aaacceptarm;

loadingaaat3’end---DHUloop;

contactwithAARS---anti-codonloop;

34thiswobblebase---TΨCloop;

contactwith5srRNA---extraloop;classificationmarker?34Itype;3-5Nt3/4tRNAIItype;13-21Nt---aaacceptarm;---DHUloop●Paracodon---由若干Nt组成，存在于tRNA不定位置上---与AARS侧链基团的分子发生特异的“契合”---成为tRNA准确负载氨基酸的机制之一●tRNA的”L”三维结构与功能“L”构型的结构力---二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键---二级结构中非双链区在“L”结构中，形成氢键结合●Paracodon---由若干Nt组成，存在于tRNNJUST分子生物学ppt课件09RNA的翻译蛋白质的生物合成“L”结构域的功能---anti-codonarm位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的codonofmRNA配对---TΨCloop&DHUloop位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定---“L”结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构趋于稳定

wobblebase位于“L”结构末端，堆积力小，自由度大，使碱基配对摇摆---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖体的肽基转移酶结合位点PA,以利肽键的形成“L”结构域的功能---anti-codonarm位于---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖体的肽基

转移酶结合位点PA,以利肽键的形成---anti-codonarm位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的codonofmRNA配对AP---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核---“L”结构中碱基堆积力大使其拓扑结构趋于稳定

wobblebase

位于“L”结构末端堆积力小自由度大使碱基配对摇摆---TΨCloop&DHUloop

位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定---“L”结构中碱基堆积力大---TΨCloop&9.1.2.rRNA●Prokaryote23s,16s,5s/Eukaryote28s-5.8s,18s,5s●Richmethylation(m2U,m3A,m3U,m26A(二甲基)…)9.1.2.rRNA●Prokaryote23‘end5‘endS21-----------S1S4Orderedprocess16srRNAS43‘end5‘endS21-----------S1●Morehairpinstructue●Morehairpinstructue9.1.3.mRNA●InProkaryote5’-end;300±Ntleadingseq.(A/G-------------AUG)S.Dseq---------------------AUGpoly-citron9NtbetterrichA,U,Shine-Dalgarnoseq.(S.Dseq)GGAGG→Gmut.translationgodown9.1.3.mRNA●InProkaryot●InEukaryotemono-cistron5’m7Gppp--------CCACC-----A-3---A1U2G3G4—leadingseq.核糖体小亚基扫描AUG的信号序列至关准确翻译●InEukaryotemono-cistron59.1.4.核糖体9.1.4.核糖体核糖体rRNA的结构E.coli的16SrRNA的一级结构是非常保守的，二级结构具有更高的保守性——臂环结构。核糖体小亚单位rRNA的二级结构(a)E.coli16SrRNA；（红色为高度保守区）(b)酵母菌18SrRNA，它们都具有类似的40个臂环结构(图中1～40)(Darnelletal.，1990)核糖体rRNA的结构E.coli的16SrRNA的一级结构NJUST分子生物学ppt课件09RNA的翻译蛋白质的生物合成9.2氨基酸的激活与氨酰dRNA的合成9.2氨基酸的激活与氨酰dRNA的合成HCNHHCHHSCH3COPOH3ACCA-O2ACCAPO3-OH2Met+tRNAmetfOH2’OH3’转酯aaformylationHCNHHCHSCH3COHHCOHCNHHCHinProk.

f

Met—tRNAmetf

&

Met--tRNAmetmAminoacyl—tRNAaainEuk.Met—tRNAmetI

&

Met--tRNAmete

inProk.Aminoacyl—tRNAaainEuAARSAminoacyltRNAsynthetaseR非特异结合位点TΨC

+5srRNA特异结合位点paracodanAARSR非特异结合位点T9.3原核生物的蛋白质的生物合成9.3原核生物的蛋白质的生物合成9.3.1.directionofpeptideelongationN’

C’

R1OHR2

R3H

O

H

ON—C—C—N—C—C

+

N—C—CH

OH

H

OHHHHR3

R1OHR2H

O

H

ON—C—C

+

N—C—C—N—C—CH

OH

H

OHHHH机制？9.3.1.directionofpeptideea.InitiationEnzymeoftranslationinProk.IF-19.5kd加强IF-2，IF-3的酶活IF-295kd-117kd促使fMet-tRNAfmet

选择性的结合在30S亚基上IF-320kd促使30S亚基结合于mRNA起始部位具有解离30S与50S亚基的活性a.InitiationEnzymeoftranslaInitiationoftranslationinProk.IF-2fmetfmet30s-mRNAcomplexBinarycomplexGTPCompleteInitiationcomplexfmetfmetIF3IF3InitiationoftranslationinPb.InitiationEnzyme0ftranslationinEuk.eIF23种亚基形成3元起始复合体（eIF2,GTP,tRNA)eIF2-A65kd促使Met-tRNAmet与40S亚基结合ieIF115kd促使mRNA与40S亚基结合eIF3＞500kd促使mRNA与40S亚基结合eIF4b80kd促使mRNA与40S亚基结合eIF4a50kd促使与mRNA,GTP结合eIF4C19kd促使两亚基结合eIF5150kd释放eIF2,eIF3eIF4e(eIF4f的亚基)与5‘端帽子结合b.InitiationEnzyme0ftranslInitiationoftranslationinEuk.eIF-2GTPMetMetSubunitInitiationComplexSubunitbindingtoendofmRNAMetMetATPADP+PicomplexInitiationoftranslationinECompleteinitiationComplexoftranslationTranslationdomainExitdomainmenbraneExitsite5ssitePeptidyltransferasePsiteAsiteEF-GsiteEF-TusitemRNAsite20NtfMet--tRNAmetf(Met--tRNAmeti)wayinPsiteCompleteinitiationComplexoffMetMetfMet-tRNAmetfMet-tRNAmetid.Processinginitiation?S.D.Sequence?ScanningsequencePACfMetMetfMet-tRNAmetfMet-tRNAmeInitiationCCPAfMetMetAInitiationCCPAfMetMetAElongationPAMetAUGAPMetAUGUUUCUGUAGPheTs+ADPATPTuTsGDPTuGTPPhePAAUGUUUCUGUAGMetPheMetPheTsTuGTPTuGDPEF-GbeneededfortranslocationTemperateSElongationPAMetAUGAPMetAUTerminatioofpeptide---WhenstopcodonintoribosomeAsiteReleasefactor1/2(ortranspeptidaseorrRNAribozyme?)peptide+tRNA+mRNA+large&smallsubunit…ComplexdisassembleHydrolysisTerminatioofpeptide---WhenTerminationM

F

LPAAUGUUUCUGUAGMFLPAUUUCUGUAGTFMFLPAUUUCUGUAGMFLTFTerminationMFLPAAUGUUUCUG---stopcodonusage---UAAstopcodon终止效率高UAG易被漏读E.coli

165genesBacillus

52genesYeast

105genes

对sensecodonbias强的基因多选用UAA

对sensecodonbias弱的基因多选用UGA该基因多选用2或3个stopcodon---stopcodonusage---UAAst---4Nt终止密码？！

终止密码后多数具有U

提出终止密码可能为

(UAAU,UAGU,UGAU)4Ntstopcodon471UAA,200UGA前的密码NAN—UAA(AAA/G)Lys—UAAwithhighfrequencyUNN—UAG(UCN/UUC)Ser/Phe—UAGwithhighfreq.Brown（1990）分析了826个基因终止密码后多数具有U471UAA,保证peptide准确翻译的机制保证peptide准确翻译的机制DNAreplicationξ=10-11RNAtranscriptionξ=10-4PeptidetranslationP(准确率)=（1—ξ）n(氨基酸的数目)

NP(ξ=10-2)P(ξ=10-3)P(ξ=10-4)10036%91.5%99%2004.9%84%97%10000.004%36%90%

MACHENISM?√DNAreplicationξ=10-1氨基酸与tRNA间的负载专一性a)氨基酰tRNA合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与结合

AARS;aabindingsite,tRNAbindingsite,ATPsite

aabindingsite对结构相似的氨基酸的双筛作用

例；CysHS—CH2—CH—COOH

NH2

AlaH—CH2—CH—COOH

NH2

Ala-RS结构相似错误识别错误负载错误翻译

氨基酸与tRNA间的负载专一性a)氨基酰tRNA合成酶（IleHCOOH

CH3—CH2—C—CHCH3NH2

ValHCOOH

CH3—C—CH

CH3NH2

Ile-RSInvitroIle&Val浓度相等的情况下

200X1X∨Val-tRNAIle

错误负载机率

1/200

!IleInvivo

Val:Ile=5:1

但实际测定的错译机率仅为1/3000?!

Val-tRNAIle

错误负载机率

1/40!!Invivo但实际测定的错译机率仅为1/3000?!How?aa’+ATPMis-activationaa’-AMP+tRNAaaAARSaa’-tRNAaaaabindingsite

具有结合位点（B）和水解位点（H）

(双筛位点)Mis-loadingAARSHow?aa’+ATPMis-activationaIle/Val

进入B位点Ile

分子构型大于ValIle进入B位点但不能进入H位点

Val进入B位点并进入H位点而被降解

H位点柔性部位小KineticComformationalChemical发生诱导契合proofreadingIle/Val进入B位点Ile分子构型大于ValIVBHVal—AMPaa-tRNAbindingsiteBHBHaa-tRNAloadingBHVIVIIIVBHVal—AMPaa-tRNAbindingsit无相似结构的氨基酸间其特异AARS分子无双筛位点例；aasiteofTyr-RS

只能与Tyr发生诱导契合，

无双筛位点无相似结构的氨基酸间例；aasiteofTyr-R在AARS的介导下

tRNA的副密码子(paracodon)

对aa的负载su-&Su+gene

tDNAmutationanti-codonmutation不影响对tRNA的负载在AARS的介导下su-&Su+geneantParacodon(副密码子)的概念；

tRNA中决定负载特定氨基酸的空间密码tRNA中的特定序列与AARS的tRNAbindingsite的特异基团间的分子契合

AARStRNAbindingsiteaabindingsiteParacodonoftRNAloadingAminoAcid（R）Paracodon(副密码子)的概念；tRNA中决定负载anti-codon对codon的准确识读wobblehypothesisanti-codonmodifyingsomebaseflankedanti-codonmodifyinganti-codon对codon的准确识读wobble对第一个Met(AUG)的准确起译Prok.mRNA-----S.D.seq----------AUG----Euk.mRNA

cap------CCACC-------A-3

--AUGG+4-------

GGAGGPairingwith16srRNA3’-end7±2Nt&富含AT最佳富含G,将阻止起译过程Scanningsignal?important对第一个Met(AUG)的准确起译Prok.mRNA不同的mRNAcap要求eIF4F的相对浓度差异核糖体小亚基scanningCCACC

from5’to3’保证从第一个AUG

起译调控翻译速率b)eIF4F

识别cap不同的mRNAcap要求eIF4F的相对浓度差异核糖Twotimesproofreadingforaa-tRNAaaatAsite成肽键前对aa-tRNAaa的正误进行最后的校对Twotimesproofreading成肽键前对aa-ξ=10-4

的错译原因ξ=10-4的错译原因随机发生的错译现象a)功能相同的蛋白质，氨基酸序列并非100%一致●

不同物种间，功能相同的蛋白质存在一定的相似度●isozyme●enzyme非活性中心区的氨基酸错译消耗能量，付出代价。无关宏旨，多此一举校正随机发生的错译现象a)功能相同的蛋白质，氨基酸序列并非1b)准译率上升，错译率下降，有时产生负效应BacterialS12核糖体蛋白StrRmut.Pξ放慢翻译速率降低生存机率b)准译率上升，错译率下降，有时产生负效应Bacteric)sensecodonmis-reading氨基酸饥饿时ξ(10X)

＞氨基酸非饥饿时ξe.g.CGY(Arg)----(Rstarved)----UGY(Cys)CAY(His)-----(Hstarved)----CAR(Gln)AUA(Ile)/AUU(Ile)----(Istarved)---AUG(Met)

ξ=3%并非饥不择食c)sensecodonmis-reading氨基酸9.4GTP在蛋白质合成中的作用EF-Tu结合GTP和氨酰tRNA并进入核糖体A位点，然后水解释放；促使转位（形成肽键）；EF-G结合GTP并进入核糖体,水解GTP释放能量使核糖体向mRNA3’移动，空载tRNA退出核糖体。9.4GTP在蛋白质合成中的作用EF-Tu结合GTP和氨9.5真核生物的蛋白质的生物合成9.5真核生物的蛋白质的生物合成真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；真核生物翻译起始因子

起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5’帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基真核生物翻译起始因子起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNJUST分子生物学ppt课件09RNA的翻译蛋白质的生物合成NJUST分子生物学ppt课件09RNA的翻译蛋白质