《第五章 蛋白质的生物合成 — 翻译课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 蛋白质的生物合成 — 翻译课件（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译翻译主要内容主要内容第一节第一节蛋白质合成体系的组成蛋白质合成体系的组成第三节第三节氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰第二节第二节蛋白质生物合成的机理蛋白质生物合成的机理第四节第四节蛋白质的运输和降解蛋白质的运输和降解第一节第一节蛋白质合成体系的组成蛋白质合成体系的组成一一.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过序列是遗传信
2、息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成自主复制得到永存，并通过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的，翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。过程控制所有生命现象。n编码链（编码链（codingstrand）又称）又称sensestrand，是指与，是指与mRNA序列序列相同的那条链。非编码链（相同的那条链。非编码链（anticodingstrand），又称），又称antisensestrand，是指那条根据碱基互补原则指导，是指那条根据碱基互补原则指导mRNA生物合成的生物合成的DNA链。链。nGeneticinformationisperpetuatedbyreplication（复
3、制）（复制）inwhichadouble-strandednucleicacidisduplicatedtogiveidenticalcopies.n基因表达包括转录（基因表达包括转录（transcription）和翻译（）和翻译（translation）两个阶段。）两个阶段。转录是指拷贝出一条与转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了链序列完全相同（除了TU之外）的之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生的单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生的mRNA为模板，为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，把核苷酸三联子遗传密码
4、翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。是基因表达的最终目的。n只有只有mRNA所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用们一般用U、C、A、G这这4种核苷酸而不是种核苷酸而不是T、C、A、G的组合来表示的组合来表示遗传性状。所谓翻译是指将遗传性状。所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。过程。二二.遗传密码遗传密码三联子三联子nmR
5、NA上每上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一个密码，也叫三联子密码。翻译时从起始密码个核苷酸就称为一个密码，也叫三联子密码。翻译时从起始密码子子AUG开始，沿开始，沿mRNA53的方向连续阅读直到终止密码子，的方向连续阅读直到终止密码子，生成一条具有特定序列的多肽链。生成一条具有特定序列的多肽链。nmRNA中只有中只有4种核苷酸，而蛋白质中有种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸，若以一种种氨基酸，若以一种核苷酸代表一种氨基酸，只能代表核苷酸代表一种氨基酸，只能代表4种种(41=4)。若以两种核苷酸。若以两种核苷酸作为一个
6、密码（二联子），能代表作为一个密码（二联子），能代表42=16种氨基酸。而假定以种氨基酸。而假定以3个个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43=64种密码，满足了编码种密码，满足了编码20种氨基酸的需要。种氨基酸的需要。50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果：年代破译遗传密码方面的三项重要成果：（1 1）Paul Paul ZamecnikZamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行蔗糖梯
7、度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质带有放射性标记的蛋白质;如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含有核糖体颗粒的细胞质成份中。含有核糖体颗粒的细胞质成份中。n2 2）Francis CrickFrancis Crick等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含在由在由AUGCAUGC四个字母组
8、成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由2020种不同种不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。实验实验1:1:用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4T4噬菌体噬菌体rIIrII位点位点上的两个基因，使之发生移码突变（上的两个基因，使之发生移码突变（frame-shiftframe-shift），就生成完全不同），就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。的、没有功能的蛋白质。实验实验2:2:研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由研究烟草坏死卫星病毒发现，其
9、外壳蛋白亚基由400400个氨基酸组个氨基酸组成，相应的成，相应的RNARNA片段长片段长12001200个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。n实验实验3:3:以均聚物为模板指导多肽的合成。以均聚物为模板指导多肽的合成。在含有在含有tRNAtRNA、核糖体、核糖体、AA-AA-tRNAtRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNAmRNA或人工合成的均或人工合成的均聚物作为模板以及聚物作为模板以及ATPATP、GTPGTP、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨
10、基酸顺序由外加的模板来决定。肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。19611961年，年，NirenbergNirenberg等以等以polypoly（U U）作模板时发现合成了多聚苯）作模板时发现合成了多聚苯丙氨酸，从而推出丙氨酸，从而推出UUUUUU代表苯丙氨酸（代表苯丙氨酸（PhePhe）。以）。以polypoly（C C）及）及polypoly（A A）做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。n实验实验4:4:以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由作模板可合成由2 2个
11、氨基酸组成的多肽，个氨基酸组成的多肽，55UGU GUG UGU GUG UGU GUGUGU GUG UGU GUG UGU GUG3,3,不管读码从不管读码从U U开始还是从开始还是从G G开始，都开始，都只能有只能有UGUUGU（CysCys）及）及GUGGUG（ValVal）两种密码子。）两种密码子。n实验实验5:5:以共聚三核苷酸作为模板可得到有以共聚三核苷酸作为模板可得到有3 3种氨基酸组成的多肽。如以种氨基酸组成的多肽。如以多聚（多聚（UUCUUC）为模板，可能有）为模板，可能有3 3种起读方式：种起读方式：5 5UUC UUC UUCUUC UUCUUC UUCUUC UUCU
12、UC3 3或或 5 5UCU UCU UCUUCU UCUUCU UCUUCU UCUUCU3 3或或 5 5CUU CUU CUUCUU CUUCUU CUUCUU CUUCUU3 3分别产生分别产生UUCUUC（PhePhe）、）、UCUUCU（SerSer）或或CUUCUU（LeuLeu）.多聚三核苷酸为模板时也可能只合成多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2 2种多肽：种多肽：5 5GUA GUA GUAGUA GUAGUA GUAGUA GUAGUA3 3或或5 5UAG UAG UAGUAG UAGUAG UAGUAG UAGUAG3 3或或5 5AGU AGU AGUAGU AGUA
13、GU AGUAGU AGUAGU3 3由第二种读码方式产生的密码子由第二种读码方式产生的密码子UAGUAG是终止密码，不是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生编码任何氨基酸，因此，只产生GUAGUA（ValVal）或）或AGUAGU（SerSer）。）。n实验实验6:6:以随机多聚物指导多肽合成。以随机多聚物指导多肽合成。NirenbergNirenberg等及等及OchoaOchoa等又用各种等又用各种随机的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含随机的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含A A、C C的多聚核苷酸作模板，的多聚核苷酸作模板，任意排列时可出现任意排列时可出现8 8种三联子，即种三
14、联子，即CCCCCC、CCACCA、CACCAC、ACCACC、CAACAA、ACAACA、AACAAC、AAAAAA，获得由，获得由AsnAsn、HisHis、ProPro、GlnGln、ThrThr、LysLys等等6 6种氨基酸组成的多肽。种氨基酸组成的多肽。n（3 3）氨基酸的）氨基酸的“活化活化”与核糖体结合技术。与核糖体结合技术。如果把氨基酸与如果把氨基酸与ATPATP和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性定在某些热稳定且可溶性RNARNA分子（分子（transfer RNAtransfer RNA，tRNAtRNA）上。现将氨）
15、上。现将氨基酸活化后的产物称为氨基酰基酸活化后的产物称为氨基酰-tRNAtRNA（aminoacyl-tRNAaminoacyl-tRNA），并把催化该），并把催化该过程的酶称为氨基酰合成酶（过程的酶称为氨基酰合成酶（aminoacyl-tRNAaminoacyl-tRNA SynthetaseSynthetase）。）。n 以人工合成的三核苷酸如以人工合成的三核苷酸如UUUUUU、UCUUCU、UGUUGU等为模板，在含核糖体、等为模板，在含核糖体、AA-AA-tRNAtRNA的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的AA-AA-tRNAtR
16、NA因因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的AA-AA-tRNAtRNA则留则留在滤膜上，这样可把已结合与未结合的在滤膜上，这样可把已结合与未结合的AA-AA-tRNAtRNA分开。分开。当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与特当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与特异性氨基酰异性氨基酰-tRNAtRNA相结合。如果把核糖体与相结合。如果把核糖体与polypoly（U U）和）和Phe-tRNAPhePhe-tRNAPhe共温育，核糖体就能同时与共温育，核糖体就能同时与polypoly（U U）和）和Phe-tRNAPhePhe-tRNAPhe相结合。相结合。4 4种核苷酸组成种核苷酸组成6161个编码氨基酸的密码子和个编码氨基酸的密码子和3 3个终止密码子，它们个终止密码子，它们不能与不能与tRNAtRNA的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止肽的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并链的合成。由一
