现代分子生物学(00001)市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第四讲第四讲生物信息传递生物信息传递（下）从（下）从mRNA到蛋白质到蛋白质1第1页主要内容主要内容：1、遗传密码、遗传密码-三联子三联子2、tRNA3、核糖体、核糖体4、蛋白质合成生物学机制、蛋白质合成生物学机制5、蛋白质运转机制、蛋白质运转机制2第2页蛋白质生物合成蛋白质生物合成核糖体是蛋白质合成场所；核糖体是蛋白质合成场所；mRNA是蛋白质合成模板；是蛋白质合成模板；转移转移RNA(tRNA)是模板与氨基酸之是模板与氨基酸之间接合体。间接合体。蛋白质合成需要各种蛋白质、酶和其蛋白质合成需要各种蛋白质、酶和其它生物大分子参加。它生物大分子参加。蛋白质合成是一个需能反应。蛋白质合成是一个需能反应。3第3页翻译翻译是指将是指将mRNA链上核苷酸从一个特定起始链上核苷酸从一个特定起始位点开始，按每位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸标个核苷酸代表一个氨基酸标准，依次合成一条多肽链过程。准，依次合成一条多肽链过程。4第4页4.1遗传密码遗传密码三联子三联子贮存在贮存在DNA上遗传信息经过上遗传信息经过mRNA传递传递到蛋白质上，到蛋白质上，mRNA与蛋白质之间联络与蛋白质之间联络是经过遗传密码破译来实现。是经过遗传密码破译来实现。遗传密码：遗传密码：mRNA上每上每3个核苷酸翻译成多肽链上个核苷酸翻译成多肽链上一个氨基酸，这一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一个个核苷酸就称为一个密码子（三联子密码）。密码子（三联子密码）。5第5页4.1.1三联子密码及其破译三联子密码及其破译因因为为mRNA中中只只有有4种种核核苷苷酸酸，蛋蛋白白质质中中有有20种种氨基酸：氨基酸：以一个核苷酸代表一个氨基酸是不可能。以一个核苷酸代表一个氨基酸是不可能。若以两种核苷酸作为一个氨基酸密码（二联若以两种核苷酸作为一个氨基酸密码（二联子），能代表子），能代表42=16种氨基酸。种氨基酸。若以若以3个核苷酸代表一个氨基酸，有个核苷酸代表一个氨基酸，有43=64种种密码子密码子，满足了编码，满足了编码20种氨基酸需要。种氨基酸需要。6第6页Crick等等人人发发觉觉T4噬噬菌菌体体rII位位点点上上两两个个基基因因正正确确表表示示与与它它能能否否侵侵染染大大肠肠杆杆菌菌相相关关，用用吖吖啶啶类类试试剂剂（诱诱导导核核苷苷酸酸插插入入或或从从DNA链链上上丢丢失失）处处理理使使T4噬噬菌菌体体DNA发发生生移移码码突突变变（frameshiftmutation），噬菌体就丧失感染能力。，噬菌体就丧失感染能力。从遗传学角度证实三联子密码构想是正从遗传学角度证实三联子密码构想是正确确7第7页用核苷酸插入或删除试验证实阿用核苷酸插入或删除试验证实阿mRNA模板模板上每三个核苷酸组成一个密码子。上每三个核苷酸组成一个密码子。8第8页三联子密码破译三联子密码破译制备制备E.coli无细胞合成体系，以均无细胞合成体系，以均聚物、随机共聚物和特定序列共聚聚物、随机共聚物和特定序列共聚物模板指导多肽合成。物模板指导多肽合成。核糖体结合技术。核糖体结合技术。9第9页均聚物为模板均聚物为模板Nirenberg把多聚（把多聚（N）作为模板加入到无细）作为模板加入到无细胞体系时发觉，新合成多肽链是胞体系时发觉，新合成多肽链是:poly(U)-UUU-polyphenylalaninepoly(C)-CCC-polyprolinepoly(A)-AAA-polylysinepoly(G)-didnotworkbecauseofthecomplexsecondarystructure10第10页Poly(UG)-poly(Cys-Val):5UGUGUGUGUGUGUGUGUG3，不论读码从，不论读码从U开始还是从开始还是从G开始，都只能有开始，都只能有UGU（Cys）及）及GUG（Val）两种密码子。）两种密码子。随机共聚物为模板随机共聚物为模板11第11页Nirenberg及及Ochoa等等又又用用各各种种特特定定序序列列如如只只含含A、C共共聚聚核核苷苷酸酸作作模模板板，任任意意排排列列时时可可出出现现8种种三三联联子子，即即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，取取得得由由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等等6种氨基酸组成多肽。种氨基酸组成多肽。特定序列共聚物为模板特定序列共聚物为模板12第12页以以人人工工合合成成三三核核苷苷酸酸如如UUU、UCU、UGU等等为为模模板板，在在含含核核糖糖体体、AA-tRNA适适当当离离子子强强度度反反应应液液中中保保温温后后经经过过硝硝酸酸纤纤维维素素滤滤膜膜。游游离离AA-tRNA因因相相对对分分子子质质量量小小能能自自由由过过膜膜，与与模模板板对对应应AA-tRNA能能与与核核糖糖体体结结合合，体体积积超超出出膜膜上上微微孔而被滞留。孔而被滞留。核糖体结合技术核糖体结合技术13第13页4.1.2遗传密码性质遗传密码性质密码连续性密码连续性(commaless)密码简并性密码简并性(degeneracy)密码普遍性密码普遍性(universality)密码特殊性密码特殊性(specificity)密码子与反密码子相互作用密码子与反密码子相互作用14第14页密码连续性密码连续性(commaless)三个核苷酸编码一个氨基酸。三个核苷酸编码一个氨基酸。三联子密码是非重合三联子密码是非重合(non-overlapping)和和连续连续(commaless)。15第15页密码简并性密码简并性(degeneracy)4种核苷酸可组成种核苷酸可组成64个密码子个密码子:61个是编码氨基酸密码子；个是编码氨基酸密码子；3个即个即UAA、UGA和和UAG是终止密码子是终止密码子由一个以上密码子编码同一个氨基酸由一个以上密码子编码同一个氨基酸现象称为简并（现象称为简并（degeneracy）16第16页通用遗传密码及通用遗传密码及对应氨基酸对应氨基酸除色氨酸（除色氨酸（UGG）只有一）只有一个密码子外，其它氨基酸都个密码子外，其它氨基酸都有一个以上密码子：有一个以上密码子：9种氨基酸有种氨基酸有2个密码子，个密码子，1种氨基酸有种氨基酸有3个密码子，个密码子，5种氨基酸有种氨基酸有4个密码子，个密码子，3种氨基酸有种氨基酸有6个密码子。个密码子。17第17页同义密码子同义密码子(synonymouscodon)：对应于同一氨基酸密码子对应于同一氨基酸密码子Synonymcodonshavethesamemeaninginthegeneticcode.SynonymtRNAsbearthesameaminoacidandrespondtothesamecodon.18第18页AUG甲硫氨酸及起始密码子甲硫氨酸及起始密码子GUG缬氨酸及起始密码子缬氨酸及起始密码子UAA终止密码子终止密码子(Ochre)UAG终止密码子终止密码子(Amber)UGA终止密码子终止密码子(Opal)19第19页密码子吞并性密码子吞并性氨基酸氨基酸密码子个数密码子个数氨基酸氨基酸密码子个数密码子个数丙氨酸丙氨酸4亮氨酸亮氨酸6精氨酸精氨酸6赖氨酸赖氨酸2天门冬酰胺天门冬酰胺2甲硫氨酸甲硫氨酸1天门冬氨酸天门冬氨酸2苯丙氨酸苯丙氨酸2半胱氨酸半胱氨酸2脯氨酸脯氨酸4谷氨酰胺谷氨酰胺2丝氨酸丝氨酸6谷氨酸谷氨酸2苏氨酸苏氨酸4甘氨酸甘氨酸4色氨酸色氨酸1组氨酸组氨酸2酪氨酸酪氨酸2异亮氨酸异亮氨酸3缬氨酸缬氨酸420第20页除了除了Arg以外，编码某一特定氨基酸密码子个数与以外，编码某一特定氨基酸密码子个数与该氨基酸在蛋白质中出现频率相吻合该氨基酸在蛋白质中出现频率相吻合21第21页密码普遍性密码普遍性22第22页密码特殊性密码特殊性Thestandardcodonsaretrueformostorganisms,butnotforall 23第23页tRNA反反密密码码子子在在核核糖糖体体内内是是经经过过碱碱基基反反向向配配对对与与mRNA上上密密码码子子相相互作用。互作用。密码子与反密码子相互作用密码子与反密码子相互作用Codon5ACG3Anticodon3UGC5isusuallywrittenascodonACG/anticodonCGU,ACGandCGU24第24页1966年，年，Crick提出摆动假说提出摆动假说(wobblehypothesis)，解释了，解释了反密码子中一些稀有成份（如反密码子中一些稀有成份（如I，肌苷酸肌苷酸）配对，以及许多氨）配对，以及许多氨基酸有基酸有2个以上密码子问题。个以上密码子问题。wobblehypothesis前两对严格恪守碱基配对标准。前两对严格恪守碱基配对标准。第三对碱基有一定自由度，能够第三对碱基有一定自由度，能够“摆动摆动”，因而使，因而使一些一些tRNAtRNA能够识别能够识别1 1个以上密码子。个以上密码子。25第25页b.当反密码子第一位是当反密码子第一位是I时，时，密码子第三位能够是密码子第三位能够是A、U或或C。mRNA上密码子与上密码子与tRNA上上反密码子配对示意图反密码子配对示意图a.密密码码子子与与tRNA反反密密码码子臂上对应序列配对子臂上对应序列配对26第26页tRNA上反密码子与上反密码子与mRNA上密码子配对与上密码子配对与“摆动摆动”分析分析1反反密密码码子子第第一一位位是是C或或A时时，只只能能识识别别一一个个密码子。密码子。反密码子反密码子（3）X-Y-C（5）（3）X-Y-A（5）密码子密码子（5）Y-X-G（3）（5）Y-X-U（3）2反反密密码码子子第第一一位位是是U或或G时时，可可分分别别识识别别两两种密码子。种密码子。反密码子反密码子（3）X-Y-U（5）（3）X-Y-G（5）密码子密码子（5）Y-X-A/G（3）（5）Y-X-C/U（3）3反密码子第一位是反密码子第一位是I时，可识别时，可识别3种密码子种密码子反密码子反密码子（3）X-Y-I（5）密码子密码子（5）Y-X-A/U/C（3）一一个个tRNA终终究究能能识识别别多多少少个个密密码码子子是是由由反反密密码码子子第第一一位位碱基性质决定。碱基性质决定。27第27页为为每每个个三三联联密密码码子子翻翻译译成成氨氨基基酸酸提提供供了了接接合体合体;4.2tRNA为准确无误地将所需氨基酸运输到核糖体上为准确无误地将所需氨基酸运输到核糖体上提供了运输载体。提供了运输载体。又被称为又被称为第二遗传密码第二遗传密码。28第28页tRNA3端经过切割、修端经过切割、修整，再加上整，再加上CCA而成；而成；5端由切割产生。端由切割产生。tRNA由较长前体由较长前体加工而来加工而来29第29页tRNAtRNA一级结构一级结构(PrimaryStructure)tRNA二级结构二级结构(SecondaryStructure)tRNA三级结构三级结构(TertiaryStructure)tRNA功效功效30第30页tRNA一级结构一级结构(primarystructure)长度度:60-95nt(commonly76)残基残基:15个个invariant(恒定恒定)和和8个个semi-invariant(半恒定半恒定).invariant和和semi-variant核苷核苷位置在二位置在二级结构和三构和三级结构中起着主要作用。构中起着主要作用。含有修饰碱基含有修饰碱基(Modifiedbases):有有时一个一个tRNA分子分子20%碱基是碱基是经过修修饰。已。已发觉有有超出超出50种不一种不一样类型修型修饰碱基。碱基。31第31页tRNA中全部中全部4种碱基都能被修饰种碱基都能被修饰32第32页不不一一样样tRNA在在结结构构上上存存在在大大量量共共性性，由由小小片片段段碱碱基基互互补补配配对对形形成成三三叶叶草草形形分分子子结结构构，有有4条条依依据据结结构构或或已已知知功功效效命命名名手手臂臂(armorstem)和和3个环个环(loop)。tRNA二级结构二级结构(secondarystructure)33第33页D loopD loopT loopAnticodon loopAnticodon looptRNA三叶草形二级结构三叶草形二级结构psai34第34页受体臂受体臂（acceptorarm）由链两端序）由链两端序列配对形成杆状结列配对形成杆状结构和构和3端未配正确端未配正确34个碱基所组个碱基所组成。成。其其3端最终端最终3个个碱基序列永远是碱基序列永远是CCA，最终一个，最终一个碱基碱基3或或2自由羟自由羟基基(OH)能够被能够被氨酰化。氨酰化。Aminoacidacceptorstem35第35页D-armandD-loopD臂是依据它含有臂是依据它含有二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶(dihydrouracil）命名。命名。D臂中存在臂中存在多至多至3个可变核苷个可变核苷酸位点，酸位点，17：1及及20：1、20：2。最常见最常见D臂缺失这臂缺失这3个核苷酸，而最个核苷酸，而最小小D臂中第臂中第17位核位核苷酸也缺失了。苷酸也缺失了。36第36页Anticodonloop反密码子臂是依据反密码子臂是依据位于套索中央三联位于套索中央三联反密码子命名。由反密码子命名。由5bp臂和臂和7个核苷环个核苷环组成。在环中有与组成。在环中有与密密码子互补由码子互补由3个核苷个核苷组成反密码子。组成反密码子。37第37页VariablearmandT-armTC臂臂是是依依据据3个个核核苷苷酸酸命命名名，其其中中表表示示 拟拟 尿尿 嘧嘧 啶啶；由由5bp臂臂和和含含有有GTC环组成。环组成。可可变变臂臂(多多出出臂臂)是是由由3到到21个个核核苷苷组组成成，可可 能能 会会 形形 成成 多多 达达7bp臂。臂。38第38页tRNAL-形三级结构形三级结构:研研究究酵酵母母tRNAPhe、tRNAfMet和和大大肠肠杆杆菌菌tRNAfMet、tRNAArg等三级结构，发觉都呈等三级结构，发觉都呈L形折叠式。形折叠式。tRNA三级结构三级结构(tertiarystructure)39第39页tRNA三级结构三级结构(tertiarystructure)tRNA三级结构主要由在二级结构中未三级结构主要由在二级结构中未配对碱基间形成配对碱基间形成9个氢键（三级氢键）而个氢键（三级氢键）而引发。引发。大部分恒定或半恒定核苷酸都参加三大部分恒定或半恒定核苷酸都参加三级氢键形成。级氢键形成。40第40页tRNA上上所所运运载载氨氨基基酸酸必必须须靠靠近近位位于于核核糖糖体体大大亚亚基基上上多多肽肽合合成成位位点点，而而tRNA上上反反密密码码子子必必须须与与小小亚亚基基上上mRNA相相配配对对，所所以以分分子子中中两两个个不不一一样样功功效效基基团团是是最最大大程度分离。程度分离。这个结构形式满足了蛋白质这个结构形式满足了蛋白质合成过程中对合成过程中对tRNA各种要各种要求而成为求而成为tRNA通式。通式。41第41页tRNA功效功效为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，合体，为准确无误地将所需氨基酸运输到核糖体为准确无误地将所需氨基酸运输到核糖体上提供了运输载体。上提供了运输载体。42第42页1.起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA2.同工同工tRNA3.校正校正tRNAtRNA种类种类43第43页起起始始tRNA:能能特特异异性性识识别别mRNA模模板板上上起起始密码子始密码子tRNA;延伸延伸tRNA:其它其它tRNA统称为延伸统称为延伸tRNA。1.起始起始tRNA和和延伸延伸tRNA44第44页真核生物起始真核生物起始tRNA携带携带甲硫氨酸甲硫氨酸(Met)，原核生物起始原核生物起始tRNA携带携带甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(fMet)，原核生物中原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生必须首先甲酰化生成成fMet-tRNAfMet才能参加蛋白质生物合成。才能参加蛋白质生物合成。45第45页同同工工tRNA：代代表表相相同同氨氨基基酸酸不不一样一样tRNA。2.同工同工tRNA在一个同工在一个同工tRNA组内，全部组内，全部tRNA均专一均专一于相同氨酰于相同氨酰-tRNA合成酶。合成酶。同工同工tRNA既要有不一样反密码子以识别该既要有不一样反密码子以识别该氨基酸各种同义密码，又要有某种结构上共氨基酸各种同义密码，又要有某种结构上共同同性，能被性，能被AA-tRNA合成酶识别。合成酶识别。46第46页结结构构基基因因中中某某个个核核苷苷酸酸改改变变可可能能产产生生终终止止密密码码子子(UAG、UGA、UAA)，使使蛋蛋白白质质合合成成提提前前终终止止，合合成成无无功功效效或或无无意意义义多多肽肽，这这种种突突变变称称为为无无义义突突变变，而而校校正正tRNA经经过改变反密码子区校正无义突变。过改变反密码子区校正无义突变。3.校正校正tRNA47第47页AA-tRNA合合成成酶酶是是一一 类类 催催 化化 氨氨 基基 酸酸 与与tRNA结合特异性酶结合特异性酶;AA+tRNA+ATPAAtRNA+AMP+PPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶aminonacyl-tRNAsynthetase(ARS)48第48页蛋白质合成真实性蛋白质合成真实性蛋白质合成真实性主要决定于蛋白质合成真实性主要决定于AA-tRNA合成酶是否能使氨基酸与对应合成酶是否能使氨基酸与对应tRNA相结合。相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别合成酶既要能识别tRNA，又要能识别氨基酸，它对二者都含有高又要能识别氨基酸，它对二者都含有高度专一性。度专一性。49第49页4.3核糖体核糖体(ribosome)protein-synthesizingmachines50第50页一个细菌细胞内约有一个细菌细胞内约有20,000个核糖体，个核糖体，真核细胞内可达真核细胞内可达106个。个。这些颗粒既能够游离状态存在于细胞内，也可与内质这些颗粒既能够游离状态存在于细胞内，也可与内质网结合，形成微粒体。网结合，形成微粒体。核糖体是由几十种蛋白质和各种核糖体核糖体是由几十种蛋白质和各种核糖体RNA(ribosomalRNA,rRNA)所组成亚细胞颗粒。它像一所组成亚细胞颗粒。它像一个沿着个沿着mRNA模板移动工厂，执行着蛋白质合成功效。模板移动工厂，执行着蛋白质合成功效。概况概况51第51页核糖体及其它组分在大肠杆菌细胞内分布核糖体及其它组分在大肠杆菌细胞内分布组分组分占细胞总量占细胞总量细胞内数量细胞内数量细胞壁细胞壁10%1细胞膜细胞膜10%2DNA2%1mRNA2%3.5103tRNA3%1.6105rRNA21%8105核糖体蛋白核糖体蛋白9%2104可溶性蛋白可溶性蛋白40%106小分子小分子3%7.510652第52页结合在内质网上核糖体。结合在内质网上核糖体。53第53页核核糖糖体体是是一一个个致致密密核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒，可可解解离离为为两两个个亚亚基基，每每个个亚亚基基都都含含有有一一个个相相对对分分子子质质量量较较大大rRNA和和许许多多不不一一样蛋白质分子。样蛋白质分子。核糖体结构核糖体结构54第54页原核与真核细胞核糖体大小亚基比较原核与真核细胞核糖体大小亚基比较5SrRNA(120nt)23SrRNA(2900nt)31(36)proteins16SrRNA(1540nt)21proteins5SrRNA(120nt)28SrRNA(4700nt)5.8SrRNA(160nt)49proteins18SrRNA(1900nt)33proteinsProkaryotesEukaryotes70S(2.5M)80S(4.2M)50S(1.6M)30S(0.9M)60S(2.8M)40S(1.4M)55第55页大肠杆菌核糖体基本成份大肠杆菌核糖体基本成份核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基沉降系数沉降系数70S30S50S总体相对分子总体相对分子质量质量2.521069.301051.59106主要主要rRNA（碱（碱基数）基数）16S（1541）23S（2904）主要主要rRNA（碱（碱基数）基数）5S（120）RNA相对分子相对分子质量质量1.661065.601051.10106RNA所占百分所占百分比比66%60%70%蛋白质数量蛋白质数量2136蛋白质相对分蛋白质相对分子质量子质量8.571053.701054.87105蛋白质所占百蛋白质所占百分比分比34%40%30%56第56页核核糖糖体体分分子子中中可可容容纳纳两两个个 tRNA和和 约约 40bp长长mRNA。核糖体结构模型核糖体结构模型57第57页真核生物细胞中发觉多聚核糖体真核生物细胞中发觉多聚核糖体(polyribosomesorpolysomes)现象现象58第58页1.5SrRNA2.16SrRNA3.23SrRNA4.5.8SrRNArRNA59第59页5SrRNA有两个高度保守区域有两个高度保守区域:一一个个区区域域含含有有保保守守序序列列CGAAC，这这是是与与tRNA分分子子TC环环上上GTCG序序列列相相互互作作用用部部位位，是是5SrRNA与与tRNA相相互互识识别别序序列。列。另另一一个个区区域域含含有有保保守守序序列列GCGCCGAAUGGUAGU，与与23SrRNA中中一一段段序序列列互互补补，可可能能是是5SrRNA与与50S核核糖糖体体大大亚亚基相互作用位点。基相互作用位点。细菌细菌5SrRNA含有含有120个核苷酸（革兰氏阴性菌）或个核苷酸（革兰氏阴性菌）或116个个核苷酸（革兰氏阳性菌）。核苷酸（革兰氏阳性菌）。5SrRNA60第60页长约长约14751544个核苷酸之间个核苷酸之间含有少许修饰碱基含有少许修饰碱基位于原核生物位于原核生物30S小亚基内小亚基内结构十分保守结构十分保守:(1)3端端一一段段ACCUCCUUA保保守守序序列列，与与mRNA5端翻译起始区中端翻译起始区中SD序列互补。序列互补。(2)靠靠近近3端端处处还还有有一一段段与与23SrRNA互互补补序序列列，在在30S与与50S亚基结合中起作用。亚基结合中起作用。16SrRNA61第61页23SrRNA基因包含基因包含2904个核苷酸个核苷酸:第第1984核核苷苷酸酸之之间间存存在在能能与与tRNAMet序序列列互互补补片片段段,表表明明核核糖糖体体大大亚亚基基23SrRNA可可能能与与tRNAMet结合相关。结合相关。第第143157位位核核苷苷酸酸之之间间有有一一段段12个个核核苷苷酸酸序序列列与与5SrRNA上上第第7283位位核核苷苷酸酸互互补补，表表明明组组成成50S大大亚亚基基这这两两种种RNA之之间间可可能能存存在在相互作用。相互作用。23SrRNA62第62页真核生物核糖体大亚基特有真核生物核糖体大亚基特有rRNA长度为长度为160个核苷酸个核苷酸含有修饰碱基含有修饰碱基含含有有与与原原核核生生物物5 S rRNA中中保保守守序序列列CGAAC相相同同序序列列，可可能能与与tRNA作作用用识识别别相关。相关。5.8SrRNA63第63页在在多多肽肽合合成成过过程程中中，由由不不一一样样tRNA将将对对应应氨氨基基酸酸带带到到蛋蛋白白质质合合成成部部位位，并并与与mRNA进进行行专一性相互作用，以选择对信息专一专一性相互作用，以选择对信息专一AA-tRNA。核核糖糖体体还还必必须须能能同同时时容容纳纳另另一一个个携携带带肽肽链链tRNA，即即肽肽基基tRNA（peptidyl-tRNA），并并使之处于肽键易于生成位置上。使之处于肽键易于生成位置上。核糖体功效核糖体功效64第64页细菌核糖体上普通存在三个与氨酰细菌核糖体上普通存在三个与氨酰-tRNA结合位点结合位点:A位点位点(aminoacylsite),新到来氨酰新到来氨酰-tRNA结合位点结合位点;P位点位点(peptidylsite),肽基酰肽基酰-tRNA结合位点结合位点;E位位点点(Exitsite),延延伸伸过过程程中中多多肽肽链链转转移移到到氨氨酰酰-tRNA上上释释放放tRNA位点。位点。只只有有fMet-tRNAfMet能能与与第第一一个个P位位点点相相结结合合，其其它它全全部部tRNA都都必必须经过须经过A位点抵达位点抵达P位点，再由位点，再由E位点离开核糖体。位点离开核糖体。每一个每一个tRNA结合位点都横跨核糖体两个亚基，位于大、小亚基交结合位点都横跨核糖体两个亚基，位于大、小亚基交界面。界面。核糖体上主要位点核糖体上主要位点65第65页LocationoftRNAsCateetal.,Science199966第66页4.4蛋白质合成生物学机制蛋白质合成生物学机制核糖体是蛋白质合成场所，核糖体是蛋白质合成场所，mRNA是蛋白质是蛋白质合成模板，合成模板，tRNA是模板与氨基酸之间接合体。是模板与氨基酸之间接合体。蛋白质合成是一个需能反应。真核生物中可蛋白质合成是一个需能反应。真核生物中可能有近能有近300种生物大分子参加蛋白质生物合成，种生物大分子参加蛋白质生物合成，这些组分约占细胞干重这些组分约占细胞干重35%。67第67页氨基酸活化氨基酸活化肽链起始肽链起始肽链延伸肽链延伸肽链终止肽链终止新合成多肽链折叠和加工新合成多肽链折叠和加工蛋白质生物合成蛋白质生物合成68第68页阶阶段段必必需需组组分分1氨基酸活化氨基酸活化20种氨基酸种氨基酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶20种或更多种或更多tRNAATP，Mg2+2肽链起始肽链起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAmRNA上起始密码子（上起始密码子（AUG）核糖体小亚基核糖体小亚基核糖体大亚基核糖体大亚基GTP，Mg2+起始因子（起始因子（IF-1，IF-2，IF-3）3肽链延伸肽链延伸功效核糖体（起始复合物）功效核糖体（起始复合物）AA-tRNA伸长因子伸长因子GTP，Mg2+肽基转移酶肽基转移酶4肽链终止肽链终止GTPMRNA上终止密码子上终止密码子释放因子（释放因子（RF-1，RF-2，RF-3）5折叠和加工折叠和加工参加起始氨基酸切除、修饰等加工过程酶参加起始氨基酸切除、修饰等加工过程酶蛋白质合成各阶段主要成份简表蛋白质合成各阶段主要成份简表69第69页1.氨基酸活化氨基酸活化20种氨基酸种氨基酸20种氨酰种氨酰-tRNA合成酶合成酶20种或更多种或更多tRNAATPMg2+氨基酸必须在氨酰氨基酸必须在氨酰tRNA合成酶作用下合成酶作用下生成活化氨基酸生成活化氨基酸AA-tRNA70第70页*同一氨酰同一氨酰-tRNA合成酶含有把相同氨基酸加到合成酶含有把相同氨基酸加到两个或更多个带有不一样反义密码子两个或更多个带有不一样反义密码子tRNA分子上功效。分子上功效。真核生物起始真核生物起始tRNA是是Met-tRNAMet，原核生物起始原核生物起始tRNA是是fMet-tRNAfMet。tRNA与对应氨基酸结合是蛋白质合成中关键与对应氨基酸结合是蛋白质合成中关键步骤，可确保多肽合成准确性。步骤，可确保多肽合成准确性。71第71页蛋蛋白白质质合合成成起起始始是是指指在在模模板板mRNA编编码码区区5端端形形成成核核糖糖体体-mRNA-起起始始tRNA复复合合物物,并并将将(甲酰甲酰)甲硫氨酸放入核糖体甲硫氨酸放入核糖体P位点。位点。2.翻译起始翻译起始72第72页mRNAN甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNAmRNA上起始密码子上起始密码子核糖体小亚基核糖体小亚基核糖体大亚基核糖体大亚基GTP,Mg2+起始因子起始因子翻译起始需要：翻译起始需要：73第73页原原核核生生物物中中30S小小亚亚基基首首先先与与mRNA模模板板相相结结合合，再与再与fMet-tRNAfMet结合，最终与结合，最终与50S大亚基结合。大亚基结合。真核生物真核生物中，中，40S小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板相结合，再与模板mRNA结合，最终与结合，最终与60S大亚大亚基结合生成基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合起始复合物。物。74第74页30S小亚基小亚基模板模板mRNAfMet-tRNAfmet3个翻译起始因子，个翻译起始因子，IF-1,IF-2,IF-3GTP50S大亚基大亚基Mg2+细菌翻译起始细菌翻译起始75第75页细菌翻译起始细菌翻译起始翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成:第一步，第一步，30S小亚基与翻译起始小亚基与翻译起始因子因子IF-1，IF-3结合，经过结合，经过SD序序列与列与mRNA模板相结合。模板相结合。第二步，第二步，fMet-tRNAfMet在在IF-2协协同下进入小亚基同下进入小亚基P位，位，tRNA上反上反密码子与密码子与mRNA上起始密码子配上起始密码子配对。对。第三步，带有第三步，带有tRNA、mRNA、三个翻译起始因子小亚基复合物三个翻译起始因子小亚基复合物与与50S大亚基结合，释放翻译起大亚基结合，释放翻译起始因子。始因子。76第76页细菌细菌mRNA分子上往往存在一个与分子上往往存在一个与16SrRNA3末端相互补末端相互补SD序列序列。各种各种mRNA核糖体结合位点中能与核糖体结合位点中能与16SrRNA配正确核配正确核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间距离是不一样，苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间距离是不一样，反应了起始信号不均一性。反应了起始信号不均一性。77第77页真核生物蛋白质生物合成起始有其特点：真核生物蛋白质生物合成起始有其特点：核糖体较大，核糖体较大，有较多起始因子，有较多起始因子，mRNA含有含有m7GpppNp帽子结构，帽子结构，mRNA分分子子5端端“帽帽子子”和和3端端多多聚聚A都都参参加加形形成成翻译起始复合物，翻译起始复合物，Met-tRNAMet不甲酰化，不甲酰化，40 S亚亚 基基 对对 mRNA起起 始始 密密 码码 子子 识识 别别 经经 过过 扫扫 描描(Scanning)。真核生物蛋白质生物合成起始真核生物蛋白质生物合成起始78第78页帽子结构能促进起始反应帽子结构能促进起始反应帽子在帽子在mRNA与与40S亚基结合过程中起稳定作用亚基结合过程中起稳定作用带帽子带帽子mRNA5端与端与18SrRNA3端序列之间存在端序列之间存在不一样于不一样于SD序列碱基配对型相互作用序列碱基配对型相互作用79第79页较多起始因子参加真核生物翻译起始较多起始因子参加真核生物翻译起始eIF5DisplaceotherfactorseIF2eIF2BInvolvedininitiationtRNAdeliveryeIF4BeIF4FeIF4AeIF4EBindingtothemRNAeIF6eIF3eIF4cBindingtoribosomalsubunitseIF4Am7GpppAAAAAAAUGeIF4EeIF4GeIF340SeIF2Met-tRNAieIF1A80第80页生生成成起起始始复复合合物物，第第一一个个氨氨基基酸酸（fMet/Met-tRNA）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按按照照mRNA模模板板密密码码子子排排列列，氨氨基基酸酸经经过过新新生肽键方式被有序地结合上去。生肽键方式被有序地结合上去。肽肽链链延延伸伸中中每每个个循循环环都都包包含含AA-tRNA与与核核糖糖体结合、肽键生成和移位三步。体结合、肽键生成和移位三步。3.肽链延伸肽链延伸81第81页功效核糖体（起始复合物）功效核糖体（起始复合物）AAtRNA伸长因子伸长因子GTP,Mg2+肽基转移酶肽基转移酶肽链延伸需要肽链延伸需要82第82页1).后续后续AA-tRNA与与核糖体结合核糖体结合细细菌菌中中肽肽链链延延伸伸第第一一步步反反应应：新新氨氨酰酰-tRNA结合到结合到A位。位。该该氨氨酰酰-tRNA首首先先与与EF-TuGTP形形成成复复合合物物，进进入入核核糖糖体体A位位，水水解解产产生生GDP并并在在EF-Ts作作用用下下释释放放GDP并并使使EF-Tu结结合合另另一一分分子子GTP，进进入入新新一一轮轮循环。循环。83第83页2).肽键生成肽键生成在在核核糖糖体体mRNAAA-tRNA复复合合物物中中，AA-tRNA占占据据A位位，fMet-tRNAfMet占占据据P位。位。生生长长肽肽链链C端端与与P位位tRNA分分离离,与与新新氨氨基酸之间形成肽键。基酸之间形成肽键。构构象象改改变变造造成成大大亚亚基基移移动动，使使两两个个tRNAN端端移移到到大大亚亚基基E和和P位位，而而在在小小亚基中它们仍位于亚基中它们仍位于P和和A位。位。84第84页多肽链上肽键形成多肽链上肽键形成缩合反应缩合反应85第85页核核糖糖体体经经过过EF-G介介导导GTP水水解解所所提提供供能能量量向向mRNA模模板板3末末端端移移动动一一个个密密码码子子，使使两两个个tRNA完完全全进进入入E位位和和P位位(去去氨氨酰酰tRNA被被挤挤入入E位位;肽肽基基-tRNA进进入入P位位)，mRNA上上第第三三位位密密码码子子对对应应于于A位位准准备开始新一轮肽链延伸。备开始新一轮肽链延伸。3)移位移位86第86页GTPmRNA上终止密码子上终止密码子释放因子释放因子4.肽链终止肽链终止87第87页当当终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA出出现现在在核核糖糖体体A位位时时，没没有有对对应应AA-tRNA能能与与之之结结合合.释释放放因因子子能能识识别别这这些些密密码码子子并并与与之之结结合合，水水解解P位位上上多多肽肽链链与与tRNA之之间间二二酯酯键键，释释放放新生肽链和新生肽链和tRNA.核核糖糖体体大大、小小亚亚基基解解体体，蛋蛋白质合成结束。白质合成结束。释释放放因因子子RF含含有有GTP酶酶活活性性，它它催催化化GTP水水解解，使使肽肽链链与核糖体解离。与核糖体解离。88第88页新新生生多多肽肽链链大大多多数数没没有有功功效效，必必须须经经过过加工修饰才能转变为活性蛋白质。加工修饰才能转变为活性蛋白质。蛋白质前体加工蛋白质前体加工89第89页左左:新生蛋白质在去掉新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功效蛋白质端一部分残基后变成有功效蛋白质右右:一一些些病病毒毒或或细细菌菌可可合合成成无无活活性性多多聚聚蛋蛋白白质质，经经蛋蛋白白酶酶切切割割后成为有功效成熟蛋白。后成为有功效成熟蛋白。新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功效成熟蛋白质新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功效成熟蛋白质90第90页1、N端端fMet或或Met切除切除2、二硫键形成、二硫键形成3、特定氨基酸修饰、特定氨基酸修饰4、切除新生肽链中非功效片段、切除新生肽链中非功效片段蛋白质前体加工蛋白质前体加工91第91页前胰岛素原蛋白翻前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程译后成熟过程92第92页蜂蜂毒毒蛋蛋白白只只有有经经蛋蛋白白酶酶水水解解切切除除N-端端22个个氨氨基基酸酸以以后才有生物活性。后才有生物活性。该该胞胞外外蛋蛋白白酶酶只只能能特特异异性性切切割割X-Y2肽肽，其其中中X是是丙丙氨氨酸，天门冬氨酸和谷氨酸，酸，天门冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。是丙氨酸或脯氨酸。切除新生肽链中非功效片段切除新生肽链中非功效片段93第93页蛋白质折叠蛋白质折叠 蛋白质折叠是翻译后形成功效蛋白质必蛋白质折叠是翻译后形成功效蛋白质必经阶段经阶段。蛋白多肽链折叠是一个复杂过程，首先蛋白多肽链折叠是一个复杂过程，首先折叠成二级结构，然后再深入折叠盘绕折叠成二级结构，然后再深入折叠盘绕成三级结构。成三级结构。94第94页分子伴侣分子伴侣（molecularchaperone）分子伴侣是一类序列上分子伴侣是一类序列上没有相关性但有共同功没有相关性但有共同功效保守性蛋白质，它们效保守性蛋白质，它们在细胞内能帮助其它多在细胞内能帮助其它多肽进行正确折叠、组装、肽进行正确折叠、组装、运转和降解。运转和降解。95第95页分子伴侣分类分子伴侣分类(1)热休克蛋白（热休克蛋白（heatshockprotein）是一类