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1、关于蛋白质的生物合成翻译(3)第一页，本课件共有36页遗传密码遗传密码u 三联子三联子 mRNA mRNA上每上每3 3个核苷酸翻译成蛋白个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这质多肽链上的一个氨基酸，这3 3个核苷个核苷酸就称为密码，也称三联子密码。酸就称为密码，也称三联子密码。由起始密码子开始，到终止密码由起始密码子开始，到终止密码子结束的核酸序列，称为可译框架子结束的核酸序列，称为可译框架（OFROFR）或开放阅读框。）或开放阅读框。第二页，本课件共有36页遗传密码遗传密码u 遗传密码的破译遗传密码的破译 1955 1955年，年，Gamov G.Gamov G.在在NatureNa
2、ture杂志上首次发表杂志上首次发表了遗传密码的理论研究文章。了遗传密码的理论研究文章。1961 1961年，年，NirenbergNirenberg等用大肠杆菌无细胞体系研究了等用大肠杆菌无细胞体系研究了密码子和氨基酸。密码子和氨基酸。1966 1966年，编写出遗传密码字典。年，编写出遗传密码字典。1961 1961年，年，CrickCrick和和Brenner S.Brenner S.等设计了一个实验等设计了一个实验有力地证实了三联密码的真实性。有力地证实了三联密码的真实性。第三页，本课件共有36页5-磷酸末端的碱基中间的碱基3-OH末端的碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙
3、氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止信号终止信号A亮氨酸丝氨酸终止信号色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸和甲酰甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸G第四页，本课件共有36页tRNA tRNA tRNA是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸，在蛋白质合成中处于关键地位
4、，它不但为每核糖核酸，在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体。误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体。所有所有tRNAtRNA都具有共同的特征：存在经过特殊修饰的都具有共同的特征：存在经过特殊修饰的碱基，碱基，tRNAtRNA的的33端都以端都以CCA-OHCCA-OH结束，该位点是结束，该位点是tRNAtRNA与与相应氨基酸结合的位点相应氨基酸结合的位点 。第五页，本课件共有36页遗传密码遗传密码u 遗传密码的基本特性遗传密码的基本特性 l 密码的
5、连续性密码的连续性l 密码的简并性密码的简并性 l 密码的变偶性密码的变偶性 l 密码的通用性和变异性密码的通用性和变异性 l 起始密码与终止密码起始密码与终止密码 l 氨基酸特性与遗传密码的关系氨基酸特性与遗传密码的关系 第六页，本课件共有36页tRNAu 结构结构（三叶草形二级结构）（三叶草形二级结构）受体臂受体臂 主要由链两端序列碱基配对形成的杆状结构和主要由链两端序列碱基配对形成的杆状结构和33端未配对的端未配对的3-43-4个碱基所组成，个碱基所组成，33端的最后端的最后3 3个碱个碱序列永远是序列永远是CCACCA。T TC C臂臂 （含假尿嘧啶）（含假尿嘧啶）反密码子臂反密码子臂
6、 D D臂臂 （含二氢尿嘧啶）（含二氢尿嘧啶）第七页，本课件共有36页tRNAu 结构结构（L L形三级结构）形三级结构）tRNA tRNA的三级结构主要由在二级结的三级结构主要由在二级结构中未配对碱基间形成三级氢键，而构中未配对碱基间形成三级氢键，而引发分子重排，从而形成新的双螺旋引发分子重排，从而形成新的双螺旋结构。受体臂和结构。受体臂和T TC C臂的杆状区域构臂的杆状区域构成了第一个双螺旋，成了第一个双螺旋，D D臂和反密码臂和反密码子臂的杆状，区域形成了第二个子臂的杆状，区域形成了第二个双螺旋，两个双螺旋上各有一个双螺旋，两个双螺旋上各有一个缺口。缺口。第八页，本课件共有36页tRN
7、Au 功能功能 翻译成氨基酸的遗传信息以三联密码子的形式存在于翻译成氨基酸的遗传信息以三联密码子的形式存在于mRNAmRNA分子上，在合成蛋白质时依赖于分子上，在合成蛋白质时依赖于tRNAtRNA的解码机制。的解码机制。生物机体内的生物机体内的2020种氨基酸都各有其特定的种氨基酸都各有其特定的tRNAtRNA，而且一种氨，而且一种氨基酸常有数种基酸常有数种tRNAtRNA，在，在ATPATP和酶的存在下，通过氨酰和酶的存在下，通过氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶活化，消耗两分子高能磷酸键，进而与特定的活化，消耗两分子高能磷酸键，进而与特定的tRNAtRNA结合，生成有结合，生成有活性的氨酰活
8、性的氨酰-tRNA-tRNA，被带往，被带往mRNA-mRNA-核糖体复合物中，插入多肽链核糖体复合物中，插入多肽链的适当位置。的适当位置。第九页，本课件共有36页tRNAu 种类种类 起始起始tRNAtRNA和延伸和延伸tRNA tRNA 能特异识别能特异识别mRNAmRNA模板上起始密码子的模板上起始密码子的tRNAtRNA，称起始，称起始tRNA(tRNA(tRNAiMet和和tRNAifMet)，其它，其它tRNAtRNA统称为延伸统称为延伸tRNA(tRNA(tRNAMet)。同工同工tRNA tRNA 由于密码子的简并性，生物机体中可能有多个由于密码子的简并性，生物机体中可能有多个
9、tRNAtRNA来识别一种氨基酸的来识别一种氨基酸的多个密码子，我们代表相同氨基酸的几个多个密码子，我们代表相同氨基酸的几个tRNAtRNA称为称为同工同工tRNAtRNA。校正校正tRNA tRNA 在结构基因中，核苷酸的改变可能使代表氨基酸的密码子发生变化，从而在结构基因中，核苷酸的改变可能使代表氨基酸的密码子发生变化，从而使合成的多肽可能失去功能或部分功能。使合成的多肽可能失去功能或部分功能。第十页，本课件共有36页基因突变及校正基因突变及校正 同义突变同义突变 同义突变是基因突变改变了密码子的组成，但由于密码子具有同义突变是基因突变改变了密码子的组成，但由于密码子具有简并性而未改变所编
10、码氨基酸的突变。简并性而未改变所编码氨基酸的突变。错义突变错义突变 错义突变是基因突变改变了所编码氨基酸的种类或位置的突变，错义突变是基因突变改变了所编码氨基酸的种类或位置的突变，能不同程度地影响蛋白质或酶的活性。能不同程度地影响蛋白质或酶的活性。无义突变无义突变 当单个碱基置换导致出现终止密码子（当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA）时，多肽链）时，多肽链将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都失去活性或丧失正常功将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都失去活性或丧失正常功能能。第十一页，本课件共有36页基因突变及校正基因突变及校正 终止密码突变终止
11、密码突变 当当RNARNA分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子，从而形成异常延长的肽链。子，从而形成异常延长的肽链。抑制基因突变抑制基因突变 基因内部不同位置上的碱基发生了两次突变，其中一次抑制另一次突变基因内部不同位置上的碱基发生了两次突变，其中一次抑制另一次突变的遗传效应的遗传效应，后一基因称为前一基因的抑制基因。后一基因称为前一基因的抑制基因。移码突变与整码突变移码突变与整码突变 移码突变是指移码突变是指DNADNA链上插入或丢失链上插入或丢失1 1个或个或2 2个甚至多个碱基（但个甚至多个碱基（但不是三联密码子及其倍数），在
12、读码时，导致原来的密码子移位。不是三联密码子及其倍数），在读码时，导致原来的密码子移位。第十二页，本课件共有36页核糖体核糖体u 结构结构 大小亚基大小亚基 真核生物核糖体为真核生物核糖体为80S80S，分为，分为40S40S小亚基和小亚基和60S60S大亚基，原核生大亚基，原核生物核糖体为物核糖体为70S70S，分为，分为30S30S小亚基和小亚基和50S50S大亚基。大亚基。核糖体蛋白核糖体蛋白 核糖体核糖体RNARNA 核糖体上有多个活性中心，每个中心都由一组特殊的核糖体核糖体上有多个活性中心，每个中心都由一组特殊的核糖体蛋白质构成。蛋白质构成。原核生物包括原核生物包括5S5S、16S1
13、6S和和23S rRNA23S rRNA，真核生物包括，真核生物包括5S5S、5.8S5.8S、18S18S和和28S 28S rRNArRNA。第十三页，本课件共有36页核糖体核糖体u 结构结构 核糖体上有核糖体上有3 3个个tRNAtRNA结合结合位点，分别称为位点，分别称为P P位（肽酰基位（肽酰基位，是肽酰位，是肽酰-tRNA-tRNA的结合位的结合位点）、点）、A A位（氨酰基位，是氨位（氨酰基位，是氨酰酰-tRNA-tRNA的结合位点）和的结合位点）和E E位位（空载（空载tRNAtRNA的脱出位点）。的脱出位点）。具有具有3 3个个tRNAtRNA结合位点结合位点 第十四页，本课
14、件共有36页核糖体核糖体u 功能功能 核糖体小亚基负责模板核糖体小亚基负责模板mRNAmRNA进行序列特异性识别。大亚基负责携带进行序列特异性识别。大亚基负责携带氨基酸及氨基酸及tRNAtRNA的功能。在真核细胞中还发现了多聚核糖体。的功能。在真核细胞中还发现了多聚核糖体。核糖体包括多个活性核糖体包括多个活性中心即中心即mRNAmRNA结合部位、结合部位、A A位、位、P P位、肽基转移部位及形位、肽基转移部位及形成肽键的部位，还有各种成肽键的部位，还有各种延伸因子的结合位点。延伸因子的结合位点。第十五页，本课件共有36页翻译过程翻译过程u 氨基酸的活化氨基酸的活化 tRNA tRNA与相应氨
15、基酸与相应氨基酸的结合是蛋白质合成的的结合是蛋白质合成的关键，因为只有与关键，因为只有与tRNAtRNA相结合的氨基酸才能被相结合的氨基酸才能被准确地运送到核糖体参准确地运送到核糖体参与多肽链的合成。与多肽链的合成。第十六页，本课件共有36页氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与合成酶是一类催化氨基酸与tRNAtRNA结合的特异结合的特异性酶。它既能识别性酶。它既能识别tRNAtRNA，又能识别氨基酸，对两者都有高度的专，又能识别氨基酸，对两者都有高度的专一性。一性。由于氨酰由于氨酰-tRNA-tRNA合成酶对合成酶对tRNAtRNA的识别在蛋白质
16、的正确合成中的的识别在蛋白质的正确合成中的重要性，因此，已有学者将氨酰重要性，因此，已有学者将氨酰-tRNA-tRNA合成酶和与其对应的合成酶和与其对应的tRNAtRNA分子称为分子称为“第二遗传密码第二遗传密码”。第十七页，本课件共有36页氨氨酰酰t tR RN NA A合合成成酶酶错错误误氨氨基基酸酸的的校校正正第十八页，本课件共有36页翻译起始翻译起始u 原核生物的翻译起始原核生物的翻译起始 细菌中翻译的起始需要如下成分：细菌中翻译的起始需要如下成分：30S30S小亚基、小亚基、fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet、模板、模板mRNAmRNA、IF-1IF-1、IF-2I
17、F-2、IF-3IF-3、GTPGTP、50S50S大亚基、大亚基、MgMg2+2+。30S 30S亚基通过其亚基通过其16S Rrna 316S Rrna 3端富含嘧啶碱基的序列（端富含嘧啶碱基的序列（5-5-GAUCACCUCCU-3GAUCACCUCCU-3）与）与mRNA 5mRNA 5端起始密码子上游富含嘌呤碱基的序列端起始密码子上游富含嘌呤碱基的序列（5-AGGAGGU-35-AGGAGGU-3，称为，称为SDSD序列序列）互补配对。一般来说，互补的）互补配对。一般来说，互补的核苷酸越多，核苷酸越多，30S30S亚基与亚基与mRNAmRNA起始位点结合的效率也越高。起始位点结合的效
18、率也越高。第十九页，本课件共有36页翻译的起始翻译的起始 30S 30S起始复合体起始复合体一旦形成，一旦形成，GTPGTP水解，水解，IF-3IF-3也就脱落，也就脱落，50S50S亚基随即与其结合，亚基随即与其结合，IF-1IF-1、IF-2IF-2释放出释放出来。来。70S 70S起始复合体主要由核糖体大、小亚基，起始复合体主要由核糖体大、小亚基，mRNAmRNA与甲酰甲硫与甲酰甲硫氨酰氨酰tRNAtRNAi iMetMet共同构成。共同构成。第二十页，本课件共有36页翻译的起始翻译的起始 真核生物翻译的起始真核生物翻译的起始 目前已知真核细胞蛋白质翻译起始有两种方式：目前已知真核细胞蛋
19、白质翻译起始有两种方式：依赖帽子结构的翻译起始和内部翻译起始。依赖帽子结构的翻译起始和内部翻译起始。真核细胞的核糖体主要由真核细胞的核糖体主要由40S40S小亚基和小亚基和60S60S大亚基构大亚基构成。成。40S40S核糖体亚基通过对核糖体亚基通过对mRNA mRNA 序列结构的识别首先与序列结构的识别首先与mRNA mRNA 结合，在到达正确的翻译起始密码子后与结合，在到达正确的翻译起始密码子后与60S60S核糖体亚基一起形成有活性的核糖体亚基一起形成有活性的80S80S核糖体复合物，起始核糖体复合物，起始蛋白质的翻译。蛋白质的翻译。第二十一页，本课件共有36页真核生物翻译的起始机制真核生
20、物翻译的起始机制 核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA滑动识别翻译起始位点的扫描机制滑动识别翻译起始位点的扫描机制 核糖体小亚基核糖体小亚基18S rRNA18S rRNA的的33端序列先与端序列先与mRNAmRNA的的5-5-末端帽子结构通过碱基配对相互作用并并之相结合，末端帽子结构通过碱基配对相互作用并并之相结合，随后开始向随后开始向33端移动到达翻译起始密码子，通过端移动到达翻译起始密码子，通过60S60S核糖体亚基的整合形成核糖体亚基的整合形成80S80S核糖体，起始蛋白质的翻译。核糖体，起始蛋白质的翻译。第二十二页，本课件共有36页真核生物翻译的起始机制真核生物翻译的起始机制 核糖体对核
21、糖体对mRNAmRNA内部结构的识别机制内部结构的识别机制 某些小某些小RNARNA病病毒毒mRNAmRNA的的55非翻非翻译区中有一个约译区中有一个约450nt450nt的片段与内的片段与内部起始有关，被部起始有关，被称为内部核糖体称为内部核糖体进入位点进入位点(IRES)(IRES)。第二十三页，本课件共有36页肽链的延伸肽链的延伸进位进位 第二十四页，本课件共有36页肽链的延伸肽链的延伸转肽转肽 P P位上的肽酰位上的肽酰-tRNA-tRNA转移到转移到A A位上，与位上，与AA-tRNAAA-tRNA的氨基酸的氨基酸形成肽键。催化这一过程的形成肽键。催化这一过程的酶是存在于核糖体大亚基
22、上酶是存在于核糖体大亚基上的的23S rRNA23S rRNA与酶蛋白，统称与酶蛋白，统称为肽酰基转移酶。为肽酰基转移酶。第二十五页，本课件共有36页肽链的延伸肽链的延伸移位移位 利用利用GTPGTP提供能量，提供能量，核糖体向核糖体向mRNAmRNA的的33端移端移动相当于一个密码子的距动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确离，使下一个密码子准确定位在定位在A A位，带有肽链的位，带有肽链的tRNAtRNA由由A A位移至位移至P P位。位。第二十六页，本课件共有36页翻译的终止翻译的终止 当当mRNAmRNA分子上终止密码子出现在核糖体分子上终止密码子出现在核糖体A A位位时，多肽链
23、的合成即转入终止阶段。时，多肽链的合成即转入终止阶段。核糖体内多肽链的合成终止需要两类蛋白质核糖体内多肽链的合成终止需要两类蛋白质释放因子的参与。释放因子的参与。类释放因子包括原核生物的类释放因子包括原核生物的RF1RF1、RF2RF2和真核生物的和真核生物的eRF1eRF1。类释放因子包括原类释放因子包括原核生物的核生物的RF3RF3和真核生物的和真核生物的eRF3eRF3。第二十七页，本课件共有36页翻译正确的保证翻译正确的保证 l氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA的专一性结合的专一性结合 l携带氨基酸的携带氨基酸的tRNAtRNA对对mRNAmRNA的识别的识别 l起始因子与延伸因子的作用
24、起始因子与延伸因子的作用 l核糖体三位点模型的核糖体三位点模型的E E位与位与A A位的相互影响位的相互影响 l校对作用校对作用 第二十八页，本课件共有36页翻译后的加工翻译后的加工 l N N端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除 l 二硫键的形成二硫键的形成 l 特定氨基酸的修饰特定氨基酸的修饰 l 切除新生肽链中的非功能片段切除新生肽链中的非功能片段 l 多蛋白的加工多蛋白的加工 l 亚单位的聚合和复合蛋白质形成亚单位的聚合和复合蛋白质形成 第二十九页，本课件共有36页翻译后的加工翻译后的加工 l 新生肽链的折叠新生肽链的折叠 蛋白质折叠是蛋白质折叠是指从多肽氨基酸序指从多肽氨
25、基酸序列形成具有正确三列形成具有正确三维空间结构的蛋白维空间结构的蛋白质的过程。质的过程。第三十页，本课件共有36页翻译后的加工翻译后的加工 l 新生肽链的折叠假说新生肽链的折叠假说 新生肽链的折叠在合成早期业已开始（取决于特定蛋白质分新生肽链的折叠在合成早期业已开始（取决于特定蛋白质分子氨基末端的氨基酸序列），而不是在合成完成后才开始进行；子氨基末端的氨基酸序列），而不是在合成完成后才开始进行；随着肽链的延伸同时进行折叠，又不断进行构象的调整，因此，随着肽链的延伸同时进行折叠，又不断进行构象的调整，因此，在肽链延伸过程中形成的结构往往不一定是最终功能蛋白中的结在肽链延伸过程中形成的结构往往不
26、一定是最终功能蛋白中的结构。这样，新生肽链的合成、延伸、折叠、构象调整，直到最终构。这样，新生肽链的合成、延伸、折叠、构象调整，直到最终三维结构的形成，都是一个同时进行的、协调的动态过程。三维结构的形成，都是一个同时进行的、协调的动态过程。第三十一页，本课件共有36页翻译后的加工翻译后的加工 l 新生肽链的折叠新生肽链的折叠 帮助新生肽链折叠的蛋白质可以分为两大类：帮助新生肽链折叠的蛋白质可以分为两大类：一类是分子伴侣（一类是分子伴侣（molecular chaperonemolecular chaperone），另一），另一类则是催化同折叠过程直接相关的化学反应的酶，现在类则是催化同折叠过程
27、直接相关的化学反应的酶，现在又称为又称为“折叠酶折叠酶”。第三十二页，本课件共有36页蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂 l 抗生素类抑制剂抗生素类抑制剂 作用阶段作用阶段抑制剂抑制剂作用对象作用对象抗性突变的作用或特点抗性突变的作用或特点起始起始春雷霉素春雷霉素细菌细菌突变体突变体16S rRNA16S rRNA上缺少甲基上缺少甲基链霉素链霉素细菌细菌30S30S亚基中蛋白的突变亚基中蛋白的突变延伸延伸黄色霉素黄色霉素细菌细菌EF-TuEF-TuGDPGDP不能被释放不能被释放嘌呤霉素嘌呤霉素细菌细菌从肽酰从肽酰-tRNA-tRNA，合成终止，合成终止肽的转移肽的转移红霉素红霉素细
28、菌细菌突变存在于突变存在于23S rRNA23S rRNA的修饰的修饰线粒体线粒体突变存在于突变存在于23S rRNA23S rRNA的序列的序列氯霉素氯霉素细菌细菌突变存在于突变存在于50S 50S 亚基蛋白亚基蛋白线粒体线粒体突变存在于突变存在于23S rRNA23S rRNA的序列的序列放线菌酮放线菌酮真核真核抑制抑制60S60S亚基中肽链的转移亚基中肽链的转移细胞质细胞质移位移位梭链孢酸梭链孢酸细菌细菌EF-TuEF-TuGDPGDP不能被释放不能被释放硫链丝菌肽硫链丝菌肽细菌细菌抑制抑制GTPaseGTPase活性活性第三十三页，本课件共有36页蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂 l 作为蛋白质合成阻断剂的毒素作为蛋白质合成阻断剂的毒素 抑制人体抑制人体蛋白质合成的蛋白质合成的天然蛋白质，天然蛋白质，常见者为细菌常见者为细菌毒素与植物毒毒素与植物毒蛋白。蛋白。第三十四页，本课件共有36页蛋白质的蛋白质的运输运输 新生肽链中的新生肽链中的信号肽信号肽只有和相应的识别系统相互作只有和相应的识别系统相互作用后，才能发挥作用。用后，才能发挥作用。第三十五页，本课件共有36页感感谢谢大大家家观观看看第三十六页，本课件共有36页