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1、目录 蛋白质的生物合成 （翻译） 第第 八八 章章 目录 论述题 1.试述蛋白质生物合成体系 2. 讨论原核生物与真核生物蛋白质合 成的异同 目录 n n 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即，即翻译翻译，就是将核酸中由，就是将核酸中由 4 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通过编码的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破破 译的方式解读为蛋白质一级结构中译的方式解读为蛋白质一级结构中2020种种氨基酸的氨基酸的 排列顺序排列顺序 。 目录 蛋白质合成体系 Protein Biosynthesis System 第 一 节 目录 n n 2020种氨基酸种氨基酸(AA)(AA)作为原料作为
2、原料 n n 酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IFIF、eIFeIF n n ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子 参与蛋白质生物合成的物质包括参与蛋白质生物合成的物质包括 l 三种RNA mRNA（messenger RNA, 信使RNA） rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） tRNA（transfer RNA, 转移RNA） 目录 一、翻译模板mRNA及遗传密码 n n mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录 单位，转录生成的mRNA
3、可编码几种功能相 关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) 。 原核生物的多顺反子 真核生物的单顺反子 非编码序列核蛋白体结合位点 起始密码子终止密码子编码序列 PPP5 3 蛋白质 PPP mG - 5 3 蛋白质 目录 目录 l mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5至3方向，由AUG开 始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个 氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称 为三联体密码(triplet coden)。 起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(terminatio
4、n coden): UAA，UAG，UGA 遗 传 密 码 表 第三 字母 U C A G U C A G U C A G C U A G 目录 目录 从从mRNA mRNA 5 5 端起始密码子端起始密码子AUGAUG到到3 3 端终止密码端终止密码 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，称为码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架开放阅读框架(open (open reading frame, ORF)reading frame, ORF)。 目录 1. 连续性(commaless) l遗传密码的特点 编码蛋白质氨基酸序列
5、的各个三联体密 码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 目录 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)。 2. 简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅 有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4 个或多至6个三联体为其编码。 目录 2. 简并性(degeneracy) 目录 目录 3. 通用性(universal) 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的
6、叶绿体。物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。一祖先。 目录 4. 摆动性(wobble) 转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过 碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结 合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱 基配对规律，称为摆动配对。 U 摆动配对 目录 目录 密码子、反密码子配对的摆动现象 tRNAtRNA反密反密码码子子 第第1 1位碱基位碱基 I I U U G G A A C C mRNAmRNA密密码码子子 第第3 3位碱基位碱基 U, C, AU, C, AA, GA, GU, CU, C U U G G 二、核
7、蛋白体是多肽链合成的装置 目录 目录 原核生物原核生物真核生物真核生物 核蛋核蛋 白体白体 小小亚亚基基大大亚亚基基 核蛋核蛋 白体白体 小小亚亚基基大大亚亚基基 S S 70S70S30S30S50S50S80S80S40S40S60S60S rRNArRNA 16S-16S- rRNArRNA 5S-rRNA5S-rRNA 23S-rRNA23S-rRNA 18S-18S- rRNArRNA 28S-rRNA28S-rRNA 5S-rRNA5S-rRNA 5.8S-rRNA5.8S-rRNA 蛋白蛋白 质质 rpSrpS 21 21种种rpLrpL 36 36种种rpSrpS 33 33种
8、种rpLrpL 49 49种种 不同细胞核蛋白体的组成 核 蛋 白 体 的 组 成 目录 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式: A位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位 (peptidyl site) E位：排出位 (exit site) 目录 目录 三、tRNA与氨基酸的活化 反密码环 氨基酸臂 目录 tRNA的三级结构示意图 目录 氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNA ATP AMPPPi 氨基酰-tRNA合成酶 （一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase) l 氨基酸的活化 第一步反应 氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E
9、 AMP PPi 目录 第二步反应 氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E 目录 目录 tRNA与酶 结合的模型 tRNA 氨基酰-tRNA合成酶 ATP 目录 n n 氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNAtRNA都有都有 高度特异性。高度特异性。 n n 氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading (proofreading activity) activity) 。 n n 氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA的表示方法：的表示方法： Ala-Ala-tRNAtRNAAla
10、 Ala Ser-Ser-tRNAtRNASer Ser Met-Met-tRNAtRNAMet Met 目录 真核生物真核生物： Met-Met-tRNAtRNA i i MetMet 原核生物原核生物： fMet-tRNAfMet-tRNA i i f f MetMet （二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 目录 蛋白质生物合成过程 The Process of Protein Biosynthesis 第 二 节 目录 n n 翻译的起始翻译的起始(initiation)(initiation) n n 翻译的延长翻译的延长(elongation)(elongation) n n 翻译的
11、终止翻译的终止(termination )(termination ) 整个翻译过程可分为 ： 翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按 mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直 至终止密码出现。 目录 一、肽链合成起始 指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰- -tRNAtRNA分别与分别与 核蛋白体结合而形成核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)(translational initiation complex)。 目录 原核、真核生物各种起始因子的生物功能 目录 （一）原核生物翻译起始复合物形成 n n 核
12、蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离； n n mRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合； n n 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNAtRNA的结合；的结合； n n 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。 IF-3 IF-1 1. 核蛋白体大小亚基分离 目录 A U G53 IF-3 IF-1 2. mRNA在小亚基定位结合 目录 目录 S-D序列 IF-3 IF-1 IF-2 GTP 3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基 A U G53 目录 IF-3 IF-1 IF-2 GTP GDPPi 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成 A
13、U G53 目录 IF-3 IF-1 A U G 53 IF-2 GTPIF-2-GTP GDP Pi 目录 目录 （二）真核生物翻译起始复合物形成 n n 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离； n n 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNAtRNA结合；结合； n n mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位； n n 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。 metmet 40S40S 60S60S MeMet t MetMet 40S40S 60S60S mRNA eIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、 eIF-6 elF-3elF-3 GDP+Pi 各种
14、各种elFelF释放释放 elF-5 ATP ADP+Pi elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 真核生物翻译起始 复合物形成过程 目录 目录 二、肽链合成延长 指根据指根据mRNAmRNA密码序列的指导，次序添加密码序列的指导，次序添加 氨基酸从氨基酸从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止 的过程。的过程。 n n 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又 称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)(ribosomal
15、 cycle)，每次循环，每次循环 增加一个氨基酸，包括以下三步：增加一个氨基酸，包括以下三步： n n 进位进位(entrance)(entrance) n n 成肽成肽(peptide bond formation)(peptide bond formation) n n 转位转位(translocation)(translocation) 目录 n n 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子( (elongation elongation factor, EF)factor, EF) 原核生物：原核生物：EF-T (EF-EF-T (EF-TuTu, EF-Ts), EF-Ts) EF-GEF-G 真核生物：真核生物：EF-1 EF-1 、EF-2 EF-2 目录 原核延原核延长长 因子因子 生物功能生物功能 对应对应 真核延真核延 长长因子因子 EF-EF-TuTu 促促进进氨基氨基酰酰- -tRNAtRNA进进入入A A位，位， 结结合分解合分解GTPGTP EF-1-EF-1- EF-TsEF-Ts调节亚调节亚 基基EF-1-EF-1- EFGEFG 有有转转位位酶酶活性，促活性，促进进mRNA-mRNA- 肽酰肽酰 - -tRNAtRNA由由A A位前移
