遺傳信息的翻譯

關(guān)于遺傳信息的翻譯學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握mRNA、tRNA和核糖體的組成、結(jié)構(gòu)及功能掌握蛋白質(zhì)合成的基本過程和分子機(jī)制明確參與蛋白質(zhì)合成過程的蛋白質(zhì)因子作用特點(diǎn)掌握蛋白質(zhì)合成后加工的方式和特點(diǎn)第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸，合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過程，是基因表達(dá)的最終目的。第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)參與蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、mRNA和遺傳密碼1.遺傳密碼及其破譯信使RNA的發(fā)現(xiàn)三聯(lián)子密碼（密碼子）起始密碼子，終止密碼子第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.遺傳密碼的性質(zhì)（1）遺傳密碼的連續(xù)性（2）遺傳密碼的簡(jiǎn)并性（3）遺傳密碼的擺動(dòng)性（4）遺傳密碼的普遍性和特殊性（5）遺傳密碼的防錯(cuò)功能第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

第三個(gè)字母UCAG第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA與氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)tRNA的結(jié)構(gòu)第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)二氫尿嘧啶環(huán)TψC環(huán)額外環(huán)反密碼子環(huán)氨基酸接受臂3’5’第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.tRNA的功能3.tRNA的種類（1）起始tRNA（2）同工tRNA（3）校正tRNA第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天三、核糖體的結(jié)構(gòu)和功能核糖體的結(jié)構(gòu)原核生物核糖體由約2/3的RNA和1/3的蛋白質(zhì)組成；真核生物核糖體中RNA約占3/5的和蛋白質(zhì)占2/5。第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)21種33種33種49種

原核、真核核糖體的組成

第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.rRNA3.

核糖體的功能第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的過程

蛋白質(zhì)的生物合成也稱翻譯，即把mRNA分子中堿基排列順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)或多肽鏈中的氨基酸排列順序的過程。第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天翻譯的過程：氨基酸的活化肽鏈合成的起始肽鏈的延伸肽鏈合成的終止與釋放第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1.氨基酸的活化

tRNA攜帶氨基酸的反應(yīng)

氨基酸+tRNA氨酰-tRNA氨酰-tRNA合成酶ATPAMP+PPi第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

密碼子AUG為編碼甲硫氨酸（Met）的密碼子，同時(shí)作為起始密碼。

真核生物：甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNA）

原核生物：甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNA）

起始tRNA第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.肽鏈合成的起始

肽鏈合成的起始階段，是指mRNA和起始tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成起始復(fù)合物的過程。

需起始因子IF和ATP、GTP參與。第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天蛋白體大、小亞基分離。mRNA在小亞基定位結(jié)合；SD序列：又稱核糖體結(jié)合位點(diǎn)，是mRNA起始密碼上游的一段富含嘌呤核苷酸的序列，該序列以…AGGA…為核心;（圖12-2）起始tRNA在小亞基上就位；核糖體大亞基結(jié)合。原核生物70S起始復(fù)合物形成(圖12-3)

第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.肽鏈的延伸

肽鏈合成的延伸是根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo),依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈,直到合成終止的過程。

需要延伸因子、各種酶和GTP參與。

原核生物延伸因子：EF-TuEF-TsEF-G第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈延伸三個(gè)步驟：

（1）進(jìn)位(entrance)

（2）轉(zhuǎn)肽(peptidebondformation)

（3）移位(translocation)

核糖體閱讀mRNA密碼子的方向是5’→3’，肽鏈合成從N→C端進(jìn)行的。第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天需ＥＦ－Ｔ參與。新的氨酰-tRNA進(jìn)入A部位（1）（1）進(jìn)位第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)肽反應(yīng)在Ａ位上進(jìn)行（2）轉(zhuǎn)肽是由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化的肽鍵形成過程。第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（3）移位

延長(zhǎng)因子EF-G有移位酶活性，可結(jié)合并水解１分子GTP，促進(jìn)核糖體向mRNA的３’側(cè)移動(dòng)。第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天移位轉(zhuǎn)肽第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天4.

肽鏈合成的終止和釋放

當(dāng)核糖體上出現(xiàn)mRNA的終止密碼后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰－tRNA中釋出，

mRNA、核糖體大、小亞基等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止

需要釋放因子（RF）的參與

原核生物RF：RF-1、RF-2、RF-3UAAUAGUAAUGA有助于RF-1/-2的活性第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天IF3RF1RF2RF3GTPGDP+Pi第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)翻譯后的加工第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、N端fMet或Met切除

甲硫氨酸（真核生物）甲硫氨酸或者氨基端的一些氨基酸殘基常由氨肽酶催化而水解除去成熟的蛋白質(zhì)的N-端：未加工的蛋白質(zhì)的N-端：N-甲酰甲硫氨酸（原核生物）甲酰基經(jīng)肽甲?；杆舛ィ鄶?shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、二硫鍵形成

多肽鏈中的二硫鍵，是在肽鏈合成后，通過二個(gè)半胱氨酸的疏基氧化而形成的

二硫鍵的形成對(duì)于許多酶和蛋白質(zhì)的活性是必需的第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天三、化學(xué)修飾

化學(xué)修飾的類型很多，包括：磷酸化(如核糖體蛋白質(zhì))

糖基化(如各種糖蛋白)

甲基化(如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì))

乙基化(如組蛋白)

羥基化(如膠原蛋白)

羧基化等第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1.折疊

在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）腔中折疊和修飾是有關(guān)的，糖分子的連接對(duì)于正確的折疊十分必要。

BiP，一個(gè)與折疊功能有關(guān)的蛋白，屬于分子伴侶Hsp70家庭的一員。有兩個(gè)功能：?第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.在ER中的糖基化及修整

實(shí)際中所有分泌蛋白和膜蛋白幾乎都是被糖基化的蛋白。3.在高爾基體表面的進(jìn)一步加工復(fù)合寡聚糖是在高爾基體中進(jìn)一步修整和加上糖的殘基。第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四、剪切

很多的前體蛋白要經(jīng)過剪切后方能成為成熟的蛋白。如：胰蛋白酶原經(jīng)過加工切去部分肽段才能成為有活性的胰蛋白酶；多蛋白的前體要經(jīng)剪切后才能成為成熟的蛋白---逆轉(zhuǎn)錄病毒中的三個(gè)基因：envgagpol第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)內(nèi)含子---內(nèi)蛋白子與內(nèi)含子的區(qū)別在于，它可以和外蛋白質(zhì)子的基因一道表達(dá)，而不是其mRNA被切除，產(chǎn)生前體蛋白以后再從前體中被切除掉。第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

一般真核細(xì)胞中一個(gè)基因?qū)?yīng)一個(gè)mRNA，一個(gè)mRNA對(duì)應(yīng)一條多肽鏈，但也有少數(shù)的情況，即翻譯后的多肽鏈經(jīng)水解后產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)或多肽。

例如：哺乳動(dòng)物的鴉片樣促黑皮激素原(POMC)初翻譯產(chǎn)物為265個(gè)氨基酸。在腦下垂體前葉細(xì)胞中，POMC切割成為N-端片段和C端片段的β-促脂解素。然后N端片段又被切割成較小的N端片斷和促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)。而在腦下垂體中葉細(xì)胞中，β-促脂解素再次被切割產(chǎn)生β-內(nèi)啡肽；ACTH也被切割產(chǎn)生13肽的α-促黑激素(α-melanotropin)

翻譯后加工的生物學(xué)意義第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾POMCNC信號(hào)肽較短肽鏈（103肽）ACTHα-促黑激素

-

Endorphin

-內(nèi)啡肽促腎上腺皮質(zhì)激素

β-促脂解素

-LPH較長(zhǎng)肽鏈腦下垂體前葉細(xì)胞中第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸一、信號(hào)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)到達(dá)靶部位二、翻譯完成后被運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)四、翻譯的同時(shí)也被運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)第45頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共52頁，2024年2月25日，星期天分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體泡泡泡融入質(zhì)膜核糖體芽泡第47頁,共52頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)定位

新合成的蛋白質(zhì)只有被運(yùn)送到各自特定的亞細(xì)胞部位或分泌到胞外才具有功能活性，該過程就稱為蛋