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1、蛋白质的生物合成 翻 译 蛋白质的生物合成 蛋白质生物合成 是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息 变 成蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序的过程 翻译 遗传信息 碱基排列顺序 英文 由mRNA携带到蛋 白质多肽链上体现为氨基酸残基排列顺序 中文 的过程 类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似 所以称为翻 译 特 点 翻译过程十分复杂 参与因素多 合成步骤繁 第一节 蛋白质合成体系 三 三 tRNAtRNA 四 核糖体 一 20种氨基酸 五 酶和辅助因子及无机 离子 以ATP GTP 合成方向 N C端 二 mRNA和遗传密码 翻译模板mRNA及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多
2、肽的遗传单位称为顺反 子 cistron 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的 蛋白质 这种mRNA被称为多顺反子 poly cistron 真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链 这种mRNA被称为单顺反子 single cistron mRNA messenger RNA 是蛋白质生物合成过程中 直接指令氨基酸掺入的模板 是遗传信息的 载体 蛋白质 DNA mRNA 原核细胞mRNA的结构特点 53 顺反子顺反子顺反子 插入顺序插入顺序 先导区 末端顺序 AGGAGGU SD区 一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质 真核细胞mRNA的结构特点 5 帽子 PolyA 3 顺反
3、子 m7G 5ppp N 3 p AAAAAAA OH 一条mRNA链只能为一种蛋白质编码 原核生物和真核生物mRNA的比较 一 密码子 codon mRNA自5 3 方向 每三个碱基形成一个三联体 即一个遗传密码 体现一个氨基酸信息 密码子的数量 43 64 密码子的发现 1965年 Nirenberg用 poly u加入C14标记的20种aa 仅有苯丙氨酸 的寡肽 UUU 苯丙氨酸 最后用核苷酸的共聚 物破译了全部密码 编出遗传密码表 遗 传 密 码 遗 传 密 码 表 密码子的特点密码子的特点 1 连续性 两个密码子之间无任何核苷酸加以 隔开和重叠 如插入 删除碱基 可发生移码 突变或框
4、移 5 UACGGACAUCUG 3 5 UACCGGACAUCUG 3 酪甘组蛋 酪精苏半胱 5 UACGACAUCUG 3 酪天异亮 插入 缺失 密码子的特点密码子的特点 2 简并性 除Met Trp外 其余氨基酸均由2个以 上密码子编码 其中 UAG UAA UGA是终止密码子 AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸 但细菌例外 在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸 3 通用性 所有的生物使用同一套密码子 仅有少 数例外 例如 线粒体起始密码子为AUG AUU 终止 密码为AGA AGC 色氨酸为UGA等 密码子的特点密码子的特点 四 摆动性 一种氨基酸可有多个密码子 反密码子与mRNA的第三
5、个核苷酸配对时 不 严格遵从碱基配对原则 可出现U G I C I A 此种 配对为不稳定配对 又称摇摆性 一般前两个碱基 决定其专一性 第三位碱基可有变异 tRNA反密码环 5 3 UGU Thr ACG 5 3 mRNA tRNAtRNA transfer ribonucleic asid tRNAtRNA 在蛋白质合成中处于关键地位 它不 但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合 体 还为准确无误地将所需氨基酸运送到核 糖体上提供运送载体 tRNA的三级结构示意图 tRNA与氨基酸的活化 反密码环 氨基酸臂氨基酸臂 A C C 1 2 3 tRNA 1 结合氨基酸 氨基酸各有其特异的tRN
6、A携带 一种氨基酸有几种tRNA携带 结合需要ATP 供能 氨基酸结合在tRNA3 CCA的位置 2 反密码子 每种tRNA的反密码子 决定了所 带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座 同功受体tRNA 携带相同氨基酸而反密码 子不同的一组tRNA tRNAtRNA 3 起始密码子 AUG表示甲硫氨酸 又是起始 密码 真核生物甲硫氨酸 tRNAmet 原核为甲酰化的甲硫氨酸 用 tRNAfmet表示 tRNAfmet的甲酰基由N10 甲酰四 氢叶酸提供 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
7、是在这种核糖体上进行的 组成 大小亚基 原核 30s 50s 70s 真核 40s 60s 80s 核 蛋 白 体 的 组 成 原核生物核糖体的组成 核糖体 分类 一类附着于粗面内质网参与分泌 蛋白的合成 另一类游离于胞质 参与细胞 固有蛋白质的合成 功能 核糖体相当于装配机 大亚基有转 肽酶活性 促进氨基酸合成肽 原核细胞70S核糖体的 A位 P位及mRNA结合部位示意图 30S 与mRNA结合部位 肽位 结 合或接受 肽基的部 位 受位 氨基酰 位 结合或接 受AA tRNA的 部位 50S 5 5 3 3 mRNA PA T 转肽酶 多核蛋白体 5 3 一mRNA上可同时结合 多个核蛋白
8、体进行蛋 白质多肽链合成 五 辅助因子 在蛋白质合成体系中 还有溶解在胞质中的蛋 白质 在蛋白质合成的不同阶段起作用 分别有 起始因子 IF 原核生物中有IF1 IF2 IF3 延长因子 EF 原核生物中有EF Tu EF Ts EF G 终止因子 RF 原核生物中有RF1 RF2 RF3 蛋白质因子蛋白质因子 参与翻译的蛋白质因子 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
9、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 终止 RF 1 eRF 释放完整的肽链 RF 2 因子前加 e 表示真核生物 eukaryotic 五 辅助因子 ATP GTP Mg2 其它因子其它因子 第二节 蛋白质的合成过程 以原核为例 一 氨基酸的活化与转运 二 翻译起始 三 肽链的延长 四 肽链合成终止 一 氨基酸的活化与转运 氨基酸活化 活化氨基酸的搬运 活化 氨基酸与核蛋白体结合 1 参与活化转运的酶 氨基酰 tRNA合成酶 特异性强 催化 特定的氨基酸与特异的tRNA
10、结合 每种氨基 酸有特异的合成酶催化 此种特异性保证了 遗传信息准确翻译 氨基酰tRNA的生成 氨基酸的活化 氨基酰tRNA 合成酶 ATP PPi H2N CH C OH R O H2N CH C AMP E R O H2N CH C O ACC tRNA R O 氨基酰tRNA 合成酶 tRNA 氨基酰tRNA 2 催化过程 氨基酸 ATP tRNA 氨基酰 tRNA AMP ppi 氨基酰tRNA的表示方法 丙氨基酰tRNA ala tRNAala 精氨基酰tRNA arg tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA met tRNAmet 氨基酰 tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA 都有高度
11、特异性 氨基酸 相应的一组同 功受体tRNA 氨基酰 tRNA合成酶具有校正活性 proofreading activity 起始密码子AUG编码的met由tRNAmet 真核 或tRNAfmet 原核 转运 真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化 大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化 原核生物中的fMet tRNA的合成 Met ATP tRNA Met tRNA AMP PPi 甲硫氨 蛋氨 酰tRNA合成酶 一 氨基酸的活化 原核生物中的fMet tRNA的合成 Met tRNA在转甲酰酶的作用下 在其Met 的 NH2上甲酰化 fMet tRNA 一 氨基酸的活化 二 翻译起始 原
12、核 30S亚基 mRNA IF3 IF1复合物 30S mRNA GTP fMet tRNA IF2 IF1复合物 70S起始复合物 mRNA 30S亚基 IF3 IF2 GTP fMet tRNA IF3 50S亚基 IF2 IF1 GDP Pi IF1 mRNA中的SD序 列与30s的互补序列 结合 mRNA与30s形成复 合物 IF1 IF3参与 复合物的形成 核蛋白体上含给位p与受位A AUG信号与给位相对应结合 同时fmet tRNA的反密码子 CAU与mRNA的AUG互补结合 50s的结合 50s 与30s复合物形成 70s启动前复合体 同时伴有GTP水 解 IF1 IF2脱落 形
13、成了启动复合 体 fmet tRNA的结合 与以上过程同 时发生 fmet tRNA辨认并与mRNA 模板中的AUG结合 反应需 IF2 GTP Mg2 参与 而IF3脱落 70S启始复合物由大 小亚基 mRNA fmet tRNAfmet构成 三 肽链的延长 延长即核蛋白体自mRNA 5 端向3 端推进 反应需延长因子 elongation facters EF EFTu GTP和无机离子参与 狭义的核蛋白体循环 进位 成肽转位 Tu GDP GDP Ts Tu Ts Tu GTP GTP Pi Tu GTP 氨基酰 tRNA进入A位 pA AUG AUG Tu GTP 三 肽链的延长步骤
14、1 进位 aa进 入受位 反应 需GTP Mg2 EF Tu EF Ts Mg2 K 转肽酶 CH2CH2 CH O C O CH R NH2 O O C H2N CH3 S AUG UAC 给 受 O C O R CH NH OH C O H3CSCH2CH2 CH NH2 AUG UAC 给受 2 成肽 转肽与脱落 50s大亚基上的给位有 肽酰转移酶活性 催化给位的甲酰蛋氨酸与受位 新进的aa结合形成肽键 同时给位上的tRNA脱落 3 转位 移位 反应需EFG GTP Mg2 参与 核蛋白体向mRNA 3 端移动一个密码 子的距离 受位进入一个新密码子 带肽键的tRNA 由受位移至给位 肽
15、键每增加一个氨基酸就按 进位 成肽 转位 这三步不断重复 直到肽链增长到必要的长 度 OH EFG GTP AUG A 2 1 5 3 OH2 1 AUG 5 3 AUG 2 1 3 AUG 3 1 2 AUG 2 1 3 进位 成肽 转位 成肽 N C延长 转位酶 转位 移位 四 肽链合成终止 需终止因子RF和IF3参与 终止信号出现 释放因子 release factor RF 与其结合 RF有三种RF1 RF2 RF3 1 终止密码子的辨认 RF 1 或RF 2 UAA O C O R CH A UAA O C O R CH UAA RF RF1和 RF2识别 终止密码 进 入A位 H
16、OH 转肽酶 2 肽链的水解和脱落 OH RF C O R CH O RF R CH C OH O RF 3 RF3使转肽酶变 为水解作用 使P位上肽键 与tRNA之间的 酯键被水解分 离 肽链自核 蛋白体释出 3 tRNA RF mRNA的释放 核蛋白体 大小亚基的解聚 OH RF GTP RF OH RF IF 3 IF 1 在RF作用下 tRNA 核蛋白 体自mRNA上脱落 在IF1作用 下 核蛋白体分解为大 小 亚基重新进入核蛋白体循环 fMet AUG 1 起始 2 肽链延长 3 终止 广义的核蛋白体循环 小 结 1 合成方向 对mRNA的移动是自5 3 肽链合成 方向自N端 C端 2 能量计算 活化与启动消耗2个高能键 生成一 个肽键时需2个GTP 生成一个肽键的整个过程需4个高 能键 3 核蛋白体循环 在细胞内的翻译是以多个核蛋白 体聚在一起的形式 一条mRNA上可同时合成多条同样 的多肽 合成速度40aa S 真核与原核蛋白质合成的异同 真核 原核 核蛋白体 80S 70S 含蛋白数量 多于80 少于60 小亚基结构 无嘧啶区和互补区 含嘧啶区与互补 tRNA tRNA
