華中農(nóng)大分子分子生物學

華中農(nóng)大分子分子生物學第1頁/共107頁翻譯：指將mRNA鏈上的核甘酸從一個特定的起始位點開始，按每三個核甘酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。蛋白質合成的場所是蛋白質合成的模板是模板與氨基酸之間的接合體是蛋白質合成的原料是核糖體mRNAtRNA20種氨基酸第2頁/共107頁第3頁/共107頁●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第4頁/共107頁一、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(tripletcoden)

。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’第5頁/共107頁（二）三聯(lián)子密碼破譯mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列第6頁/共107頁●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具體密碼。第7頁/共107頁（三）遺傳密碼的性質1、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)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（synonymouscodon）。第8頁/共107頁第9頁/共107頁減少了變異對生物的影響第10頁/共107頁編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質中出現(xiàn)的頻率就越高。Arg例外第11頁/共107頁簡述密碼的簡并性（degeneracy)和同義密碼子（synonymouscodon)

武漢大學2003年試題第12頁/共107頁（三）遺傳密碼的性質2、普遍性與特殊性蛋白質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。第13頁/共107頁生物密碼子線粒體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密碼子使用情況的比較第14頁/共107頁（三）遺傳密碼的性質3、連續(xù)性編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。第15頁/共107頁基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。第16頁/共107頁從mRNA5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)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

第17頁/共107頁（三）遺傳密碼的性質4、擺動性轉運氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼子反向配對結合，在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動性。第18頁/共107頁U擺動配對第19頁/共107頁第20頁/共107頁密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)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第21頁/共107頁●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第22頁/共107頁二、tRNA的結構、功能與種類

（一）tRNA的結構

1、二級結構：三葉草形第23頁/共107頁第24頁/共107頁二、tRNA的結構、功能與種類

（一）tRNA的結構

2、三級結構：

“L”形氫鍵第25頁/共107頁第26頁/共107頁第27頁/共107頁（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有兩個關鍵部位：

●3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。

●與mRNA結合部位—反密碼子部位第28頁/共107頁3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCGtRNA憑借自身的反密碼子與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。第29頁/共107頁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tRNA（P111）。第30頁/共107頁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-tRNAfMet第31頁/共107頁2、同工tRNA（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，又要有某種結構上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶識別（P112）。第32頁/共107頁3、校正tRNA（三）tRNA的種類第33頁/共107頁無義突變：在蛋白質的結構基因中，一個核苷酸的改變可能使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質合成提前終止，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：由于結構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）第34頁/共107頁無義突變第35頁/共107頁第36頁/共107頁錯義抑制第37頁/共107頁●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第38頁/共107頁三、核糖體的結構與功能（一）核糖體的結構第39頁/共107頁核糖體的組成第40頁/共107頁

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

70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

順序(AGGAGG)互補

哺乳動物

80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TψCG互補4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33種和Capm7G結合

第41頁/共107頁三、核糖體的結構與功能（二）核糖體的功能：合成蛋白質第42頁/共107頁在單個核糖體上，可化分多個功能活性中心，在蛋白質合成過程中各有專一的識別作用和功能?！駇RNA結合部位——小亞基●結合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亞基●結合或接受肽基tRNA的部位——大亞基●肽基轉移部位（P位）——大亞基●形成肽鍵的部位（轉肽酶中心）——大亞基

第43頁/共107頁第44頁/共107頁●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第45頁/共107頁四、蛋白質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前體的加工第46頁/共107頁(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第47頁/共107頁氨基酰-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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第48頁/共107頁原核生物中，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49頁/共107頁第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目錄第50頁/共107頁第二步反應氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄第51頁/共107頁

tRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第52頁/共107頁(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、第53頁/共107頁IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復合物形成)又可被分成3步：

（P122）1.核蛋白體大小亞基分離第54頁/共107頁2、30S小亞基通過SD序列與mRNA模板相結合。AUG5'3'IF-3IF-1第55頁/共107頁S-D序列第56頁/共107頁IF-3IF-1IF-2GTP3.在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。AUG5'3'第57頁/共107頁IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。AUG5'3'第58頁/共107頁IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第59頁/共107頁真核生物翻譯起始的特點

●核糖體較大,為８０Ｓ；●起始因子比較多；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子結構●Met-tRNAMet

●mRNA的5′端帽子結構和3′端polyA都參與形成翻譯起始復合物；

第60頁/共107頁真核生物翻譯起始復合物形成(區(qū)別原核生物)原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結合，再與fMet-tRNAfMet結合，最后與50S大亞基結合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復合物（P120）。第61頁/共107頁met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程第62頁/共107頁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與核糖體結合、肽鍵的生成

和移位。

延伸因子(elongationfactor,EF)：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽鏈的延伸第63頁/共107頁1、AA-tRNA與核糖體A位點的結合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子第64頁/共107頁第65頁/共107頁通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)第66頁/共107頁2、肽鍵形成

是由轉肽酶/肽基轉移酶催化

第67頁/共107頁3、移位核糖體向mRNA3’端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子第68頁/共107頁延長因子EF-G有轉位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。第69頁/共107頁fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄第70頁/共107頁第71頁/共107頁原核肽鏈合成終止過程

（四）肽鏈的終止第72頁/共107頁

RF1：識別終止密碼子UAA和UAG

終止因子RF2：識別終止密碼子UAA和UGA

RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和

RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋放（原核生物）真核生物只有一個終止因子（eRF）第73頁/共107頁(五)蛋白質前體的加工1、N端fMet或Met的切除第74頁/共107頁新生蛋白質經(jīng)蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質第75頁/共107頁2、二硫鍵的形成兩個半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫鍵氧化第76頁/共107頁3、特定氨基酸的修飾磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化第77頁/共107頁4、切除新生肽鏈中非功能片段第78頁/共107頁前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖第79頁/共107頁(六)蛋白質合成抑制劑第80頁/共107頁●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第81頁/共107頁五、蛋白質的運轉機制第82頁/共107頁蛋白性質運轉機制主要類型分泌蛋白質在結合核糖體上合成，并以翻譯-運轉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)育蛋白質在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉機制運輸核、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膜的形成兩種機制兼有質膜、內(nèi)質網(wǎng)、類囊體中的蛋白質第83頁/共107頁

第84頁/共107頁1、翻譯-運轉同步機制信號肽假說●信號肽：常指新合成多肽鏈中用于指導蛋白質跨膜轉移的N-末端氨基酸序列（有時不一定在N端）。第85頁/共107頁●信號序列特點：（1）一般帶有10-15個疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(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鏈（丙氨酸或甘氨酸）。第86頁/共107頁第87頁/共107頁●信號肽假說內(nèi)容：第88頁/共107頁第89頁/共107頁新生蛋白質通過同步轉運途徑進入內(nèi)質網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程第90頁/共107頁2、翻譯后運轉機制第91頁/共107頁(1)線粒體蛋白質跨膜運轉第92頁/共107頁(2)葉綠體蛋白質的跨膜運轉第93頁/共107頁（3）核定位蛋白的運轉機制第94頁/共107頁第95頁/共107頁復習體1．多數(shù)氨基酸都有兩個以上密碼子，下列哪組氨基酸只有一個密碼子？

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（D）第96頁/共107頁2．tRNA分子上結合氨基酸的序列是

A．CAA-3′B．CCA-3′C．AAC-3′D．ACA-3′E．AAC-3′（B）第97頁/共107頁3．遺傳密碼

A．20種氨基酸共有64個密碼子

B．堿基缺失、插入可致框移突變

C．AUG是起始密碼

D．UUU是終止密碼

E．一個氨基酸可有多達6個密碼子(B、C、E）第98頁/共107頁4、tRNA能夠成為氨基酸的轉運體、是因為其分子上有

A．-CCA-OH3′末端

B．3個核苷酸為一組的結構

C．稀