第四生物信息的傳遞下從mRNA到蛋白質(zhì) ppt課件

1、第四章 生物信息的傳送下 從mRNA到蛋白質(zhì)DNARNA蛋白質(zhì)復制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復制 翻譯：指將mRNA鏈上的核甘酸從一個特定的起始位點開場，按每三個核甘酸代表一個氨基酸的原那么，依次合成一條多肽鏈的過程。蛋白質(zhì)合成的場所是蛋白質(zhì)合成的模板是模板與氨基酸之間的接合體是蛋白質(zhì)合成的原料是核糖體mRNAtRNA20種氨基酸 遺傳密碼三聯(lián)子 tRNA的構(gòu)造、功能與種類 核糖體的構(gòu)造與功能 蛋白質(zhì)合成的過程 蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents一、遺傳密碼三聯(lián)子一三聯(lián)子密碼定義 mRNA鏈上每三個核甘酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核甘酸就稱為密碼子或三聯(lián)子密碼(triplet coden

2、) 。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 3二三聯(lián)子密碼破譯mRNA5 AUCGACCUGAGC3420 ()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620 ()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420 ()核甘酸序列氨基酸序列至1966年，20種氨基酸對應的61個密碼子和三個終止密碼子全部被查清。遺傳密碼的破譯，即確定代表每種氨基酸的詳細密碼。三遺傳密碼的性質(zhì)1、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的景象稱為簡并degeneracy，對應于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子synonymous codon。減少了變異對生物的影響編碼某一氨基酸的密碼子越多，該

3、氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率就越高。Arg例外 簡述密碼的簡并性degeneracy)和同義密碼子synonymous codon) 武漢大學2019年試題三遺傳密碼的性質(zhì)2、普遍性與特殊性 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。生物密碼子線粒體DNA編碼的氨基酸核DNA編碼的氨基酸所有UGA色氨酸終止子酵母CUA蘇氨酸亮氨酸果蠅AGA絲氨酸精氨酸哺乳類AGA/G終止子精氨酸哺乳類AUA甲硫氨酸異亮氨酸線粒體與核DNA密碼子運用情況的比較三遺傳密碼的性質(zhì)3、 延續(xù)性編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)

4、體密碼延續(xù)閱讀，密碼間既無延續(xù)也無交叉。碼延續(xù)閱讀，密碼間既無延續(xù)也無交叉。 基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，能夠?qū)е驴蛞仆蛔?frameshift mutation)。 從mRNA 5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼延續(xù)陳列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 三遺傳密碼的性質(zhì)4、擺動性轉(zhuǎn)運氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNAtRNA上的反密碼子需求經(jīng)過堿基上的反密碼子需求經(jīng)過堿基互補與互補與mRNAmRNA上的遺傳密碼子反向配對結(jié)合，在密碼上的遺傳密碼子反向配對結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對

5、中，前兩對嚴厲遵守堿基配對原子與反密碼子的配對中，前兩對嚴厲遵守堿基配對原那么，第三對堿基有一定的自在度，可以那么，第三對堿基有一定的自在度，可以“擺動，擺動，這種景象稱為密碼子的擺動性。這種景象稱為密碼子的擺動性。 U擺動配對擺動配對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密碼子、反密碼子配對的擺動景象密碼子、反密碼子配對的擺動景象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U, C, AA, GU, CUG 遺傳密碼三聯(lián)子

6、 tRNA的構(gòu)造、功能與種類 核糖體的構(gòu)造與功能 蛋白質(zhì)合成的過程 蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents二、tRNA的構(gòu)造、功能與種類一 tRNA的構(gòu)造 1、二級構(gòu)造：三葉草形二、tRNA的構(gòu)造、功能與種類一 tRNA的構(gòu)造 2、三級構(gòu)造： “L形氫鍵三葉草二級結(jié)構(gòu)具有四個臂 L 型三 維結(jié)構(gòu)兩個雙螺旋區(qū)相互垂直3 TC 環(huán) 氨基酸莖 3 5 氨基酸莖 5 D 環(huán)D 環(huán) TC 環(huán) 可變環(huán)可變環(huán)反密碼子環(huán) 反密碼子環(huán) 圖 14-15 tRNA 由三葉草型折疊成 L 型三維結(jié)構(gòu)二 tRNA的功能1、解讀mRNA的遺傳信息2、運輸?shù)墓ぞ?，運載氨基酸t(yī)RNA有兩個關(guān)鍵部位： 3端CCA：接受氨基酸，構(gòu)成氨

7、酰-tRNA。 與mRNA結(jié)合部位反密碼子部位35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA憑仗本身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼子相識別，把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。1、起始tRNA和延伸tRNA三 tRNA的種類能特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA稱起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNAP111。P111、P120：真核生物：起始密碼子AUG 所編碼的氨基酸是Met，起始AA-tRNA為Met-tRNAMet。原核生物：起始密碼子AUG 所編碼的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA為fMet-tRNAfMet2、同工tRNA

8、三 tRNA的種類 代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。 同工tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種構(gòu)造上的共同性，能被一樣的氨基酰-tRNA合成酶識別P112。3、校正tRNA三 tRNA的種類 無義突變：在蛋白質(zhì)的構(gòu)造基因中，一個核苷酸的改動能夠使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子UAG、UGA、UAA，使蛋白質(zhì)合成提早終止，合成無功能的或無意義的多肽，這種突變就稱為無義突變。 錯義突變：由于構(gòu)造基因中某個核甘酸的變化使一種氨基酸的密碼子變?yōu)榱硪环N氨基酸的密碼子，這種基因突變叫錯義突變。 GGA甘氨酸 AGA精氨酸無義突變使 UUG 變?yōu)?UAG T

9、yr-tRNA 閱讀 UAG 密碼子AUG UUG UAA AUG UAG UAA AUG UAG UAA UACAAC AUC AUG 釋放因子 抑制突變 Leu Tyr Tyr圖 1417 帶有突變反密碼子的 tRNA 可抑制無義突變無義突變表 14-6 由反密碼子突變而產(chǎn)生的無義抑制基因 野生型 抑制基因基因tRNA識別的密碼子反密碼子反密碼子識別的密碼子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC, UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)

10、LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG錯義抑制 錯義突變 錯義突變AUG AGA UAA AUG GGA UAA AUG AGA UAAUCU CCU UCU 抑制突變 Arg Gly Gly圖 14-18 反密碼子發(fā)生突變可抑制錯義突變 遺傳密碼三聯(lián)子 tRNA的構(gòu)造、功能與種類 核糖體的構(gòu)造與功能 蛋白質(zhì)合成的過程 蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents三、核糖體的構(gòu)造與功能 一核糖體的構(gòu)造核核糖糖體體的的組組成成 表14-7 原核和真核生物核糖體的組成及功能核糖體亞基 rRNAs 蛋白 RNA的特異順序和功能 細菌 70S 50S

11、 23S=2904b 31種(L1-L31含CGAAC和GTCG互補2.5106D 5S=120b66%RNA 30S 16S=1542b 21種(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 順序(AGGAGG)互補 哺乳動物 80S 60S 28S=4718b 49種 有GAUC和tRNAfMat的TCG互補4.2106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b 33種 和Capm7G結(jié)合 三、核糖體的構(gòu)造與功能 二核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)在單個核糖體上，可化分多個功能活性中心，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專注的識別作用和功能。mRNA結(jié)合部位小亞基

12、結(jié)合或接受AA-tRNA部位A位大亞基結(jié)合或接受肽基tRNA的部位大亞基肽基轉(zhuǎn)移部位P位大亞基構(gòu)成肽鍵的部位轉(zhuǎn)肽酶中心大亞基 遺傳密碼三聯(lián)子 tRNA的構(gòu)造、功能與種類 核糖體的構(gòu)造與功能 蛋白質(zhì)合成的過程 蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents四、蛋白質(zhì)合成的過程 氨基酸的活化 翻譯的起始 肽鏈的延伸 肽鏈的終止 蛋白質(zhì)前體的加工(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合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。 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第一步反響第一步反響氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E AMP AMP PPi PPi 目目 錄錄第二步反響第二步反響氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E E目目 錄錄 tRNA與酶與酶結(jié)合的模型結(jié)合的模型tRN

14、A氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP(二)翻譯的起始原核生物細菌為例：所需成分：30S小亞基、 50S大亞基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復合物構(gòu)成)又可被分成3步： P1221. 核蛋白體大小亞基分別2、30S小亞基經(jīng)過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。A U G53IF-3IF-1S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在在IF-2IF-2和和GTPGTP的協(xié)助下，的協(xié)助下， fMet-tRNAfMet fMet-tRNAfMet進入小亞基進入小亞基的的P P位，位

15、，tRNAtRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNAmRNA上的起始密碼子配上的起始密碼子配對。對。A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、帶有、帶有tRNAtRNA、mRNAmRNA和和3 3個翻譯起始因子的小亞基復合個翻譯起始因子的小亞基復合物與物與50S50S大亞基結(jié)合，大亞基結(jié)合，GTPGTP水解，釋放翻譯起始因子。水解，釋放翻譯起始因子。A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi真核生物翻譯起始的特點真核生物翻譯起始的特點核糖體較大,為；起始因子比較多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子構(gòu)造 Met-tRNAMet

16、mRNA的5端帽子構(gòu)造和3端polyA都參與構(gòu)成翻譯起始復合物； 真核生物翻譯起始復合物構(gòu)成真核生物翻譯起始復合物構(gòu)成(區(qū)別原核生物區(qū)別原核生物) 原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最后與50S大亞基結(jié)合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最后與60S大亞基結(jié)合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始復合物P120。mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真

17、核生物翻譯起始復合物構(gòu)成過程復合物構(gòu)成過程 肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結(jié)合、 肽鍵的生成 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)肽鏈的延伸1、AA-tRNA與核糖體A位點的結(jié)合需求耗費GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子經(jīng)過延伸因子經(jīng)過延伸因子EF-Ts再生再生GTP,構(gòu)成構(gòu)成EF-TuGTP復合物復合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + G

18、TP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)2、肽鍵構(gòu)成是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化3、移位核糖體向mRNA3端方向挪動一個密碼子。需求耗費GTP，并需EF-G延伸因子延伸因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶( translocase )活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3側(cè)挪動 。fMetA U G53fMetTuGTP目目 錄錄原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 四肽鏈的終止 RF1：識別終止密碼子：識別終止密碼子UAA和和UAG 終止因子終止因子 RF2：識別終止密碼子：識別終止密碼子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，協(xié)助肽鏈的釋放活性，協(xié)助肽鏈的釋放原核生物真核生物只需一個終止因子eRF(五)蛋白質(zhì)前體的加工1、N端fMet或Met的切除新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)2、二硫鍵的構(gòu)成兩個半胱氨酸-SH -SH -SH 二硫鍵氧化3、特定氨基酸的修飾 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化4、切除新生肽鏈中非功能片段前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程表示圖(六)蛋白質(zhì)合成抑制劑 遺傳密碼三聯(lián)子 tRNA的構(gòu)造、功能與種類 核糖體的構(gòu)造與功能 蛋白質(zhì)合成的過程 蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制Contents五、蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制蛋白性質(zhì) 運轉(zhuǎn)機制 主要類型 分泌 蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，并以翻譯-運轉(zhuǎn)

20、同步機制運輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育 蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉(zhuǎn)機制運輸 核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質(zhì) 膜的形成 兩種機制兼有 質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì) 1、翻譯-運轉(zhuǎn)同步機制信號肽假說信號肽：常指新合成多肽鏈中用于指點蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移的N-末端氨基酸序列有時不一定在N端。信號序列特點：1 1普通帶有普通帶有10-1510-15個疏水氨基酸；個疏水氨基酸；2 2在接近該序列在接近該序列N-N-端經(jīng)常有端經(jīng)常有1 1個或數(shù)個帶正電個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；荷的氨基酸；3 3在其在其C-C-末端接近蛋白酶切割位點處經(jīng)常帶有末端

21、接近蛋白酶切割位點處經(jīng)常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈丙氨酸或甘氨酸。酸往往帶有很短的側(cè)鏈丙氨酸或甘氨酸。信號肽假說內(nèi)容：新生蛋白質(zhì)經(jīng)過同步轉(zhuǎn)運途徑進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程2、翻譯后運轉(zhuǎn)機制(1)(1)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)(2)(2)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運轉(zhuǎn)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運轉(zhuǎn)3 3核定位蛋白的運轉(zhuǎn)機制核定位蛋白的運轉(zhuǎn)機制復習體1 多數(shù)氨基酸都有兩個以上密碼子，以下哪組氨基酸只需一個密碼子？ A蘇氨酸、甘氨酸 B脯氨酸、精氨酸 C絲氨酸、亮氨酸 D色氨酸、甲硫氨酸 E天冬氨酸和天冬酰胺D2tRNA分子上結(jié)合氨基酸的序列是 ACAA-3 BCCA-3