第四章-生物信息的传递(下)——翻译.ppt

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,#,第四章 生物信息的传递（下）,从,mRNA,到蛋白质,一,蛋白质生物合成的大致框架,需要掌握的几个要点：,1,翻译,：以,mRNA,为模板，按照,mRNA,分子上的,三个核苷酸决定一种氨基酸的规则（三联体密码）,合成具有特定氨基酸顺序的蛋白质。包括翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止与释放。,2,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（,tRNA,）,是模板与氨基酸之间的接合体。,此外，在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。,翻译（蛋白质的生物合成）:,以氨基酸为原料,以,mRNA,为模板,以,tRNA,为运载工具,以核糖体为合成场所,需,Mg,2+,和适当缓冲体系,起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与,合成后加工成为有活性蛋白质,翻译的起始,核糖体与,mRNA,结合并与氨基酰-,tRNA,生成起始复合物。,蛋白质的生物合成是一个比,DNA,复制和转录更为复杂的过程。,核糖体沿,mRNA5,端向3,端,移动，开始了从,N,端向,C,端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段,肽链的延伸,肽链的终止及释放,核糖体从,mRNA,上解离，准备新一轮合成反应。,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,链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这,三个核苷酸,就称为密码子或三联子密码,(triplet coden),。,mRNA,5 GCU AGU ACA AAA CCU 3,遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。,蛋白质中的氨基酸序列是由,mRNA,中的核苷酸序列决定的。,mRNA,中只有4种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸。,数学考虑：,一种碱基 一种,Aa 4,1,=4 20,二种碱基 一种,Aa 4,2,=1620,三种碱基,一种,Aa 4,3,=6420,（二）三联子密码破译,实验证实三联子密码,（,遗传学证据）,1、,mRNA,模板中插入、删除一个核苷酸后，该密码子后面的氨基酸序列全部改变。,2、同时插入、删除一个不同核苷酸后，后续蛋白质不变。,3、同时删除三个核苷酸后，翻译减少一个氨基酸，序列没有变化。,烟草花叶病毒外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，而相应的,RNA,片段长约1200个核苷酸,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,（,synonymous codon,）。,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,（三）遗传密码的性质,1,、遗传密码是三联密码子,1,个密码子由,3,个核苷酸组成，它特异性地编码多肽链中,1,个氨基酸。,（三）遗传密码的性质,2,、通用性与特殊性,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。（,P114,表,4-4,）,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,(frameshift mutation),。,从,mRNA 5,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,(open reading frame,ORF),。,可译框架、可读框。,密码子是不重叠的并且无标点,A B C D E F G H I J K H,Aa,1,Aa,2,Aa,3,Aa,4,（三）遗传密码的性质,4,、摆动性（密码子与反密码子的相互作用）,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,图,4-4,密码子、反密码子配对的摆动现象,tRNA,反密码子,第,1,位碱基,I,U,G,A,C,mRNA,密码子,第,3,位碱基,U,C,A,A,G,U,C,U,G,图,4-5,遗传密码的总结,(1)遗传密码是,三联体,密码。,(2)遗传密码,无逗号,。,(3)遗传密码是,不重叠,的。,(4)遗传密码具有,通用性,。,(5)遗传密码具有,简并性,(,degeneracy)。,(6),密码子有,起始密码子,和,终止密码子,。,(7)反密码子中的,“,摆动,”,。,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,tRNA,在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了,接合体,，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了,运送载体,（第二遗传密码）,tRNA,参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识别，这就决定了它们在结构上存在大量的共性。,作为氨基酸受体的,tRNA,在结构上必须具备以下识别位点:,A、,氨基酸接受位点,B、,氨酰,tRNA,合成酶识别位点,C、,核糖体识别位点,D、,反密码子,（一）,tRNA,的结构,三叶草型,各种,tRNA,均含有70-80个碱基，其中22个碱基是恒定的。具,四臂四环,结构。,1.受体臂（,acceptor arm）,其3,端的最后3个碱基序列永远是,CCA,此臂负责携带特异的氨基酸,。,2.,T,C,臂,:,tRNA,中含有胸腺嘧啶核苷酸,-,假尿嘧啶核苷酸,-,胞嘧啶核苷酸残基序列的茎环结构。,是,根据3个核苷酸命名的，其中,（,Psi,）,表示,拟尿嘧啶，是,tRNA,分子所拥有的不常见核苷酸。常由5,bp,的茎和7,Nt,和环组成。,此臂负责和核糖体上的,rRNA,识别,结合。,tRNA,二级结构:,3.反密码子臂(,anticodon arm):,常由5,bp,的茎区和7,Nt,的环区组成,，,它,负责对密码子的识别与,配对。,4.,D,臂(,D arm):,是根据它含有二氢尿嘧啶（,dihydrouracil）,命名的。茎区长度常为4,bp。,负责和氨基酰,tRNA,聚合酶,结合,。,5.额外环(,extra arm):,可变性大，从4,Nt,到21,Nt,不等.其功能是,在,tRNA,的,L,型三维结构中负责连接两个区域,（,D,环反密码子环和,TC-,受体臂）。,tRNA,的,L,形三级结构,酵母和大肠杆菌,tRNA,的三级结构都呈,L,形折叠式,。这种结构是靠,氢键,来维持的，,tRNA,的三级结构与,AA-tRNA,合成酶的识别有关。,“,L,”,结构域,2.,-,anti-codon,arm,（反密码子环或 反密码子臂）,位于”,L,”,另一端,，,3.-,TC loop&DHU loop,位于,“,L,”,两臂的交界处，利于,“,L,”,结构的稳定,“,L,”,结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构趋于稳定,wobble base,（摆动基础成对）位于,“,L,”,结构末端，堆积力小，自由度大，使碱基配对摇摆,1.-,aa accept arm,（氨基酸接受臂）,位于,“,L,”,的一端,tRNA,高级结构上的特点提供了研究其生物学功能的重要线索。,因为,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的,。,这个结构形式很可能满足了蛋白质合成过程中对,tRNA,的各种要求而成为,tRNA,的通式，研究证实,tRNA,的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。,（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,I,CCA-OH,5,3,CCA-OH,G G C,C C G,tRNA,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,。,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-tRNA,Met,。,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-tRNA,fMet,2,、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。,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苷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,4-7,P120,错义抑制,校正,tRNA,在进行校正过程中必须与正常的,tRNA,竞争结合密码子。无义突变的校正,tRNA,必须与释放因子竞争识别密码子；错义突变的校正,tRNA,必须与该密码的正常,tRNA,竞争，都会影响校正的效率。,所以，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子与密码子的亲和力，也决定于它在细胞中的浓度及竞争中的其他参数。一般说来校正效率不会超过50%,。,无义突变的校正基因,tRNA,不仅能校正无义突变，也会抑制该基因3,末端正常的终止密码子，导致翻译过程的通读，合成更长的蛋白质，,这种蛋白质过多就会对细胞造成伤害,。,同样，一个基因错义突变的矫正也可能使另一个基因错误翻译，因为如果一个校正基因在突变位点通过取代一种氨基酸的方式校正了一个突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正常位点上引入新的氨基酸。,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,三、核糖体的结构与功能,（一）,核糖体的结构,肽链合成的,“,装配机,”,-核糖体,核糖核蛋白的结构,核糖核蛋白的种类,(胞质中),由大小二亚基组成,起始,时，,tRNA,i,met,结合于核糖体的肽位（,mRNA,）；,受位（,A,位，氨基酰位）：,延长,成肽时，氨基酰,tRNA,就加入此位。,给位（,P,位，肽位）,：,延长,成肽后，肽链转到此位（转肽酶中心）。,游离的核糖核蛋白-合成,细胞固有蛋白,与粗面内质网结合的核糖核蛋白,-合成带有,信号肽,的,分泌性蛋白质,核糖体像一个能沿,mRNA,模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体,RNA（ribosomal RNA，rRNA）,组成的亚细胞颗粒。,一个细菌细胞内约有,20000个核糖体,，而,真核细胞内可达10,6,个,，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达10,12,。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。,在生物细胞中，核糖体数量非常大。,“Large”50S subunit,“Small”30S subunit,tRNA(3 bound),核糖体的组成,原核生物核糖体由约,2/3的,RNA,及1/3的蛋白质组成,。真核生物核糖体中,RNA,占3/5，蛋白质占2/5,。,核糖体,是一个,致密的核糖核蛋白颗粒,，,可以解离为两个亚基，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。,大肠杆菌核糖体,小亚基,有21种蛋白质，分别用,S,1,S,21,表示，,大亚基,有3,6,种蛋白质，分别用,L,1,L,36,表示。真核生物细胞核糖体,大亚基,含有49种蛋白质，,小亚基,有33种蛋白质。,36,图,4-9,原核和真核生物核糖体的组成及功能（,P124,）,核糖体亚基,rRNAs,蛋白,RNA,的特异顺序和功能,细菌,70S 50S 23S=2904b 36,种,(L1-L36,）,CGAAC,和,tRNA,的,GTCG,互补,2.510,6,D,5S,=120b,66%RNA 30S,16S,=1542b 21,种,(S1-S21),16SRNA(CCUCCU),和,S-D,顺序,(AGGAGG),互补,哺乳动物,80S 60S 28S=4718b,49,种 有,GAUC,和,tRNA,fMat,的,TCG,互补,4.210,6,D 5S=120b,60%RNA,5.8S,=160b,真核生物特有，可能与原核5,S,功能类似,40S 18S=1874b 33,种 和,Cap,m7,G,结合,三、核糖体的结构与功能,（二,）,核糖体的功能：,合成蛋白质,核糖体的功能,小亚基：结合,mRNA,及,tRNA,反密码区段,功能,大亚基：结合,tRNA,其它区段,A,位,氨酰,tRNA,进入部位,核糖体的活性中心,P,位,与正在延伸的肽酰,tRNA,结合部位,核糖体包括至少,5个活性中心，,即,mRNA,结合部位、结合或接受,AA-tRNA,部位（,A,位）、结合或接受肽基,tRNA,的部位（,P,位）及肽基转移部位、形成肽键的部位（转肽酶中心），此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。,小亚基上拥有,mRNA,结合位点,，负责对序列特异的识别过程，如起始位点的识别和密码子与反密码子的相互作用。,大亚基负责携带氨基酸及,tRNA,的功能,，如肽键的形成、,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。,E,位点是脱酰胺离开核糖体的位点。,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,已证明核酸是生命体内最基本的物质，因为蛋白质的合成和结构最终都取决于核酸，但,蛋白质,仍是生物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特性仍然要通过蛋白质来得到表达。,蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止、蛋白前体的加工。,GTP,(,一,),氨基酸的活化,氨基酸,+,tRNA,氨基酰,-,tRNA,ATP,AMP,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,(proofreading activity),。,氨基酰,-tRNA,的表示方法：,Ala-,tRNA,Ala,Ser-tRNA,Ser,Met-tRNA,Met,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-tRNA,fMet,甲硫氨酸,Met-tRNA,Met,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-tRNA,fMet,、,GTP,、,Mg,2+,翻译起始因子：,IF-1,、,IF-2,、,IF-3,、,IF-3,IF-1,翻译起始,(,翻译起始复合物形成,),又可被分成,3,步,：,（,P129,）,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。,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,30,S,小亚基首先与翻译起始因子,IF-1，IF-3,结合，再在,SD,序列的帮助下与,mRNA,模板结合,S-D,序列,Initiation codon,30,S,亚基具有专一性的识别和选择,mRNA,起始位点的性质，而,IF3,能协助,该亚基完成这种选择。研究发现，30,S,亚基通过其16,S rRNA,的3,末端与,mRNA5,端起始密码子上游碱基配对结合。,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30,S,亚基上16,S rRNA 3,末端的富嘧啶区序列5,-,GAUCACCUCCUUA-3,相互补。,各种,mRNA,的核糖体结合位点中能与16,S rRNA,配对的核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，,相互补的核苷酸越多，30,S,亚基与,mRNA,起始位点结合的效率也越高,。互补的核苷酸与,AUG,之间的距离也会影响,mRNA-,核糖体复合物的形成及其稳定性,。,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,3.,在,IF-2,和,GTP,的帮助下，,fMet-tRNAf,Met,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。,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4,、,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。,A,U,G,5,3,细菌核糖体上一般存在,三个,与-,tRNA,结合的位点，即,A,位点（,aminoacyl siteP,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。,真核生物翻译起始的特点,真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物基本相同，其差异主要,核糖体较大,为；,起始因子比较多；,mRNA 5,端具有,m,7,Gppp,帽子结构,Met,-,tRNA,Met,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-tRNA,fMet,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-tRNA,Met,相结合，再与模板,mRNA,结合,，最后与,60S,大亚基结合生成,80S,mRNA,Met-tRNA,Met,起始复合物,（,P131,）,。,met,40S,60S,Me,t,Met,40S,60S,mRNA,eIF-2B,、,eIF-3,、,eIF-6,elF-3,GDP+Pi,各种,elF,释放,elF-5,ATP,ADP+Pi,elF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB,Met,Met-tRNA,Met,-elF2,-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,(,elongation factor,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-Ts,EF-Tu-Ts+GDP,EF-Tu-Ts+GTP,EF-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 。,fMet,A,U,G,5,3,fMet,Tu,GTP,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,UGA,RF3,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,）,蛋白质的合成是一个高耗能过程,AA,活化 2个高能磷酸键（,ATP）,肽链起始 1个（70,S,复合物形成，,GTP）,进位 1个（,GTP）,移位 1个（,GTP）,第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）,以后每掺入一个,AA,需要消耗4个（活化2+进位 1个+移位1个）。,(,五,),蛋白质前体的加工,1,、,N,端,fMet,或,Met,的切除,图,4-20,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（图,4-21,）,磷酸化（核糖体蛋白）、糖基化（糖蛋白）、甲基化（组蛋白和肌肉蛋白）、乙基化（组蛋白）、羟基化（胶原蛋白）和羧基化,小牛组蛋白,H3,前,35,个氨基体残基中的化学修饰,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,(,六,),蛋白质的折叠,新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过程：,酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶,分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，但它们具有共同的功能，,在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装,，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。,热休克蛋白：应激反应蛋白,HSP70,HSP40,和,GrpE,三个家族；,伴侣素：,HSP60,HSP10(,原核生物中为,GroEL,GroES),分子伴侣,(,七,),蛋白质合成抑制剂,许多微生物可以生产抗生素，它们利用这些抗生素作为化学防御武器抵御竞争者和来犯之敌。,某些抗生素通过抑制肽键的形成防止细菌的生长。,例如抗生素嘌呤霉素的结构非常类似于,氨酰,-tRNA,的,3,末端的结构。,因为结构上的相似，,嘌呤霉素可以进入核糖体的,A,位,。,肽酰转移酶催化新生成的多肽转移至嘌呤霉素的游离的氨基上。由于肽酰嘌呤霉素在,A,位处的结合弱，很快就从核糖体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。,尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，所以嘌呤霉素对人是有毒的,。,临床上可用的抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有作用的抑制剂。,嘌呤霉素的作用机制,链霉素,抑制蛋白质合成的起始，也能引起肽链延伸阶段的,mRNA,的错读，改变细菌中翻译的忠实性。,白喉毒素,是已知的毒性最大的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延伸因子,eEF-2,失活，导致死亡。,蓖麻毒蛋白,是从蓖麻中分离出来的，其作用模式是通过除去腺嘌呤碱基使真核生物的,28S rRNA,失活，导致翻译终止。,干扰蛋白质生物合成的生物活性物质,白喉毒素,对真核生物剧毒,可对,EF-2,起共价修饰作用,干扰素,(interferon,，,IF),是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。可抑制病毒繁殖，保护宿主。,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,五、蛋白质的运转机制,蛋白性质,运转机制,主要类型,分泌,蛋白质在结合核糖体上合成，并以,翻译,-,运转,同步机制运输,免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等,细胞器发育,蛋白质在游离核糖体上合成，以,翻译后运转,机制运输,核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质,膜的形成,两种机制兼有,质膜、内质网、类囊体中的蛋白质,表,4-14,几类主要蛋白质的转运机制,P143,1,、翻译,-,运转同步机制,信号肽假说,信号肽,：,常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的,N-,末端氨基酸序列（有时不一定在,N,端）。,信号序列特点：,（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）。,图,4-29,信号肽假说内容：,信号识别蛋白,信号识别颗粒,signal recognition particle,图,4-31,新生,蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程,2,、,翻译后运转机制,(1),线粒体蛋白质跨膜运转,（1）转运前以前体形式存在,（2）需能过程,能量来自线粒体,Hsp70,引发的,ATP,水解和膜电位差,（3）首先外膜上的,Tom,受体,复合蛋白识别与,Hsp70,或,MSF,等分子伴侣相结合的等转运多肽,通过,Tom,和,Tim,组成的膜通道进入线粒体内腔,图,4-32,前导肽的作用与性质,一般特性：,碱性氨基酸,（如,Arg）,含量较丰富,羟基氨基酸（如,Ser）,含量较高,缺少酸性氨基酸,前导肽跨膜,时首先与线粒体外膜上的受体相结合，研究表明，,Tom,受体,可能是线粒体蛋白跨膜时最主要的受体蛋白；,前导肽的不同部位可能在跨膜运输过程中发挥不同的作用。,(2),叶绿体蛋白质的跨膜运转,（1）活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内，这是鉴别翻译后转运的指标之一,（2）叶绿体膜能特异性地与叶绿体蛋白的前体结合,（3）叶绿体蛋白前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异,（,3,）核定位蛋白的运转机制,（1）核定位,序列,(,Nuclear localization signal,NLS,),，,一般不切除，可位于核蛋白的任何部位；,（2）需要核运转因子，,GTP,酶供能,蛋白质的降解,生物体内蛋白质的降解过程是一个有序的过程,半衰期：30,s,到 许多天,真核蛋白：数小时到数天，蛋白降解依赖于,泛蛋白,（,ubiquitin,76 aa,高度保守），需要,E1,E2,E3,三个降解因子参与；,E.coli,依赖,ATP,的蛋白酶（,Lon）,切除一个肽键需要两分子的,ATP;,蛋白质的半衰期与,N,端残基的关系,P153,表4-1,5,泛素含有,76,个氨基酸残基,广泛存在于真核生物,目前尚未发现泛素存在于原核生物中，泛素的氨基酸序列极其保守。泛素基因主要编码两种泛素前体蛋白质,:,一种是多聚泛素,另一种是泛素融合蛋白。,被降解的蛋白质先与泛肽结合进行标记，被标记的氨基酸被激活。标记分三步进行：,1.在“需-,ATP”,的反应中，泛肽的羧基末端通过硫酯键与泛肽-活化酶（,E,1,）,偶联。,2.泛肽随即转接到几种小蛋白质中的某一小蛋白质的巯基上，形成泛肽-携带蛋白（,E,2,）。,3.泛肽-蛋白连接酶(,E,3,，M,r,约180000）将活化的泛肽移到赖氨酸的,-,氨基上，它是,E,3,事先与之结合了的蛋白质的一个残基，形成异肽键,。,通常许多泛肽分子与无用的蛋白质相连，可能有20个泛肽分子依次与目的蛋白质相连，形成多泛肽链，每一泛肽的,Lys,48,都与下一个泛肽的,C,末端羧基相连，形成一个异肽键。,泛肽连接的蛋白质在,ATP-,依赖的反应中被降解。成熟多肽,N-,端第一个残基对蛋白质的稳定性有重要影响,复习体,1 多数氨基酸都有两个以上密码子，下列哪组氨基酸只有一个密码子？,A,苏氨酸、甘氨酸,B,脯氨酸、精氨酸,C,丝氨酸、亮氨酸,D,色氨酸、甲硫氨酸,E,天冬氨酸和天冬酰胺,2,tRNA,分子上结合氨基酸的序列是,ACAA-3,BCCA-3,CAAC-3,DACA-3,EAAC-3,（,B）,3遗传密码,A20,种氨基酸共有64个密码子,B,碱基缺失、插入可致框移突变,CAUG,是起始密码,DUUU,是终止密码,E,一个氨基酸可有多达6个密码子,（,B、C、E）,4、,tRNA,能够成为氨基酸的转运体、是因为其分子上有,A-CCAOH 3,末端,B3,个核苷酸为一组的结构,C,稀有碱基,D,反密码环,E,假腺嘌吟环,（,A、D）,5,、蛋白质生物合成中的终止密码是,(),。,（,A,）,UAA,（,B,）,UAU,（,C,）,UAC,（,D,）,UAG,（,E,）,UGA,A,、,D,、,E,6,、,Shine-Dalgarno,顺序,(SD-,顺序,),是指,:,（）,A.,在,mRNA,分子的起始码上游,8-13,个核苷酸处的顺序,B.,在,DNA,分子上转录起始点前,8-13,个核苷酸处的顺序,C.16srRNA3,端富含嘧啶的互补顺序,D.,启动基因的顺序特征,A,7,、,“,同工,tRNA,”,是：,(),A),识别同义,mRNA,密码子,(,具有第三碱基简并性,),的多个,tRNA,(B),识别相同密码子的多个,tRNA,(C),代表相同氨基酸的多个,tRNA,(D),由相同的氨酰,tRNA,合成酶识别的多个,tRNA,C,8,、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性,(,摇摆,),。（）,（,A,）第,个,(B),第二个,(C),第二个,(D),第一个与第二个,A,9,、与,mRNA,的,GCU,密码子对应的,tRNA,的反密码子是（）,（,A,）,CGA,（,B,）,IGC,（,C,）,CIG,（,D,）,CGI,B,10,、真核与原核细胞蛋白质合成的相同点是（）,（,A,）翻译与转录偶联进行,（,B,）模板都是多顺反子,（,C,）都需要,GTP,（,D,）甲酰蛋氨酸是第一个氨基酸,C,A,、,mRNA,上的密码子与,tRNA,上的反密码子不一定严格配对,B,、转肽酶,C,、酯键,D,、磷酸化酶,E,、,N-C,糖甘键,11,、是翻译延长所必需的,12,、氨基酸与,tRNA,连接,13,、遗传密码的摆动性,B,D,A,作业：,1,什么是信号肽？它在序列组成上有哪些特点？有什么功能？,2,蛋白质有哪些翻译后的加工修饰？,