从mRNA到蛋白质精品课件

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1、生物信息的传递（下） 从mRNA到蛋白质,翻译(translation): 即蛋白质生物合成，是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。,蛋白质合成的场所是 蛋白质合成的模板是 模板与氨基酸之间的接合体是 蛋白质合成的原料是,核糖体,mRNA,tRNA,20种氨基酸,主要内容,第一节 蛋白质生物合成体系 第二节 蛋白质生物合成过程 第三节 蛋白质合成后加工和运转机制,第 一 节 蛋白质合成体系,1. 遗传密码三联子 2. tRNA 3. 核糖体,1. 遗传密码三联子,（一）定义,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，

2、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(termination coden): UAA，UAG，UGA,遗传密码表,（二）遗传密码的性质,1）简并性,2）普遍性与特殊性,3）连续性,4）摆动性,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,2）普遍性与特殊性,蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 已

3、发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。,线粒体与核DNA密码子使用情况的比较,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。,3）连续性,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)。,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

4、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。,4）摆动性,U,摆动配对,密码子、反密码子配对的摆动现象,酵母tRNA的一级结构与二级结构,2、tRNA,二级结构： “三叶草形”,氨基酸臂,与密码子配对,连接氨基酸,三级结构： 倒“L形”,3. 核糖体,核糖体是蛋白质的合成部位，不同细胞核糖体的组成：,在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。 mRNA结合部位小亚基 结合或接受AA-tRNA部位（A位）大亚基 结合或接受肽基tRNA的部位大亚基 肽基转移部位（P位）大亚基 形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基,原核生物

5、翻译过程中核糖体结构模式:,A位：氨基酰位 (aminoacyl site),P位：肽酰位 (peptidyl site),E位：排出位 (exit site),第二节 蛋白质生物合成过程,蛋白质生物合成过程,氨基酸活化 肽链的起始、伸长、终止 新合成多肽链的折叠和加工,氨基酸的活化,必需组分： 20种氨基酸 20种或更多的tRNA 20种氨酰-tRNA合成酶 ATP, Mg2+,（1）氨基酰-tRNA合成酶,氨基酸的活化,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

6、法： Ser-tRNASer Met-tRNAMet,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-tRNAfMet 甲硫氨酸 Met-tRNAMet,（2）起始肽链合成的氨基酰-tRNA,第一步反应,氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E AMP PPi,第二步反应,氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E,tRNA与酶结合的模型,tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,ATP,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 。,肽链的起始、伸长、终止,1）肽链的起始,肽链起

7、始必需组分： mRNA N-甲酰甲硫氨酸-tRNA mRNA 上的起始密码子（AUG） 核糖体大、小亚基 GTP, Mg2+ 起始因子（IF-1,IF-2,IF-3等）,IF-3,IF-1,翻译起始(原核生物) 为例又可被分成4步： （P122） （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,IF-3,IF-1,S-D序列：mRNA 起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可与核糖体小亚基16S-rRNA上富含嘧啶序列相结合。,IF-3,IF-1,（3）在IF-2 和 GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRN

8、A上的起始密码子配对。,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,（4） GTP水解，释放翻译起始因子，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。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,真核生物翻译起始的特点, 核糖体较大,为80； 起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet 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-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真

9、核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物（P124）。,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（进位）、 肽键的生成（成肽）和 移位（转位）。,2）肽链的延伸,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF

10、-1 、EF-2,肽链合成的延长因子,（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-TuGTP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

11、动 。,fMet,fMet,3）肽链的终止,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,真核生物只有一个终止因子（eRF）,终止相关的蛋白因子称为终止因子或释放因子(release factor, RF),原核肽链合成终止过程,RF,多聚核蛋白体(polysome),使蛋白质合成高速、高效进行。,电镜下的多聚核蛋白体现象,蛋白质合成后加工和运转机制,第 三 节,主要包括,一、蛋白质前体的加工 二、蛋白质合成抑制剂 三、蛋白质运输,一）蛋白质前体的加工,1、N端fMet或Met的切除 2、二硫键的形成 3、特定氨基

12、酸的修饰 4、切除新生肽链中非功能片段,1）N端fMet或Met的切除,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 mRNA中没有胱氨酸的密码子，蛋白质中的二硫键是通过两个半胱氨酸的-SH基氧化生成的,3）特定氨基酸的修饰 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化,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,二）蛋白质合成抑制剂,三）蛋白质运转,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），长度一般在1336个残基之间。,信号序列特点：,（1）一般带有10-15个疏水

13、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）。, 信号肽假说内容：,信号肽假说认为，编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N 末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。,新生蛋白质通过同步转运途径进入

14、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, 在运转前大多以前体形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽组成，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶水解，释放成熟蛋白质； 蛋白质通过线粒体内膜的运转是个需能过程； 运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别Hsp70或MSF等分子伴侣结合的待转运多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。 蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差,(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转,特点： 活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内 叶绿体膜能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合 叶绿体蛋白质前体内可降解序列因植物和蛋白质

15、种类不同而表现出明显的差异。,（3）核定位蛋白的运转机制,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,（D）,2tRNA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-CCA-OH 3末端 B3个核

16、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、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,8、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,9、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