生物信息的传递(下)——翻译ppt-PowerPoint

第四章生物信息的传递（下）—从mRNA到蛋白质DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mRNAtRNA20种氨基酸●遗传密码——三联子●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents一、遗传密码——三联子（一）三联子密码定义mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(tripletcoden)。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’（二）三联子密码破译mRNA5′AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列●至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。（三）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymouscodon）。减少了变异对生物的影响编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外简述密码的简并性（degeneracy)和同义密码子（synonymouscodon)武汉大学2003年试题（三）遗传密码的性质2、普遍性与特殊性•蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。•已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较（三）遗传密码的性质3、连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。•基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。（三）遗传密码的性质4、摆动性转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。U摆动配对mRNA5'AUUAUCAUA3'UAIIle5'UAIIle5'UAIIle5'tRNA3'3'3'密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG●遗传密码——三联子●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents二、tRNA的结构、功能与种类（一）tRNA的结构1、二级结构：三叶草形二、tRNA的结构、功能与种类（一）tRNA的结构2、三级结构：“L”形氢键三叶草二级结构具有四个臂L型三维结构两个双螺旋区相互垂直3’TψC环氨基酸茎3’5’氨基酸茎5’D环D环TψC环可变环可变环反密码子环反密码子环图14-15tRNA由三叶草型折叠成L型三维结构（二）tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位：●3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。●与mRNA结合部位—反密码子部位3’5’ICCA-OH5’3’GGCCCGtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。1、起始tRNA和延伸tRNA（三）tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA（P111）。P111、P120：真核生物：起始密码子AUG所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子AUG所编码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为fMet-tRNAfMet2、同工tRNA（三）tRNA的种类代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别（P112）。3、校正tRNA（三）tRNA的种类无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。错义突变：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。GGA（甘氨酸）AGA（精氨酸）无义突变使UUG变为UAGTyr-tRNA阅读UAG密码子AUGUUGUAAAUGUAGUAAAUGUAGUAAUACAACAUCAUG释放因子抑制突变LeuTyrTyr图14－17带有突变反密码子的tRNA可抑制无义突变无义突变表14-6由反密码子突变而产生的无义抑制基因野生型抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC,UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG错义抑制错义突变错义突变AUGAGAUAAAUGGGAUAAAUGAGAUAAUCUCCUUCU抑制突变ArgGlyGly图14-18反密码子发生突变可抑制错义突变●遗传密码——三联子●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents三、核糖体的结构与功能（一）核糖体的结构核糖体的组成表14-7原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合三、核糖体的结构与功能（二）核糖体的功能：合成蛋白质在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。●mRNA结合部位——小亚基●结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基●结合或接受肽基tRNA的部位——大亚基●肽基转移部位（P位）——大亚基●形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基●遗传密码——三联子●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents四、蛋白质合成的过程•氨基酸的活化•翻译的起始•肽链的延伸•肽链的终止•蛋白质前体的加工(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶•氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。•氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。•氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-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第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi目录第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP＋E目录tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：（P122）1.核蛋白体大小亚基分离2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。AUG5'3'IF-3IF-1S-D序列IF-3IF-1IF-2GTP3.在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi真核生物翻译起始的特点●核糖体较大,为８０Ｓ；●起始因子比较多；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子结构●Met-tRNAMet●mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形成翻译起始复合物；真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物（P120）。met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。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)肽链的延伸1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu·GTP复合物EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化3、移位核糖体向mRNA3’端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录原核肽链合成终止过程（四）肽链的终止RF1：识别终止密码子UAA和UAG终止因子RF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，刺激RF1和RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物只有一个终止因子（eRF）(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH-SH二硫键氧化3、特定氨基酸的修饰磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化4、切除新生肽链中非功能片段前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图(