蛋白质翻译 (3)精选课件.ppt

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1、目目 录录关于蛋白质翻译(3)第一页，本课件共有73页目目 录录l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 种种核核苷酸序列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译的方式破译的方式解读为蛋白质一级结构中解读为蛋白质一级结构中20种种氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序。第二页，本课件共有73页目目 录录蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System 第第 一一 节节 第三页，本课件共有73页目目 录录l20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF

2、、eIF lATP、GTP、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 三种三种RNAmRNA（messenger RNA,信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA,转移转移RNA）第四页，本课件共有73页目目 录录一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码l mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺顺反反子子(cistron)。原原核核细细胞胞中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单

3、单位位，转转录录生生成成的的mRNA可可编编码码几几种种功功能能相相关关的蛋白质，为的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron)。真真核核mRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反反子子(single cistron)。第五页，本课件共有73页原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质目目 录录第六页，本课件共有73页目目 录录l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分

4、分子子上上从从5 至至3 方方向向，由由AUG开开始始，每每3个个核核苷苷酸酸为为一一组组，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称称为为三三联体密码联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden):AUG 终止密码终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA 第七页，本课件共有73页遗遗传传密密码码表表目目 录录第八页，本课件共有73页目目 录录从从mRNA 5 端端起起始始密密码码子子AUG到到3 端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，各各

5、个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一个个蛋蛋白白质质多多肽肽链链，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。第九页，本课件共有73页目目 录录1.连续性连续性(commaless)l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密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。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。第十页，本课件共有73页目目 录录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变入或缺失，可能导致框移突变(frameshift muta

6、tion)。第十一页，本课件共有73页2.简并性简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或个或多至多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。目目 录录第十二页，本课件共有73页2.简并性简并性(degeneracy)目目 录录第十三页，本课件共有73页目目 录录3.通用性通用性(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、植物细已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、

7、植物细胞的叶绿体。胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。祖先。第十四页，本课件共有73页目目 录录4.摆动性摆动性(wobble)转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA的的反反密密码码需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码反反向向配配对对结结合合，但但反反密密码码与与密密码码间间不不严严格格遵遵守守常常见见的的碱碱基基配配对规律，称为摆动配对。对规律，称为摆动配对。第十五页，本课件共有73页U摆动配对摆动配对目目 录录第十六页，本课件共有73页目目 录录密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现

8、象第十七页，本课件共有73页二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置目目 录录第十八页，本课件共有73页目目 录录 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 第十九页，本课件共有73页核核蛋蛋白白体体的的组组成成目目 录录第二十页，本课件共有73页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)目目 录录第二十一页，本课件共有73页目目 录录三、三、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反密码环反密

9、码环氨基酸臂氨基酸臂第二十二页，本课件共有73页目目 录录tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图第二十三页，本课件共有73页目目 录录氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第二十四页，本课件共有73页第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 目目 录录第二十五页，本课件共有73页第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AM

10、P E目目 录录第二十六页，本课件共有73页目目 录录 tRNAtRNA与酶与酶与酶与酶结合的模型结合的模型结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第二十七页，本课件共有73页目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度都有高度特异性。特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity)。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第二十八页，本课件共有73页目目 录录真核生物真核生物：

11、Met-tRNAiMet原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA第二十九页，本课件共有73页目目 录录蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 节节 第三十页，本课件共有73页目目 录录l翻译的起始翻译的起始(initiation)l翻译的延长翻译的延长(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为：翻翻译译过过程程从从阅阅读读框框架架的的5-AUG开开始始，按按mRNA模模板板三三联联

12、体体密密码码的的顺顺序序延延长长肽肽链链，直直至至终止密码出现。终止密码出现。第三十一页，本课件共有73页目目 录录一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和和起起始始氨氨基基酰酰-tRNA分分别别与与核核蛋蛋白白体体结结合合而而形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物(translational initiation complex)。第三十二页，本课件共有73页目目 录录原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 第三十三页，本课件共有73页目目 录录（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；

13、lmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第三十四页，本课件共有73页IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目目 录录第三十五页，本课件共有73页A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目目 录录第三十六页，本课件共有73页目目 录录S-D序列序列 第三十七页，本课件共有73页目目 录录S-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密码起始密码AUG上游，上游，存在存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，如个富含嘌呤碱的一致性序列，如-AGGAGG

14、-，称为，称为S-D序列。又称为核蛋序列。又称为核蛋白体结合位点（白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)第三十八页，本课件共有73页IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小结合到小亚基亚基A U G53目目 录录第三十九页，本课件共有73页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目目 录录第四十页，本课件共有73页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录第四十一页，本课件共有73页

15、目目 录录（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA结合；结合；lmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第四十二页，本课件共有73页metmet40S40S60S60SMetMetMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-2elF-2GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABM

16、etMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程第四十三页，本课件共有73页目目 录录第四十四页，本课件共有73页目目 录录 真核生物翻译起始的特点l核蛋白体是80S；l起始因子种类多；l起始tRNA的Met不需甲酰化；lmRNA的5帽子和3poly A尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；l起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA第四十五页，本课件共有73页目目 录录二、肽链合成延长二、肽链合成延长指指根根据据mRNA密密码码序序列列的的指指导导，次次序序添添加加氨氨基酸从基酸从N端向端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程

17、。端延伸肽链，直到合成终止的过程。l肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)第四十六页，本课件共有73页目目 录录l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 factor,EF)原核生物：原核生物：EF-Tu,EF-Ts EF-G真核生物：真核生

18、物：e eEF-1、eEF-2 第四十七页，本课件共有73页目目 录录肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 第四十八页，本课件共有73页又称注册又称注册又称注册又称注册(registration)(registration)（一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，使一组遗传密码指导，使相应氨基酰相应氨基酰-tRNA进入进入核蛋白体核蛋白体A位。位。目目 录录第四十九页，本课件共有73页目目 录录延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）目目 录录第五十页，本课件共有73页目目 录录第五十一页，本课件共有73页TuTsGTPGDPA U G53TuTs

19、目目 录录第五十二页，本课件共有73页目目 录录（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形催化的肽键形成过程。成过程。第五十三页，本课件共有73页目目 录录（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-G有转位酶有转位酶(translocase)活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核蛋，促进核蛋白体向白体向mRNA的的3 3侧移动侧移动 。第五十四页，本课件共有73页fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录第五十五页，本课件共有73页目目 录录进进位位转转位位成肽成肽第五十六页，本课件共有73页目目 录录真真核核生生物物

20、肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核基基本本相相似似，但有不同的反应体系和延长因子。但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没没有有E位位，转转位位时时卸卸载载的的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程第五十七页，本课件共有73页目目 录录 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。第五十八页，

21、本课件共有73页目目 录录终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)一一是是识识别别终终止止密密码码，如如RF-1特特异异识识别别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。二二是是诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，相相当当于于催催化化肽肽酰酰基基转转移移到到水水分分子子-OH上上，使使肽肽链链从从核核蛋蛋白白体体上上释放。释放。释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 第五十九页，本课件共有73页目目 录录原原核

22、核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第六十页，本课件共有73页U A G53RFCOO-目目 录录第六十一页，本课件共有73页目目 录录 原核生物蛋白质合成的原核生物蛋白质合成的能量计算能量计算氨基酸活化：氨基酸活化：2个个PATP起始：起始：1个个GTP延长：延长：2个个GTP终止：终止：1个个GTP结论：结论：每合成一个肽键至少消耗每合成一个肽键至少消耗4个个P。第六十二页，本课件共有73页目目 录录多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。目目 录录第六十三页，本课件共有73页电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象目目

23、录录第六十四页，本课件共有73页目目 录录蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。为蛋白质的靶向输送。三、蛋白质合成后的靶向输送三、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)第六十五页，本课件共有73页目目 录录所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要为为N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞的的适适当当靶靶部部位

24、位，这这一一序序列列称称为为信信号号序列序列。信号序列信号序列(signal sequence)第六十六页，本课件共有73页目目 录录靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 第六十七页，本课件共有73页目目 录录（一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。第六十八页，本课件共有73页目目 录录信号肽的一级结构信号肽的一

25、级结构第六十九页，本课件共有73页目目 录录信号识别体（信号识别体（SRP）：）：在细胞中存在一种识别信号肽的信号识别在细胞中存在一种识别信号肽的信号识别体（体（SRP），它有两个功能域，一个是识），它有两个功能域，一个是识别信号肽并与之结合，另一个使多肽链延别信号肽并与之结合，另一个使多肽链延伸终止。当蛋白质伸终止。当蛋白质N端信号肽被翻译后，端信号肽被翻译后，SRP与新生肽的多肽链识别并结合，蛋白与新生肽的多肽链识别并结合，蛋白质翻译终止。质翻译终止。SRP使核糖体复合体转移到使核糖体复合体转移到内质网上，内质网上有内质网上，内质网上有SRP的受体的受体DP存在，存在，与与SRP结合，脱离

26、核糖体，蛋白质合成继结合，脱离核糖体，蛋白质合成继续。续。第七十页，本课件共有73页信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 目目 录录第七十一页，本课件共有73页目目 录录 分泌蛋白在内质网上合成完成后，在分泌蛋白在内质网上合成完成后，在内质网内进行加工，包括多肽链的折内质网内进行加工，包括多肽链的折叠、糖基化、二硫键的形成和信号肽叠、糖基化、二硫键的形成和信号肽的切除。然后运送到高尔基体上再进的切除。然后运送到高尔基体上再进行修饰，再运到细胞表面或溶酶体中。行修饰，再运到细胞表面或溶酶体中。第七十二页，本课件共有73页目目 录录感感谢谢大大家家观观看看第七十三页，本课件共有73页