第15章 蛋白質(zhì)的生物合成-翻譯

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：4 翻譯系統(tǒng)翻譯系統(tǒng)4 蛋白質(zhì)生物合成的過程蛋白質(zhì)生物合成的過程4 多肽鏈翻譯后的修飾多肽鏈翻譯后的修飾4 蛋白質(zhì)的到位蛋白質(zhì)的到位 基因在原核和真核細胞中最終得到表達基因在原核和真核細胞中最終得到表達原料原料氨基酸，氨基酸，2020種種mRNAmRNA是合成蛋白質(zhì)的是合成蛋白質(zhì)的“藍圖（或模板）藍圖（或模板）”tRNAtRNA是原料氨基酸的是原料氨基酸的“搬運工搬運工”rRNArRNA與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體作為合成多肽鏈的作為合成多肽鏈的裝裝配機（操作臺）配機（操作臺）1 1、蛋白質(zhì)的翻譯系統(tǒng)、蛋白質(zhì)的翻譯系統(tǒng)蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)示意圖蛋白質(zhì)翻

2、譯系統(tǒng)示意圖 mRNA是遺傳信息的載體（載有遺傳密碼，是遺傳信息的載體（載有遺傳密碼，genetic genetic codecode），是合成蛋白質(zhì)的藍圖（模板），它以一系列三聯(lián)體密碼），是合成蛋白質(zhì)的藍圖（模板），它以一系列三聯(lián)體密碼子（子（codoncodon）的形式從）的形式從DNADNA轉(zhuǎn)錄了遺傳信息。每個密碼子代表一個轉(zhuǎn)錄了遺傳信息。每個密碼子代表一個氨基酸。氨基酸。 mRNAmRNA占細胞總占細胞總RNARNA的的5-10%5-10%，不穩(wěn)定，壽命短。，不穩(wěn)定，壽命短。 原核的原核的mRNA mRNA 是多順反子是多順反子; ;真核的真核的mRNA mRNA 是單順反子。是單順反

3、子。1.11.1、mRNA，信使，信使RNA 遺傳密碼遺傳密碼 遺傳密碼為遺傳密碼為三聯(lián)體三聯(lián)體（每三個堿基代表一個氨基酸），（每三個堿基代表一個氨基酸），由由5到到3閱讀閱讀，無間斷。即使在少數(shù)重疊基因（如病毒）中，其，無間斷。即使在少數(shù)重疊基因（如病毒）中，其開放閱讀框架（開放閱讀框架（reading frame）仍按此原則。）仍按此原則。 密碼有密碼有簡并性簡并性（degeneracy），即一個氨基酸可由幾個密），即一個氨基酸可由幾個密碼子表示；碼子表示；通用性通用性，大多數(shù)生物使用同樣的遺傳密碼，但也，大多數(shù)生物使用同樣的遺傳密碼，但也會有所偏愛。會有所偏愛。 一般起始密碼為一般起始密

4、碼為AUG。UAA，UAG和和UGA為終止密碼。為終止密碼。遺遺 傳傳 密密 碼碼 表表 原核原核tRNAtRNA有有30-4030-40種，真核有種，真核有50-6050-60種，含種，含70-9070-90個核苷酸，個核苷酸， 并有多種稀有堿基。并有多種稀有堿基。 tRNAtRNA是最小的是最小的RNARNA， 占細胞總占細胞總RNA RNA 的的15%15%左右，其功能是搬運氨左右，其功能是搬運氨基酸和解讀密碼子?；岷徒庾x密碼子。 tRNA tRNA 具有具有“四環(huán)一臂四環(huán)一臂”和和“三葉草三葉草” ” 形的典型結(jié)構(gòu)。形的典型結(jié)構(gòu)。注意：注意：33端端CCACCA氨基酸受位和反密碼子環(huán)

5、氨基酸受位和反密碼子環(huán)1.2、tRNA，轉(zhuǎn)運，轉(zhuǎn)運RNAtRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)“四環(huán)一臂四環(huán)一臂” 倒倒L形的三級結(jié)構(gòu)形的三級結(jié)構(gòu) tRNAtRNA的功能是解讀的功能是解讀mRNAmRNA上的密碼子和搬運氨基酸上的密碼子和搬運氨基酸 tRNAtRNA上上至少有至少有4 個位點與多肽鏈合成有關(guān)：即個位點與多肽鏈合成有關(guān)：即3CCA氨基酸接受位點氨基酸接受位點、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶識別位點、核糖體識別位點和合成酶識別位點、核糖體識別位點和反密碼子位點反密碼子位點。 每一個氨基酸有其自身的每一個氨基酸有其自身的tRNAtRNA。氨基酸的羧基與。氨基酸的羧基與tRNAtRNA的的 3 CCA-O

6、H3 CCA-OH以酯鍵結(jié)合。以酯鍵結(jié)合。 氨基酸與氨基酸與mRNAmRNA相應(yīng)的密碼子正確相應(yīng)的密碼子正確“對號對號”須依賴于須依賴于tRNAtRNA的反密碼子。的反密碼子。 密碼子與反密碼子的配對方式密碼子與反密碼子的配對方式變偶性變偶性反密碼子反密碼子55端的堿基與密碼子的第三位配對不嚴格端的堿基與密碼子的第三位配對不嚴格 核糖體是核糖體是rRNA rRNA 與幾十種蛋白質(zhì)的復(fù)合體，有大、小兩個亞基構(gòu)與幾十種蛋白質(zhì)的復(fù)合體，有大、小兩個亞基構(gòu)成。含有合成蛋白質(zhì)多肽鏈所必需的酶、起始因子（成。含有合成蛋白質(zhì)多肽鏈所必需的酶、起始因子（IFIF）、延伸因）、延伸因子（子（EFEF）、釋放因子

7、（）、釋放因子（RFRF）等。）等。 原核的核糖體（原核的核糖體（70S70S）= 30S= 30S小亞基小亞基 + 50S+ 50S大亞基大亞基 其中其中 30S30S小亞基含小亞基含16S rRNA 16S rRNA 和和2121種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 50S50S大亞基含大亞基含23S23S，5SrRNA5SrRNA和和3434種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 真核的核糖體（真核的核糖體（80S80S）= 40S= 40S小亞基小亞基 + 60S+ 60S大亞基大亞基 其中其中 40S 40S 小亞基含小亞基含18S rRNA 18S rRNA 和和3333種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 60S 60S 大亞基含大亞基含2

8、8S28S，5.8S5.8S，5SrRNA5SrRNA和和4545種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)1.3、rRNA與核糖體（與核糖體（ribosome） rRNA 只有只有4-5種占細胞種占細胞RNA 的大部分的大部分 。 圖為原核生物的兩種圖為原核生物的兩種16S rRNA和和5S rRNA 的結(jié)的結(jié)構(gòu)構(gòu)小亞基大亞基tRNA核糖體核糖體原核原核70S70S核糖體和真核核糖體和真核80S80S核糖體的結(jié)構(gòu)和組成核糖體的結(jié)構(gòu)和組成 核糖體有核糖體有4 4個基本功能個基本功能1. 1. 容納容納mRNAmRNA，并能沿著，并能沿著mRNAmRNA由由553 3 移動，由移動，由tRNAtRNA解讀其密碼；解讀其密

9、碼；2. 2. 氨基酰位點（氨基酰位點（A A位點位點），可結(jié)合氨），可結(jié)合氨基酰基酰-tRNA-tRNA（AA-tRNAAA-tRNA）；）；3. 3. 肽?；稽c（肽?；稽c（P P位點位點），可結(jié)合肽），可結(jié)合肽?；；?tRNA-tRNA（肽（肽-tRNA-tRNA）；）；4. 4. 肽?；D(zhuǎn)移酶中心，是形成肽酰基轉(zhuǎn)移酶中心，是形成肽鍵肽鍵的的位點等。位點等。 所有參與合成多肽鏈的氨基酸都要激活，并由數(shù)十種高度專一的所有參與合成多肽鏈的氨基酸都要激活，并由數(shù)十種高度專一的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶催化。該酶由兩個識別位點，它們能催化。該酶由兩個識別位點，它們能識別特定

10、的識別特定的氨基酸氨基酸和和選擇其所對應(yīng)的選擇其所對應(yīng)的tRNAtRNA，使兩者連接起來（利用，使兩者連接起來（利用ATPATP）。）。 反應(yīng)如下：反應(yīng)如下： 氨基酸的羧基與氨基酸的羧基與tRNA tRNA 的的33端端CCA-OH CCA-OH 以酯鍵相連，因此其氨基是以酯鍵相連，因此其氨基是自由的。自由的。2 2、蛋白質(zhì)的生物合成過程、蛋白質(zhì)的生物合成過程2.12.1、氨基酸的活化、氨基酸的活化tRNAAAtRNAATPAA tRNAAMPPPi氨?；?合成酶-氨基酸與氨基酸與tRNAtRNA的的 連接方式連接方式 翻譯起始時，翻譯起始時，第一個氨基酸第一個氨基酸一般是蛋氨酸，一般是蛋氨酸

11、，其氨基要甲酰其氨基要甲?；枰员Ｗo。化，予以保護。甲酰FH4甲?；鵐ettRNAfmetfMet-tRNA合成酶fMet-tRNA酯鍵首先首先IF3IF3、IF1IF1幫助幫助30S30S小亞基小亞基與與mRNAmRNA結(jié)合，結(jié)合，IF2IF2和和GTPGTP幫助幫助甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA與與AUGAUG配配對，接著對，接著IF3IF3脫離，形成脫離，形成30S30S起始復(fù)合物起始復(fù)合物。50S50S大亞基進入，大亞基進入，IF1IF1和和IF2IF2脫離，形成脫離，形成50S50S起始起始復(fù)合物，復(fù)合物，需要需要GTPGTP。甲酰甲硫甲酰甲硫氨酸氨酸-tRNA-tR

12、NA處于處于P P位。位。2.22.2、起始復(fù)合物的形成、起始復(fù)合物的形成起始密碼起始密碼AUGAUG上游的上游的S.DS.D序列與序列與16S rRNA316S rRNA3端互補端互補結(jié)合有利于結(jié)合有利于30S30S起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成一個嘌呤豐富區(qū)一個嘌呤豐富區(qū) 起始密碼起始密碼2.32.3、肽鍵的形成和延伸、肽鍵的形成和延伸（注意新的（注意新的AA-tRNAAA-tRNA如何定位，第一個肽鍵如何形成，核糖體如何移動如何定位，第一個肽鍵如何形成，核糖體如何移動）氨?；滨；鵷RNAtRNA進入進入A A位位 新的氨基酸新的氨基酸-tRNA-tRNA的進位依賴的進位依賴EF-Tu

13、EF-Tu和和TsTs因子的協(xié)助因子的協(xié)助肽鍵的形成肽鍵的形成 肽鍵的形成由肽酰基轉(zhuǎn)移酶催化肽鍵的形成由肽?；D(zhuǎn)移酶催化 （此酶具有核酶的活性）（此酶具有核酶的活性）原核生物肽鏈的延長原核生物肽鏈的延長 核糖體沿著核糖體沿著mRNA 53方向移位方向移位EF-G因子和因子和GTP參與參與空載的空載的tRNA從從E位點離開位點離開 氨基酸進位，肽鏈形成和延伸，核糖體沿著氨基酸進位，肽鏈形成和延伸，核糖體沿著mRNAmRNA的的53 53 方向移位，循環(huán)往復(fù)，方向移位，循環(huán)往復(fù)，新合成的肽鏈由新合成的肽鏈由氨基端向著羧基端不斷延長，氨基端向著羧基端不斷延長，直至直至mRNAmRNA上出現(xiàn)終止密上出

14、現(xiàn)終止密碼，相應(yīng)的肽鏈釋放因子碼，相應(yīng)的肽鏈釋放因子RF1RF1（對應(yīng)（對應(yīng)UAAUAA、UAGUAG），），RF2RF2（對應(yīng)（對應(yīng)UAAUAA、UGAUGA）占據(jù)占據(jù)A A位。肽鏈的合成終止，并從核位。肽鏈的合成終止，并從核糖體上釋放。糖體上釋放。 核糖體大、小亞基解聚，并進入下一輪合成。核糖體大、小亞基解聚，并進入下一輪合成。2.42.4、肽鏈的終止、肽鏈的終止蛋白質(zhì)合成的終止蛋白質(zhì)合成的終止 多個核糖體結(jié)合在同一條多個核糖體結(jié)合在同一條mRNA上，由上，由53進進行翻譯，形成行翻譯，形成多核糖體多核糖體（polyribosome），翻譯），翻譯速率得以提高速率得以提高3.3.多肽鏈的修

15、飾和加工多肽鏈的修飾和加工 (1)N(1)N端修飾端修飾 原核生物修飾時是由肽甲酰基酶除去甲?；嘣松镄揎棔r是由肽甲?；赋ゼ柞；?，多數(shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸則全部被切數(shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸則全部被切除。除。 (2)(2)多肽鏈的水解切除多肽鏈的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折疊成水解切除其中多余的肽段，使之折疊成為有活性的酶或蛋白質(zhì)。如酶原激活為有活性的酶或蛋白質(zhì)。如酶原激活 (3)(3)氨基酸側(cè)鏈的修飾氨基酸側(cè)鏈的修飾 氨基酸側(cè)鏈的修飾包括羥化、羧化、甲氨基酸側(cè)鏈的修飾包括羥化、羧化、甲基化及二硫鏈的形成等?；岸蜴湹男?/p>

16、成等。 (4)(4)糖基化修飾糖基化修飾 糖蛋白是細胞蛋白質(zhì)組成的重要成分。它是在糖蛋白是細胞蛋白質(zhì)組成的重要成分。它是在翻譯后的肽鏈上以共價鍵與單糖或寡聚糖連接而成。糖基化是在酶翻譯后的肽鏈上以共價鍵與單糖或寡聚糖連接而成。糖基化是在酶催化下進行的。催化下進行的。信號肽（信號肽（signal peptide）未成熟蛋白中，可被細胞識別系統(tǒng)識別的未成熟蛋白中，可被細胞識別系統(tǒng)識別的特征性氨基酸序列。特征性氨基酸序列。本本 章章 結(jié)結(jié) 束束 動物生物化學練習（動物生物化學練習（3 3）1 1無論是在無論是在DNADNA復(fù)制、還是復(fù)制、還是RNARNA的轉(zhuǎn)錄或者是蛋白質(zhì)翻譯的過程，的轉(zhuǎn)錄或者是蛋白

17、質(zhì)翻譯的過程，我們都能看到堿基互補配對的原則貫穿在遺傳信息從我們都能看到堿基互補配對的原則貫穿在遺傳信息從DNADNA傳遞到蛋傳遞到蛋白質(zhì)的各個環(huán)節(jié)。請做簡要地介紹并評價其生物學意義。白質(zhì)的各個環(huán)節(jié)。請做簡要地介紹并評價其生物學意義。 2.DNA2.DNA的復(fù)制包括哪些主要階段？為什么復(fù)制具有半保留性？為什的復(fù)制包括哪些主要階段？為什么復(fù)制具有半保留性？為什么說子鏈的合成是半不連續(xù)的？么說子鏈的合成是半不連續(xù)的？3.3.轉(zhuǎn)錄的終止出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄的終止出現(xiàn)在DNADNA分子中特定的堿基順序上。原核分子中特定的堿基順序上。原核DNADNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的終止順序有明顯的結(jié)構(gòu)特點，請予描述。除此以外，還有什么其的終止順序有明顯的結(jié)構(gòu)特點，請予描述。除此以外，還有什么其它的終止轉(zhuǎn)錄的方式？它的終止轉(zhuǎn)錄