生物信息的传递从mRNA到蛋白质.ppt

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,时间：10月14日添加到日历上午1、2节课,地点：博学楼C419,班级：科教2010-1班,讲课内容：蛋白质的生物合成（即翻译）,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,第四章生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需要数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。,4.1 遗传密码,遗传密码：,DNA（或mRNA）,中的,核苷酸序列,与蛋白质中,氨基酸序列,之间的,对应关系,称为,遗传密码,。,密码子(codon)：,mRNA,上,每3个相邻的核苷酸,编码蛋白质多肽链中的,一个氨基酸,，这,三个核苷酸,就称为一个,密码子,或,三联体密码,。,翻译,：,是指将,mRNA,链上的核苷酸从,一个特定的起始位点,开始，按,每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则,，依次,合成一条多肽链,的过程。,4.1.1,基本概念,m R N,A,(messenger RNA),是,遗传信息的传递者,，是,蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板,。,mRNA,上的,密码语言,4.1.,2,三联子密码及其破译,4,种碱基如何表示,22,种氨基酸呢？,排列组合,因此，在mRNA中，由三个碱基编码一个氨基酸称为,碱基三联体密码,或,密码子,。,排列组合,4,4,4416,20,4,4,4,44 4 64,20,够了。,4.1.2,遗传密码的性质,三、遗传密码的简并性和防错,密码子的,简并性：除Met、Trp，其余都是,2-6个密码子编码同一种氨基酸。,同义密码子和偏爱密码子：,编码同一种氨基酸的一组密码子称为,同义密码子,；在同义密码子中，使用频率高的称为,偏爱密码子,。,密码子的,简并性,只涉及,第三位碱基,，而,前两位碱基固定,。,意义：,减少有害突变，维持物种稳定性。,实验表明，所有生命体都使用同一套密码字典。但近年也发现：,动物细胞的线粒体,，,植物细胞叶绿体,中的遗传密码和目前的,“通用密码”,相比出现一些,偏离,。下图为,线粒体,与核DNA密码子使用情况的比较。,四,、遗传密码的通用性和变异性,现象：,密码子,是由,tRNA反密码子环,上的,反密码子,来识别。,原核生物,中大约有,30-45,种,tRNA,，,真核细胞,中可能存在,50,种,tRNA,，而,密码子,有,61种,，必然存在,一种反密码子,识别,多种密码子,的现象。,五,、遗传密码的变偶性,(也称,摆动性,）,1966年，Crick提出,摆动假说,：,密码子,和,反密码子,配对时，,密码子,前两位碱基配对严格遵循Watson-Crick原则,而,第三位碱基则具有一定的灵活性,，,因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。,tRNA,4.2,转录过程,是信息从一种核酸分子（,DNA,）转移到另一种结构上极为相似的核酸分子（,RNA,）的过程，,信息转移靠的是碱基配对。,翻译阶段,遗传信息从,mRNA,分子转移到结构极不相同的,蛋白质,分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联密码子形式存在的，在这里,起作用的是tRNA的解码机制,。,只有,tRNA上的反密码子,能与,mRNA上的密码子,相互识别并配对，而,氨基酸,本身不能识别,密码子,，,只有结合到tRNA上生成,AA-tRNA,，,才能被带到,mRNA-核糖体复合物,上，,插入到正在合成的多肽链的适当位置上。,模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是氨基酸,！,用,14,C标记的,半胱氨酸,与,tRNA,Cys,结合后生成,14,C-半胱氨酸-tRNA,Cys,经,Ni,催化可生成,14,C-Ala-tRNA,Cys,再把,14,C-Ala-tRNA,Cys,加入到,蛋白质合成系统,中，,结果：,发现,14,C-Ala-tRNA,Cys,插入了血红蛋白分子中通常由半胱氨酸占据的位置上，,表明起识别作用的是tRNA,。,4.2.1 tRNA的,结构特点,在L形三级结构中，受体臂顶端的碱基位于“L”的一个端点，反密码子臂的套索状结构生成了“L”的另一个端点。,tRNA上所运载的,氨基酸,必须靠近位于,核糖体大亚基上的多肽合成位点,；,而tRNA上的,反密码子,必须与,小亚基上的mRNA相配对,所以分子中两个不同的功能基团是,最大限度分离,。,4.2.3 tRNA的种类,1.起始tRNA和延伸tRNA,能特异性识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫,起始tRNA,，其他tRNA统称为,延伸tRNA,。,真核生物,起始tRNA携带,甲硫氨酸（Met）,原核生物,起始tRNA携带,甲酰甲硫氨酸（fMet）,原核生物中Met-tRNA,fMet,必须首先甲酰化生成fMet-tRNA,fMet,才能参与蛋白质的生物合成。,2.同工tRNA(cognate tRNA),将代表相同氨基酸的不同tRNA称为同工tRNA。,在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的,氨酰-tRNA合成酶。,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AA-tRNA合成酶识别。,3.校正tRNA,结构基因中某个核苷酸的改变可能产生,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，这种突变称为,无义突变,，而,校正tRNA,通过改变反密码子区校正无义突变。,大肠杆菌无义突变的校正tRNA,校正tRNA,错义突变,是由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。,错义突变的校正,通过,反密码子区的改变,把正确的氨基酸加到肽链上，,合成正常的蛋白质,。,例子：,如某大肠杆菌色氨酸合成酶基因中的一个甘氨酸密码子,GGA突变成了AGA,（编码精氨酸），指导合成错误的多肽。甘氨酸校正tRNA的校正基因突变使其,反密码子从CCU变成UCU,，,它仍然是甘氨酸的反密码子,，但不结合GGA而能,与突变后的AGA相结合,，,把甘氨酸放到原来的位置上,。,4.2.4 AA-tRNA合成酶,AA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反应式如下：,AA+tRNA+ATP,AA-tRNA,+AMP+PPi,它实际上包括两步反应：第一步是,氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸复合物。,AA+ATP+酶（E）,E-AA-AMP,+PPi,第二步是,氨酰基转移到tRNA 3末端腺苷残基的2 或3-羟基上。,E-AA-AMP,+tRNA,AA-tRNA,+E+AMP,核 糖 体,核糖体,是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。,4.3,一个细菌细胞内约有20 000个核糖体，而真核细胞内可达10,6,个。这些颗粒既可以游离状态存在于细胞内，也可与内质网结合，形成微粒体。,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,anticodon,codon,30S,与mRNA结合部位,P位,（peptine site,肽酰基结合位点）,A位,（accepter site,氨酰基结合位点）,50S,5,3,mRNA,转肽酶活性部位,核糖体及其他组分在大肠杆菌细胞内的分布,核糖体蛋白约占原核细胞总蛋白量的9-10%，占细胞内总RNA量的70-80%。在真核细胞内，核糖体所占的比重虽然有所下降，但仍然占总RNA的绝大部分，是细胞总蛋白的一个重要组成部分。,真核生物中，所有正在进行蛋白质合成的核糖体都不是在细胞质内自由漂浮，而是直接或间接与细胞骨架结构有关联或者与内质网膜结构相连的。,细菌核糖体大都通过与mRNA相互作用，被固定在核基因组上。,结合在内质网上的核糖体。,左，电镜下看到的胰腺细胞粗糙内质网；,右，局部放大后的草图。,4.3.1 核糖体的结构,1.核糖体由大小两个亚基组成,核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。,Total:36,Total:49,大肠杆菌核糖体小亚基由21种蛋白质组成，分别用S,1,S,21,表示，大亚基由36种蛋白质组成，分别用L,1,L,36,表示。,真核生物细胞核糖体蛋白质中，大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质，它们的相对分子质量在81034.0104之间。,2.核糖体蛋白（Ribosomal protein,r-蛋白）,核糖体结构模型及原核与真核细胞核糖体大小亚基比较,(a)电镜数据模式图：大亚基位于整个分子的左侧，细线代表mRNA，位于两个亚基之间的是两个tRNA分子,(b)原核生物70S核糖体和真核生物80S核糖体,真核生物细胞中发现的多聚核糖体现象,核糖体分子中可容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。,3.核糖体RNA,15S rRNA,细菌5S rRNA含有120个核苷酸（革兰氏阴性菌）或116个核苷酸（革兰氏阳性菌）。,5S rRNA有,两个高度保守的区域,，其中一个区域含有,保守序列CGAAC,，这是与tRNA分子T,C环上的GT,CG序列相互作用的部位，,是5S rRNA与tRNA相互识别的序列。,另一个区域含有,保守序列GCGCCGAAUGGUAGU,，与23S rRNA的中一段序列互补，可能,是5S rRNA与50S核糖体大亚基相互作用的位点。,216S rRNA,长约1 4751 544个核苷酸之间，含有少量修饰碱基，位于30S小亚基内。,16S rRNA的结构十分保守，其中,3端,一段,ACCUCCUUA的保守序列,，,与mRNA 5端翻译起始区中的SD序列互补。,16S rRNA靠近,3 端,处,还有一段与23S rRNA互补的序列,，在30S与50S亚基的结合中起作用。,323S rRNA,23S rRNA基因有,2 904,个核苷酸。,第,19842001,核苷酸之间存在一段能,与tRNA,Met,序列互补,的片段，,表明核糖体大亚基23S rRNA可能与tRNA,Met,的结合有关,。,第,143157,位核苷酸之间有一段12个核苷酸的序列,与5S rRNA上第7283位核苷酸互补,，,表明在50S大亚基上这两种RNA之间可能存在相互作用,。,4.3.2 核糖体的功能,在多肽合成过程中，由不同的tRNA将相应的氨基酸带到蛋白质合成部位，并与mRNA进行专一性的相互作用，以选择对信息专一的,AA-tRNA,。核糖体还必须能同时容纳另一种携带肽链的tRNA，即,肽酰基-tRNA（peptidyl-tRNA），,并使之处于肽键易于生成的位置上。,核糖体上至少有5个活性中心，即,mRNA结合部位,、,结合或接受AA-tRNA部位（A位）,、,结合或接受肽酰基-tRNA的部位（P位）,、,肽基转移部位,及,形成肽键的部位（转肽酶中心）,。此外，还应有负责肽链延伸的各种,延伸因子,的结合位点。,核糖体的结合位点,mRNA结合位点：,位于30s小亚基头部,，,负责与mRNA的结合,，特别是16srRNA的3-端与mRNA的AUG之前的,SD序列,互补是这种结合必不可少的。,A位点,：（Aminoacyl-tRNA site）,是结合新进入的氨酰基-tRNA的位置。即,氨酰基-tRNA位或受位,。它,大部分位于大亚基,小部分位于小亚基,。,P位点,：（peptidyl-tRNA site）,又称,肽酰基-tRNA位或给位,。它,大部分位于小亚基，小部分位于大亚基,。,E位点,：,是延伸过程中的多肽链转移到氨酰基-tRNA上释放tRNA的位点，即,去氨酰基-tRNA通过E位点脱去,，被释放到核糖体外的细胞质中去。,转肽酶活性部位,：,位于P位和A位的连接处,。,核糖体,小亚基,负责,对模板mRNA进行序列特异性识别,，,大亚基,负责,携带氨基酸及tRNA,的功能，,肽键的形成,、,AA-tRNA,、,肽基-tRNA的结合,等，,A位,、,P位,、,转肽酶中心,等主要在,大亚基,上。,4.4 蛋白质合成的生物学机制,核糖体,是蛋白质合成的,场所,，,mRNA,是蛋白质合成的,模板,，,转移RNA,是模板与氨基酸之间的,接合体,。,蛋白质合成,是一个,需能,反应。真核生物中可能有,近300种,生物大分子参与蛋白质的生物合成，这些组分约占细胞干重的35%。,细胞用来进行合成代谢,总能量的90%消耗,在蛋白质合成过程中。,大肠杆菌只需要,5-6秒钟,就能合成一条由,100个氨基酸组成,的多肽。,蛋白质的生物合成包括,氨基酸活化,、,肽链的起始,、,延伸,、,终止,以及,新合成多肽链的折叠和加工。,蛋白质合成各阶段的主要成分简表,4.4.1 氨基酸的生物学特性与生物合成,高等动物不能合成大约一半氨基酸，只能从食物中获取这些必需氨基酸（Essential）。,人体必需氨基酸,*.,哺乳期至幼儿期必需。,参与蛋白质合成的20种氨基酸主要特征分析,20种氨基酸的结构,一、氨基酸的活化,二、肽链合成起始,三、肽链的延伸,四、肽链合成的终止与释放,五、翻译后加工,2、翻译过程可分为五个阶段：,一、氨基酸的活化,E,酶-氨基酸-AMP络合物,E,-,AMP,ATP+,PPi,第一步,氨基酸+,E,3-氨酰-tRNA,AMP,第二步,氨基酸的羧基与tRNA3,端腺苷酸核糖基上3,-OH,缩水形成二酯键,E,E,AA,E,AA,tRNA,AA,E,tRNA,AA,E,tRNA,AA,氨基酸的活化过程,AA,酶,-氨基酸-tRNA复合物,例：,甲硫氨酰-tRNA的合成,只有甲硫氨酰-tRNA,i,Met,才能与40S小亚基相结合，起始肽链合成,普通甲硫氨酰-tRNA,Met,中携带的甲硫氨酸只能被掺入正在延伸的肽链中,N-甲酰甲硫氨酰-tRNA,i,fMet,的形成,CHO,-HN-CH-COO-tRNA,CH,2,CH,2,S,CH,3,+,H,2,N-CH-COO-tRNA,CH,2,CH,2,S,CH,3,Met-tRNA,i,fMet,fMet-tRNA,i,fMet,N,10,-甲酰FH,4,FH,4,转甲酰酶,氨酰-tRNA合成酶特点：,a、专一性,：,对氨基酸有极高的专一性,对tRNA具有极高专一性。,最终，在,专一酶作用下，每种L-氨基酸都可同 其对应的tRNA形成氨酰-tRNA。,b、校对作用：,氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。,一、氨基酸的活化,二、肽链合成起始,三、肽链的延伸,四、肽链合成的终止与释放,五、翻译后加工,2、翻译过程可分为五个阶段：,蛋白质合成的起始,是指在模板mRNA编码区5端形成,核糖体-mRNA-起始tRNA复合物,并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体P位点。,原核生物中,，,30S小亚基,首先与mRNA模板相结合,，再与,fMet-tRNA,fMet,结合,，最后与,50S大亚基结合,。,真核生物中,，40S小亚基,首先与Met-tRNA,Met,相结合,，再与,模板mRNA结合,，最后与,60S大亚基结合,生成80SmRNAMet-tRNA,Met,起始复合物。,起始复合物的生成除了,需要,GTP,外，还需要,Mg,2+,、NH,4,+,及3,个起始因子（IF-1、IF-2、IF-3）。,原核,二、肽链合成的起始,Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生物mRNA上都有一个,5-AGGAGGU-3,序列，这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA 3末端的富嘧啶区,5-GAUCACCUCCUUA-3,相互补。,二、肽链合成的起始,注意：,第一个,氨酰tRNA进入,P位，A位空,阶段,原核,真核,功 能,IF1,IF2 eIF2 参与起始复合物的形成,IF3 eIF3、eIF4C,起始CBP I 与mRNA帽子结合,eIF4A B F 参与寻找第一个AUG,eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放,eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离,EF-Tu eEF1,协助氨酰-tRNA进入核糖体,延长EF-Ts eEF1,帮助,EF-Tu、eEF1,周转,EF-G eEF2 移位因子,RF-1,终止 eRF 释放完整的肽链,RF-2,真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子,细菌核糖体上一般存在三个与氨基酰-tRNA结合的位点:即,A位点,（aminoacyl site），,P位点,（peptidyl site）和,E位点,（Exit site）。,只有fMet-tRNA,fMet,能与第一个P位点相结合，其它所有tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。,真核生物蛋白质生物合成的起始基本与原核生物相同，只不过其核糖体较大，有较多的起始因子，mRNA具有m,7,GpppNp帽子结构，Met-tRNA,Met,不甲酰化，mRNA分子5端的“帽子”和3端的多聚A都参与形成翻译起始复合物。,真核生物翻译起始复合物的形成,一、氨基酸的活化,二、肽链合成起始,三、肽链的延伸,四、肽链合成的终止与释放,五、翻译后加工,2、翻译过程可分为五个阶段：,三、肽链的延伸-,总图,延伸因子,三、肽链的延伸-,进位,阶段,原核,真核,功 能,IF1,IF2 eIF2 参与起始复合物的形成,IF3 eIF3、eIF4C,起始CBP I 与mRNA帽子结合,eIF4A B F 参与寻找第一个AUG,eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放,eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离,EF-Tu eEF1,协助氨酰-tRNA进入核糖体,延长EF-Ts eEF1,帮助,EF-Tu、eEF1,周转,EF-G eEF2 移位因子,RF-1,终止 eRF 释放完整的肽链,RF-2,真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子,TuTs循环,氨酰-tRNA首先与EF-Tu GTP形成复合物,进入核糖体的A位,水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP，进入新一轮循环。,三、肽链的延伸-,转肽,肽键的形成,三、肽链的延伸-,移位,三、肽链的延伸-,总结,一、氨基酸的活化,二、肽链合成起始,三、肽链的延伸,四、肽链合成的终止与释放,五、翻译后加工,2、翻译过程可分为五个阶段：,四、肽链合成的终止与释放,原,、,和,RF-3,),阶段,原核,真核,功 能,IF1,IF2 eIF2 参与起始复合物的形成,IF3 eIF3、eIF4C,起始CBP I 与mRNA帽子结合,eIF4A B F 参与寻找第一个AUG,eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放,eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离,EF-Tu eEF1,协助氨酰-tRNA进入核糖体,延长EF-Ts eEF1,帮助,EF-Tu、eEF1,周转,EF-G eEF2 移位因子,RF-1,终止RF-2 eRF 释放完整的肽链,RF-3,真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子,肽链合成的终止及释放,（1）释放因子RF,1,或RF,2,进入核糖体A位。,（2）多肽链的释放,（3）70S核糖体解离,5,3,UAG,30S亚基,50S亚基,5,3,UAG,tRNA,RF,多核糖体与核糖体循环,合成完毕的肽链,多核糖体,3,mRNA,延伸中的肽链,5,核糖体循环,真核生物多肽链的合成,1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；,2、起始氨基酸为Met，不是fMet；,3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；,4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；,5、真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。,1、肽链末端的修饰：,N-端fMet或Met的切除,2、信号序列的切除,3、二硫键的形成,4、部分肽段的切除,5、个别氨基酸的修饰,6、糖基侧链的添加,7、辅基的加入,蛋白质的加工修饰,实例：胰岛素原的加工,4.4.5 蛋白质前体的加工,1、N端fMet或Met的切除,无论原核生物还是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕前就被切除。50%的真核蛋白中，成熟蛋白N端残基会被N-乙基化。,2、二硫键的形成,mRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。,3、特定氨基酸的修饰,氨基酸侧链的修饰作用包括磷酸化（如核糖体蛋白质）、糖基化（如各种糖蛋白）、甲基化（如组蛋白、肌肉蛋白质）、乙基化（如组蛋白）、羟基化（如胶原蛋白）和羧基化等。,生物体内最常见的被修饰的氨基酸及其修饰产物,发生在小牛组蛋白H3前35个氨基酸残基中的4种化学修饰,内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所,糖蛋白主要是蛋白质侧链上的,天冬氨酸,、,丝氨酸,、,苏氨酸,残基加上糖基形成的，胶原蛋白上的,脯氨酸,和,赖氨酸,多数是羟基化的。实验证明，内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所。,4、切除新生肽链中非功能片段,如新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必须先切去信号肽变成胰岛素原，再切去C-肽，才变成有活性的胰岛素。,脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链，含多种病毒蛋白，经蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。,不少多肽类激素和酶的前体如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原都要经过加工才能变为活性分子。,新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质,左：新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质；,右：某些病毒或细菌可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。,蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的22个氨基酸以后才有生物活性,该胞外蛋白酶只能特异性切割X-Y2肽，其中X是丙氨酸，天门冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。,胰岛素原的加工,A链区,B链区,间插序列（C肽区）,HS,SH,SH,SH,HS,HS,信号肽,N,C,核糖体上合成出无规则卷曲的,前胰岛素原,切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子,切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原,S,S,S,S,N,N,C,C,A链,B链,胰岛素,C,N,S,S,S,S,胰岛素原,S,S,肽链折叠,是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。,体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为,助折叠蛋白,:,（1）酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）；,（2）分子伴侣,4.4.6 肽链的折叠,Lasky于1978年首先提出分子伴侣（mulecular chaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。,4.4.7 蛋白质合成抑制剂,蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素,如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等。此外，5-甲基色氨酸、环已亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白都能抑制蛋白质的合成。,几种常见蛋白质合成抑制剂的结构式,链霉素是一种碱性三糖，能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致mRNA的错读。若以多聚（U）作模板，则除苯丙氨酸（UUU）外，异亮氨酸（AUU）也会被掺入。,链霉素的作用位点在30S亚基上。,嘌呤霉素是AA-tRNA的结构类似物，能结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入。它所带的氨基也能与生长中的肽链上的羧基反应生成肽键，反应的产物是一条3羧基端挂了一个嘌呤霉素残基的小肽。,嘌呤霉素抑制蛋白质合成的分子机制,a.嘌呤霉素的结构类似于带有氨基酰的tRNA，能与核糖体A位点相结合；,b.肽基嘌呤霉素,青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。,氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。,4.5 蛋白质运转机制,由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。,若某个蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制；若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于翻译后运转机制。,这两种运转方式都涉及到蛋白质分子内特定区域与细胞膜结构的相互关系。,几类主要蛋白质的运转机制,4.5.1 翻译-运转同步机制,蛋白质定位信息存在于自身结构中，并通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达。信号序列在结合核糖体上合成后便与膜上特定受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构。因此，这种方式是边翻译边跨膜运转。,绝大部分被运入内质网内腔的蛋白质都带有一个信号肽，位于蛋白质的氨基末端（13-36个残基）：,（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；,（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；,（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。,蛋白质通过其N-端的信号肽在内质网中运转到不同的细胞器,4.5.2 翻译后运转机制,1、线粒体蛋白质跨膜运转,蛋白质跨线粒体内膜运转是一种,需能过程,；,蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。,2、叶绿体蛋白质的跨膜运转,叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子，多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点。叶绿体定位信号肽一般有两个部分，第一部分决定该蛋白质能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否进入类囊体。,叶绿体蛋白质跨膜运转,4.5.3 核定位蛋白的运转机制,为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽被称为核定位序列（NLSNuclear Localization Sequence）一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。蛋白质向核内运输过程需要核运转因子（Importin）、和一个低分子量GTP酶（Ran）参与。,核定位蛋白跨细胞核膜运转过程示意图,和组成的异源二聚体是核定位蛋白的可溶性受体，与核定位序列相结合的是亚基。这些蛋白组成的复合物停靠在核孔处，依靠Ran GTP酶水解GTP提供的能量进入细胞核，和亚基解离，核蛋白与亚基解离，和分别通过核孔复合体回到细胞质中，起始新一轮蛋白质运转。,4.5.4 蛋白质的降解,蛋白质降解是一个有序的过程。在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于ATP的蛋白酶（称为Lon）来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要消耗两分子ATP。,真核蛋白的降解依赖于一个只有76个氨基酸残基、其序列高度保守的泛蛋白（Ubiquitin）。细胞内即将被降解的蛋白首先在ATP的作用下与泛蛋白相连（图4-37），并将该复合体运送到特定的蛋白降解体系中直到完全降解。,作业,1、简述遗传密码具有哪些特征？,2、蛋白质合成的过程怎样？,3、写出下列中文名称的专业术语或缩写符号：,1、启动子 2、上游启动子元件 3、单链结合蛋白 4、互补DNA 5、核不均一RNA 6、SD序列 7、细菌人工染色体 8、聚合酶链式反应 9、内含子 10、核酶,11、单核苷酸多态性 12、分解代谢物激活蛋白 13、茎-环 14、转录起始复合物,15、开放阅读框 16、密码子 17、操纵子 18、表达序列标签 19、cAMP受体蛋白 20、基因表达系列分析技术 21、转录因子 22、限制性片段长度多态性,23、酵母人工染色体 24、色氨酸 25、半乳糖苷酶 26、外显子,27、非翻译区 28、TATA框结合蛋白,4、N-甲酰甲硫氨酸-tRNA的功能是什么？,5、简述真核细胞中翻译终止的过程？,6、比较并指出细菌和真核生物翻译机理的异同。,