醫(yī)學生物化學課件.ppt

1、第十二章 翻譯Translation,翻譯-以mRNA為模板合成蛋白質(zhì) 第一節(jié) 參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) mRNA-模板 rRNA-構(gòu)成核糖體作為蛋白質(zhì)合成場所 tRNA-搬運工具 氨基酸-原料 蛋白質(zhì)因子-(起始因子IF，延伸因子EF，釋放因子 RF，等等) 酶-氨基酰-tRNA合成酶，轉(zhuǎn)肽酶，轉(zhuǎn)位酶，等 無機離子-Mg+,一、 mRNA是翻譯的直接模板 原核生物與真核生物mRNA的區(qū)別 多順反子 單順反子 5端帽子結(jié)構(gòu) 3端polyA尾巴 三聯(lián)體密碼-mRNA上每三個相鄰的堿基構(gòu)成一個遺傳密碼，決定一種氨基酸.,遺傳密碼的特點,1.連續(xù)性:密碼子間緊密相連，密碼子閱讀從起點開始一直讀到終點

2、信號為止；插入或刪去一個堿基，會產(chǎn)生移碼作用，引起移碼突變。一般遺傳密碼不重疊。ABCDEFG.，應讀為ABC，DEF，.，很少有BCD，CDE的閱讀 2.簡并性:許多氨基酸可由幾組不同的密碼子編碼。這種由幾組密碼子編碼同一種氨基酸的現(xiàn)象稱密碼的簡并；可以編碼相同氨基酸的密碼子稱同義密碼子；色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子（UGG和AUG） 3.擺動性:專一性由頭兩位堿基決定，第三位堿基的專一性不強，這種特性稱“擺動性 4.有起始子(AUG)和終止子(UAG,UAA,UGA) 5.通用性:幾乎所有生物都共用同一套密碼。但線粒體DNA則有所不同（如人線粒體）：UGA不是終止密碼子，而編碼色氨酸；A

3、GA和AGG不編碼精氨酸，而是終止密碼子,二 核糖體是肽鏈合成的場所 核糖體由大、小亞基構(gòu)成 原核生物: 70s (30s, 50s) 真核生物: 80s (40s, 60s),核糖體 是蛋白質(zhì)合成的場所。在細胞中以游離形式存在，或與mRNA結(jié)合成串聯(lián)的多核糖體（原核生物），或與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合而形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（真核生物）。 1、結(jié)構(gòu)：由大、小兩個在一定條件下可解聚的亞基構(gòu)成 （1）原核生物：30S小亞基-21種蛋白質(zhì)和16S rRNA 50S大亞基-34種蛋白質(zhì)和5S、23S rRNA （2）真核生物：40S小亞基-30多種蛋白質(zhì)和18S rRNA； 60S大亞基-50多種蛋白質(zhì)和5S、23S r

4、RNA 2、結(jié)構(gòu)模型：小亞基啞鈴狀，大亞基椅子狀，相互結(jié)合形成結(jié)合面上的一大空隙；小亞基中的rRNA識別mRNA上多肽合成的起始位點，所以能與mRNA結(jié)合；大亞基上有兩個tRNA位點：氨酰基位點（A位點）和肽?；稽c（P位點），所以能與tRNA非專一地結(jié)合。另外還有E位點（即空載tRNA的結(jié)合位點）。,多聚核糖體 在一條mRNA鏈上，多個核糖體呈串珠狀排列（間隔80個核苷酸），多個核糖體同時在一條mRNA上進行翻譯， 大大加速蛋白質(zhì)合成的速度，提高了mRNA的利用率,三 tRNA和氨基酰-tRNA,tRNA的反密碼子環(huán)與mRNA的密碼配對 tRNA的3-端CCA-OH是氨基酸的結(jié)合位點 氨基酰

5、-tRNA合成酶具有絕對專一性 校正活性 氨基酰-tRNA的寫法,Arg-tRNAarg fMet-tRNAfmet （原核） Met-tRNAimet （真核） Met-tRNAemet,氨基酰-tRNA的合成（氨基酸活化） 1、氨基酸-AMP-酶復合物的形成： RCHCOOH + ATP + 合成酶 RCHCOAMP 合成酶 + PPi NH2 NH2 氨基酸的羧基通過酸酐鍵與AMP上的5-磷酸基相接，形成高能酸酐鍵 2、氨基酸從復合物上轉(zhuǎn)移到相應的tRNA上： 氨基酰AMP 合成酶 + tRNA 氨基酰-tRNA + 合成酶 + AMP 氨基酸的羧基通過酯鍵連接在tRNA 3-末端的AM

6、P（-CCA3）上 反應中形成的PPi水解成正磷酸，所以對每個氨基酸活化來說，凈消耗2個高能磷酸鍵 合成酶對氨基酸有較高的專一性，包括：專一的氨基酸，只作用于L-氨基酸 mRNA只對tRNA識別，與氨基酸無關(guān),密碼子與反密碼子的配對關(guān)系： 反密碼子中的堿基 密碼子中的堿基 G U或C C G A U U A或G I A，U或C I：次黃嘌呤核苷,（1）結(jié)構(gòu)特點：起始密碼子常為AUG，少數(shù)為GUG；起始密碼子上游約10個核苷酸處有一段富含嘌呤核苷酸的序列(9-12bp)：5-AGGAPuPu UUUPuPuAUG-3，稱為Shine-Dalgarno序列，它與16S rRNA 3端的一段嘧啶核苷

7、酸序列互補；,（一）原核生物（大腸桿菌）翻譯起始,起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，起始的氨基酰-tRNA復合物是N-甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf)，由甲?；复呋疢et-tRNAf上甲硫氨酸的-NH2甲基化而成。,第二節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成過程,一 翻譯的起始 甲硫氨酰-tRNA與mRNA結(jié)合到核糖體形成起始復合物,IF3, IF1, IF2, GDP+Pi,（2）起始過程（起始復合物形成）： mRNA在IF3和IF1（起始因子）參與下與核糖體小亞基結(jié)合形成mRNA-30S-IF3復合物 在IF2參與下與fMet-tRNAf和GTP結(jié)合形成30S-mRNA-fMet-tRNAf復合物（3

8、0S起始復合物），并釋放出IF3 再與大亞基結(jié)合形成70S起始復合物，同時GTP水解并釋放出IF1和IF2。 此時，fMet-tRNAf占據(jù)核糖體上的肽酰位點（P位點），空著的氨酰-tRNA位點（A位點）準備接受另一個氨酰tRNA。,(二) 真核生物翻譯起始的特點 eIF 111 甲硫氨酰-tRNAimet mRNA的5端有帽子結(jié)構(gòu)，3端有poly 核糖體為80 起始密碼子AUG之前的前導序列中有一段嘧啶核苷酸序列，與18SrRNA的一段嘌呤核苷酸互補配對 先結(jié)合上甲硫氨酰-tRNAimet ，再結(jié)合mRNA,eIF2: 使Met-tRNAmet與小亞基結(jié)合 eIF4E: 與mRNA 5-帽子

9、結(jié)合 eIF3: 與AUG識別 eIF4A, B: 促使ATP水解而提供反應能量 eIF5: 誘導eIF2和eIF3的釋放，并使eIF2-GTP中的GTP水解,E,二肽鏈的延長 延長因子(EF),核糖體循環(huán): 注冊，成肽，轉(zhuǎn)位,1.注冊 氨基酰tRNA進入A位, 需要EF-T協(xié)助 （-GTP）,延伸因子EF-T(Tu-Ts)與GTP結(jié)合 再與氨酰-tRNA結(jié)合成氨酰tRNA-Tu-GTP復合物 (釋放出Ts) 復合物與核糖體結(jié)合并釋放出Tu-GDP，氨酰tRNA結(jié)合到A位上 Tu-GDP再與延伸因子Ts反應而重新形成EF-T(Tu-Ts) 。,2. 成肽 轉(zhuǎn)肽酶,肽鏈合成方向 N端C端,在肽酰

10、轉(zhuǎn)移酶作用下肽?；鶑腜位點轉(zhuǎn)移到A位點，并通過其羧基與A位點上的氨酰tRNA上的氨基形成新的肽鍵 P位點上的tRNA成為空載，A位點上tRNA攜帶一個二肽。,3.轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)位酶 （-GTP） mRNA向前移動一個密碼子的位置 耗能,核糖體沿mRNA 5 3方向作相對移動（每次移動一個密碼子）原來P位點上的空載tRNA經(jīng)E位點離開核糖體 A位點上的肽酰-tRNA又回到P位點 A位點又空出以接受新的氨酰tRNA。,mRNA指導的蛋白質(zhì)的合成,(a)起始復合物的形成,(b)肽鍵生成,(c).tRNA脫離,(d)移位作用,三 肽鏈合成的終止 終止密碼的辨認，肽鏈從肽鏈-tRNA上水解出，mRNA從核糖體

11、中分離，大小亞基拆開。 都需要RF(1,2,3)和RR參與終止， RF的作用是 辨認終止密碼 促進肽鏈C端與tRNA3-OH酯鍵的水解（通過轉(zhuǎn)肽酶的酯酶活性） 。 RR的作用 把mRNA從核蛋白體上游離出來,釋放因子RF1和RF2識別終止信號，使P位點上的肽酰轉(zhuǎn)移酶的活力轉(zhuǎn)變?yōu)樗饣盍Γ苟嚯膹膖RNA上水解下來 tRNA從核糖體上脫落RR使核糖體離開mRNA 核糖體大、小亞基解離開釋放因子RF3與分離開的小亞基結(jié)合，防止大、小亞基結(jié)合。,原核生物： RF-1識別UAA及UAG RF-2識別UAA及UGA RF-3 能促進RF-1和RF-2對核糖體的結(jié)合。 是酯酶的激活物 轉(zhuǎn)肽酶 酯酶活性,第

12、三節(jié) 翻譯后的加工,翻譯后加工-肽鏈從核蛋白體釋放后，經(jīng)過細胞內(nèi)各種修飾處理過程，成為有活性的成熟蛋白質(zhì) 一、高級結(jié)構(gòu)的修飾 （一）亞基聚合 四級結(jié)構(gòu) Hb(22) （二）輔基連接 結(jié)合蛋白,二、一級結(jié)構(gòu)的修飾,（一）切除N-端的甲?；騈-甲硫氨酸: 脫甲酰基酶或氨基肽酶 （二）個別氨基酸的修飾 羥脯氨酸,羥賴氨酸的羥化; 含-OH的絲氨酸,蘇氨酸,酪氨酸的磷酸化; 多肽鏈二硫鍵的形成 （三）水解修飾 鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC),三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送,蛋白質(zhì)合成后的去向 留在胞漿 進入核、線粒體或其它細胞器 分泌至體液，輸送至靶器官 靶向輸送-蛋白質(zhì)合成后，定向地到達其執(zhí)行功能的目標

13、地點,蛋白質(zhì)透過膜性結(jié)構(gòu)的條件 信號肽 蛋白質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)特點 轉(zhuǎn)運的機構(gòu),信號肽：N-端的一段疏水氨基酸 1040 N端 帶正電荷的堿性氨基酸 疏水核心區(qū) 中性氨基酸 C端 小分子氨基酸（信號肽酶裂解部位） 蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)特點：多數(shù)為酶原,分泌性蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的機制,信號識別體（SRP）,輸送過程： 肽鏈生物合成中首先翻譯出信號肽，此時多肽鏈的其余部分還在翻譯中。信號肽（N-端的新生肽鏈）與信號識別體（SRP）結(jié)合（即SRP與核糖體結(jié)合），肽鏈的延伸就暫時停止或延緩；SRP-核糖體復合體移動至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上與那里的SRP受體停泊蛋白結(jié)合，然后肽鏈延伸又繼續(xù)；由此核糖體被送入多肽移位裝置，SRP釋放到胞質(zhì)

14、中，多肽邊進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)邊延伸,第四節(jié) 基因表達的調(diào)節(jié),原核生物基因表達的調(diào)節(jié)（乳糖操縱子） E. coli（大腸桿菌）中與乳糖代謝有關(guān)的酶，通常是被阻遏的。只有當以乳糖為唯一碳源時，這些酶才能被誘導合成。,操縱子：基因表達的協(xié)調(diào)單位，包括調(diào)控區(qū)和結(jié)構(gòu)基因 乳糖操縱子： 調(diào)控區(qū)包括：啟動子（p） 操縱基因（o） 調(diào)節(jié)基因（lacI）：產(chǎn)生阻遏蛋白 結(jié)構(gòu)基因包括：lacZ基因（編碼-半乳糖苷酶） lacY基因（編碼-半乳糖苷通透酶） lacA基因（編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶）,阻遏蛋白上的結(jié)合位點：結(jié)合操縱基因 結(jié)合誘導物（乳糖 ）,在沒有誘導物存在下，阻遏蛋白處于活性形式而與操縱基因結(jié)合，所以基因

15、不能轉(zhuǎn)錄；當加入誘導物后，誘導物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白發(fā)生構(gòu)象上的改變而影響其結(jié)合操縱基因位點的活力，轉(zhuǎn)錄就被誘導。 但阻遏不是絕對的，具有基礎(chǔ)水平轉(zhuǎn)錄，否則誘導前誘導物就不能進入細胞了。,第四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制,一、抗生素,二、干擾蛋白質(zhì)生物合成的生物活性物質(zhì),白喉毒素 對真核生物劇毒 可對EF-2起共價修飾作用 干擾素(interferon，IF)是細胞感染病毒后產(chǎn)生的一類蛋白質(zhì).可抑制病毒繁殖,保護宿主.,本章小節(jié),1、掌握遺傳密碼的特點，mRNA、tRNA 及核糖體在蛋白質(zhì)合成中的作用。 2、熟悉 SD序列概念、核糖體循環(huán)。 3、了解蛋白質(zhì)生物合成的主要過程。蛋白質(zhì)翻譯后加工，抗生素對翻譯的抑制作用。,思考題,1、下列關(guān)于氨基酸密碼子的描述哪一項是錯誤的？ A、密碼子有種屬特異性，故不同生物合成不同的蛋白質(zhì) B、密碼子閱讀有方向性，53 C、一種氨基酸可