延长因子

第十七章蛋白质的生物合成与修饰ProteinSynthesisandmodification第一节概述主讲老师：华南师范大学生命科学学院陈文利生物体合成mRNA后，mRNA中的遗传信息转变成为蛋白质中氨基酸排序的过程称为翻译。翻译1、原料20种氨基酸条件：2、能量ATP和GTP3、催化剂：酶、蛋白质因子、无机离子（Mg+，K+）4、运载工具：tRNA5、模板：mRNA（每个A.A由三个碱基确定）6、装配机：核糖体(rRNA、蛋白质)第二节遗传密码的破译第三节遗传密码的几个重要特性遗传密码：mRNA分子上从5’3’的方向，每三个碱基形成的三联体，组成一个遗传密码子（codon）。遗传密码表：共有64个密码子，其中61个是编码氨基酸。其中AUG↗起始密码子↘Met的密码子。有三个密码子是终止密码子：UAA、UAG、UGA，这三组密码子不能被tRNA阅读，只能被肽链释放因子识别。1、密码子的简并性2、密码子的连续性3、密码子的不重叠性4、密码子的摆动性5、密码子的通用性6、特殊密码子遗传密码的基本特点（5个性）：返回一个氨基酸具有多个密码子的现象称为密码子的简并性（degeneracy）。这些编码同一种氨基酸的多个密码子称为同义密码子（synonymouscodon）1、密码子的简并性遗传密码的基本特点要正确阅读密码必须按一定的密码框架（readingframe）从一个正确的起点开始，一个不漏地挨着读下去，直到碰到终止信号为止。2、密码子的连续性遗传密码的基本特点绝大多数生物中读码规则是不重叠的。少数大肠杆菌噬菌体的RNA基因组中，部分基因的遗传密码却是重叠的。3、密码子的不重叠性(non-overlapping)遗传密码的基本特点密码子的第一、第二位专一性很强，第三位专一性就弱。已证明，密码子的专一性主要由头两位碱基决定，Crick对第三位碱基的这一特性给于一个专门的术语，称“摆动性”wobble.4、密码子的摆动性P423遗传密码的基本特点1966年F.Crick提出的摆动假说（wobblehypothesis）tRNAsSecondary&TertiarystructureIsoacceptortRNAs(同工受体tRNA）DifferenttRNAscarryingthesameaatRNAidentity-“2ndgeneticcode”P431SpecialsequenceelementsontRNAsthatcanberecognizedbyaaRSandthendeterminewhichaaischargedPositiveelements&NegativeelementsSomespecialtRNAs1)InitiatortRNA:tRNAfMet&tRNAiMet2)SuppressortRNA（校正tRNA）3)tmRNA遗传密码表属于完全通用。5、密码子的通用性遗传密码的基本特点返回GeneralfeaturesWithmRNAastemplate,tRNAascarrierforaa,ribosomeasassemblysiteTranslationalpolarity1)ExtendsinN-end→C-endhowtoprove?2)ReadsmRNAsin5’→3’Tripletcodon1)Howmanybasesdetermineoneaa?“threedetermineone”2)Crackingofthegeneticcode3)FeaturesofthegeneticcodeRibosomesrecognizeaa-tRNAjustbyvirtueofthebase-pairinginteractionbetweencodonsandanticodonsWobblehypothesisTheNatureoftheGeneticCodeAllthecodonshavemeaning:61specifyaminoacids,andtheother3arenonsenseorstopcodonsThecodeisunambiguous-onlyoneaminoacidisindicatedbyeachofthe61codons(wobble密码子的摆动性)Thecodeisdegenerate-exceptforTrpandMet,eachaminoacidiscodedbytwoormorecodons(密码子的简并性)Codonsrepresentingthesameorsimilaraminoacidsaresimilarinsequence2ndbasepyrimidine:usuallynonpolaraminoacid2ndbasepurine:usuallypolarorchargedaaThecodeisnotoverlapping(密码子的不重叠性)Thebasesequenceisreadfromafixedstartingpoint,withnopunctuation(密码子的连续性)Universal&Unusual第四节蛋白质的生物合成核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密的配合部分，来挑选并管理参与蛋白质合成的各个组分。它参与多肽链的启动，延长和终止的各种因子的识别。一、核糖体（ribosome）是一个复杂的超分子结构二、核糖体（ribosome）原核生物核糖体70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34种蛋白质16SrRNA21种蛋白质真核生物核糖体80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质二、转移RNA具有特征性结构tRNA是氨基酸的搬运工具。氨基酸的同工受体：能够运输同一种氨基酸的多种tRNA分子。tRNA分子上与蛋白质生物合成有关的位点至少有四个:1)3端—CCA上的氨基酸接受位点2)识别氨酰—tRNA合成酶的位点3)核糖体识别位点，使延长中的肽链附着于核糖体上4)反密码子位点FunctionalsitesonRibosomeThreesitesfortRNA1)TheA(acceptor)site-whereaa-tRNAscomein(exceptthefirstone)andwherepeptidyl-tRNAisafterpeptidebondformationandbeforetranslocation.2)TheP(peptidyl-tRNA)site-wherepeptidyl-tRNAisbeforepeptidebondformation.3)TheE(exit)site-wheretheunchargedtRNAfromthePsitegoesaftertranslocation.Peptidyltransferase-theactivesitethatcatalyzesformationofthepeptidebond(23SrRNAinProkaryotes)PolypeptideexitchannelmRNAbindingsite三、氨酰-tRNA合成酶和它们催化的反应P429四、一些氨酰-tRNA合成酶具有校对功能氨酰—tRNA合成酶,酶的专一性表现在：a)识别氨基酸b)识别tRNA(倒L型的三级结构)c)进行二次核对作用E.Coli蛋白质的生物合成:1.氨基酸的活化：由高度特异的氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，反应分两步总反应式五、氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别六、多肽链的合成从氨基末端开始七、一个特定氨基酸起始蛋白质的合成起始氨酰-tRNA的形成(P432)现已清楚，原核细胞中多肽的合成都有自甲硫氨酸开始，但并不是以甲硫氨酰-tRNA作起始物，而是以N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形式起始。在E.Coli和其它原核生物中与这起始密码（AUG）相对应的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAfMet），这是起始tRNA。起始tRNA怎样形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化tRNAMetMet-tRNA甲酰基转移酶N10－甲酰FH4FH4MettRNACOH（fMet－tRNAf）甲酰基StructureofN-formyl-methionyl-tRNA[Met]DifferenceswithothertRNAs细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。（2）tRNAmMet带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽链延伸中起作用。（1）tRNAfMet带上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链合成的起始。所以AUG和GUG是兼职密码子，它们既可以作为起始密码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之对应的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽链内部相应aa的密码，这时AUG编码Met,GUG编码val。此反应须起始因子3（IF3）P位：肽基的结合部位A位：氨酰基的结合部位起始密码定位在P位上SD序列Shine-Dalgarno发现在AUG的前方有一段富嘌呤AG区，与30S中的16SrRNA富含嘧啶的区结合八、多肽合成起始的三个步骤1、30S-mRNA复合物的形成mRNAsProkaryoticmRNAsUsuallypolycistronicEukaryoticmRNAsUsuallymonocistronicShine-DalgarnoSequencesrecognizedbyE.coliribosomes2．肽链的起始：mRNA中的起始密码是AUG，少数是GUG。起始密码子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般为3～10个核苷酸，它与核糖体16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与mRNA的结合。消耗一个高能键IF1起协助作用，促进IF3,IF2的作用，然后在IF1参与下，mRNA-30S-IF3进一步与fMet-tRNAf,GTP相结合，并释放出IF3形成一个30S起始复合物，30S核糖体—mRNA-fMet-tRNAf。2、30S预起始复合物（IF1,IF2,GTP）肽键的合成inactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplex70SinitiationcomplexGDP+Pi肽链的延长需要一些延长因子或称延伸因子（elongationfactor,EF）原核生物的EF有EF-T和EF-G两类:EF-T：延伸因子“T”，开始误认为这类延伸因子有肽基转移酶的活性peptidyltransferase，所以取转移酶的第一个字母“T”。3.肽链的延长：EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP，当GTP水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及GTP，所以用GTP的第一个字母“G”，EF-G。EF-T是由Tu和Ts两个亚基组成的二聚体，EF-Ts：s是stable的意思，是稳定蛋白质，EF-Tu:u是unstable，不稳定蛋白质。EF-Tu直接参加了氨酰-tRNA与核糖体的结合。氨酰-tRNA进入核糖体的A位肽键的形成移位肽链的延长包括3步:这是个比较复杂的过程，需Ts、Tu，还要消耗GTP。EF-Tu与GTP和氨酰-tNRA首先形成三元复合物，才能进入A位。（1）氨酰-tRNA进入核糖体的A位（2）肽键的形成通过一个转肽作用（transpeptidation），由肽酰转移酶（peptidyltransferase）催化，使一个酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的23srRNA承担（肽基转移酶是一种ribozyme）。嘌呤霉素对蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。（3）移位（translocation）移位包括三种运动:空载的tRNA离开P位。二肽基tRNA由A位移到P位核糖体沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移动一个密