第五章protein的翻譯

Protein翻譯

ProteintranslationChapter5

從DNA轉(zhuǎn)錄到RNA可以利用堿基互補(bǔ)配對，但mRNA與的堿基序列與蛋白質(zhì)的氨基酸序列卻沒有直接的對應(yīng)關(guān)系，他們之間也沒有直接的作用力，那么在這兩種完全不同的遺傳語言之間是如何溝通、如何傳遞信息的呢？信息的傳遞者就是tRNA，準(zhǔn)確的來說，應(yīng)該是氨?；鵷RNA，它利用反密碼子與mRNA配對，通過氨酰tRNA合成酶、利用副密碼子來選擇特異的氨基酸。生命的中心法則5.1基本元件

tRNAmRNArRNA與核糖體5.1.1tRNA最小的RNA，4S，70~80個(gè)base;1964年，Holly.R.鑒定出tRNAphe的二級結(jié)構(gòu)為三葉草形（77個(gè)NT）;三葉草結(jié)構(gòu)包括5個(gè)臂、4個(gè)環(huán)氨基酸接受臂tRNA的5’與3’-末端堿基配對形成3’端永遠(yuǎn)為不配對的CCA序列最后的A的3’或2’-OH可以被氨?；疍臂、反密碼子臂、TψC臂、附加臂；DHU環(huán)、反密碼子環(huán)、TψC環(huán)、附加環(huán)tRNA真實(shí)的空間構(gòu)型“L”形三級結(jié)構(gòu)“L”結(jié)構(gòu)域的功能aaacceptarm位于“L”一端，契合于核糖體的肽基；anti-codonarm位于”L”另一端，與結(jié)合在核糖體小亞基上的codonofmRNA配對；TΨCloop&DHUloop位于“L”兩臂的交界處，利于“L”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；“L”結(jié)構(gòu)中堿基堆積力大，使其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；wobblebase位于“L”結(jié)構(gòu)末端，堆積力小、自由度大、使堿基配對搖擺。tRNA的種類附加臂的大?、耦恡RNA：3-5bp(75%)ⅡtRNA:13-21bp(25%)起始tRNAProk中，攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet）Euk中，攜帶甲硫氨酸（Met）同工tRNA攜帶AA相同而反密碼子不同的一組tRNA

結(jié)構(gòu)上能被AA–tRNA合成酶識別的共性副密碼子與氨?；鵷RNA的合成氨?；鵷RNA的合成執(zhí)行著雙重功能為肽建的合成提供能量執(zhí)行遺傳信息的解讀模板mRNA只能識別特異的tRNA而不是AAAA–tRNA合成酶（AARS）需要三種底物:AA、tRNA、ATP因此有三個(gè)位點(diǎn)：aabindingsite、tRNAbindingsite、ATPsiteProk中AARS有20種，對AA專一按反應(yīng)機(jī)制AARS分為兩類TypeⅠ類酶先將氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3’端A的2’-OH然后通過轉(zhuǎn)酯反應(yīng)轉(zhuǎn)移到3’–OH上TypeⅡ類酶直接將氨?；D(zhuǎn)移至3’–OH上Paracodon(副密碼子)tRNA中決定負(fù)載特定氨基酸的空間密碼，為同一種AARS所識別的一組同功受體具有相同的副密碼子AARS對paracodon的識別與結(jié)合是通過氨基酸與堿基之間的連接實(shí)現(xiàn)的副密碼子將AARS分為兩類typeI：Val,Arg,Gln,Glu,Ile,Leu,Met,Trp,Tyr，paracodon

大多位于反密碼子臂typeII：paracodon

大多位于氨基酸接受臂，個(gè)別還同時(shí)在附加臂上有相應(yīng)堿基tRNAAla(GGC)tRNAAla(UGC)具有G3：U70

paracodon兩類酶與tRNA反應(yīng)時(shí)－－接近模式不同5.1.2mRNA單順反子mRNA（monocistronicmRNA）編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的…..部分Prok所有Euk的mRNA

多順反子mRNA（polycistronicmRNA）:部分原核mRNAmRNA分子的組成：編碼區(qū)起始AUG到終止密碼子前導(dǎo)序列AUG之前的5’端非編碼區(qū)（5’UTR）尾巴終止密碼子之后，不翻譯的3’端原核生物mRNA的特征大部分為多順反子spacer:各順反子之間（基因之間）的非編碼區(qū)長度變化很大，從重疊到100個(gè)堿基不等；因此，多順反子的mRNA翻譯有兩種情況：spacer較長時(shí)，下一個(gè)基因的產(chǎn)物合成起始是獨(dú)立的spacer長度較短時(shí),兩個(gè)順反子使用相同的核糖體或小亞基(相當(dāng)…………，有S-D序列的特征）Prok中多順反子mRNA中各基因的產(chǎn)物數(shù)量不一定相等比如乳糖操縱元中，Z：Y：A=1：0.5：0.2Spacer較長Spacer較短其他特征5’端有300個(gè)左右NT的leader（A/G－－－－AUG）AUG作為起始密碼子（GUG、UUG）AUG前有S–D序列S–D序列（Shine-Dalgarnosequence）：位于AUG上游4~13個(gè)NT處的富含嘌呤的3~9個(gè)NT的共同序列，其一致序列為AGGAGG；與核糖體小亞基內(nèi)16SrRNA的3’端富含嘧啶的序列3’------UCCUCC-----5’互補(bǔ)，使tRNA正確定位于起始codon。Prok.mRNA轉(zhuǎn)錄、翻譯和降解周期

真核生物mRNA的特征一般為單順反子5’端的帽子對翻譯有增強(qiáng)作用，且5’帽子和3’polyA尾對翻譯效率的調(diào)節(jié)有協(xié)同作用“第一AUG規(guī)律”即-----絕大部分以AUG作為起始codon起始AUG有如下特點(diǎn)CCACCAUGG；－3位的A和＋4位的G…..對于準(zhǔn)確翻譯至關(guān)重要5.1.3核糖體及rRNA的結(jié)構(gòu)是翻譯進(jìn)行的場所，含大小亞基Ptein約占細(xì)胞的10％，rRNA占總RNA的80％，Euk中相對比例小些；細(xì)菌中常以多聚核糖體的形式；Euk中大多與細(xì)胞骨架和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合在一起核糖體的結(jié)構(gòu)ProkE.coli小亞基16SRNA21種proteinsS1-------S21大亞基23SRNA5SRNA34種proteinsL1----L34Euk大亞基28SRNA5SRNA5.8SRNA49種protein小亞基18SRNA33種proteins

核糖體蛋白質(zhì)＋rRNA－－按一定的順序形成完整的核糖體核糖體的活性位點(diǎn)

30S小亞基頭部、基底部、中間有一豁口

50S大亞基三個(gè)突起

兩者之間形成一個(gè)mRNA通道m(xù)RNA結(jié)合位點(diǎn)位于30S亞基的頭部S1可防止mRNA鏈內(nèi)堿基對的形成S1、S18、S21負(fù)責(zé)核糖體與mRNA、起始tRNA的結(jié)合，起始因子IF3也結(jié)合于此16SrRNA3’端是mRNA與小亞基初始結(jié)合不可缺少的P位點(diǎn)：肽酰－tRNA位點(diǎn)大部分在小亞基內(nèi)，小部分在大亞基內(nèi)，16SrRNA的3’末端、涉及L2等蛋白能夠與起始tRNA（fMet--tRNAf）相結(jié)合，且P位點(diǎn)會影響A位點(diǎn)的活性A位點(diǎn)：氨?；鵷RNA位點(diǎn)主要在大亞基上位點(diǎn)內(nèi)mRNA表面只對特定的aa—tRNA表現(xiàn)出特異性，且A位點(diǎn)結(jié)合aa—tRNA要求在P位點(diǎn)上必須有肽酰tRNA存在肽基轉(zhuǎn)移酶活性位點(diǎn)活性中心在大亞基上，位于P位點(diǎn)和A位點(diǎn)的連接處靠近tRNA的接受臂5srRNA位點(diǎn)：與tRNA進(jìn)入有關(guān)EF—Tu位點(diǎn)：位于大亞基內(nèi)，與氨?；鵷RNA的結(jié)合有關(guān)EF—G轉(zhuǎn)位因子結(jié)合位點(diǎn)：大亞基靠近小亞基的界面處E位點(diǎn)E1為脫?；鵷RNA離開核糖體提供出口E2為多肽離開核糖體提供出口（占核糖體1／3）

5.2遺傳密碼1954年G.Gamov對破譯密碼首先提出了設(shè)想若一種堿基對應(yīng)與一種氨基酸，那么只可能產(chǎn)生4種氨基酸;若2個(gè)堿基編碼一種氨基酸的話，4種堿基共有42=16種不同的排列組合;3個(gè)堿基編碼一種氨基酸，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生43=64種不同形式若是四聯(lián)密碼，就會產(chǎn)生44=256種排列組合。5.1.1密碼子的破譯人工合成多種三核苷酸（UUU、UCU、UGU等）為模板與含核糖體、20種AA—tRNA和適當(dāng)離子強(qiáng)度的反應(yīng)液保溫使反應(yīng)液通過硝酸纖維素濾膜，其中只有核糖體或結(jié)合AA—tRNA的核糖體能留在濾膜上分析留在濾膜上的核糖體中的AA—tRNA和其相應(yīng)的模板5.1.2密碼子的簡并現(xiàn)象61個(gè)密碼子編碼20種氨基酸，一種AA受兩個(gè)以上密碼子編碼的遺傳現(xiàn)象稱為密碼子的簡并現(xiàn)象，如絲氨酸由6個(gè)密碼子編碼（codon的簡并可把突變對生物體的影響降到最?。┩x密碼子：編碼一個(gè)AA的幾個(gè)個(gè)密碼子那么61個(gè)密碼子是否需要61種tRNA識別呢？不需要，同一種tRNA可以識別幾種不同的密碼子這是由于密碼子與tRNA上的反密碼子的配對具有搖擺性同功tRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)同一種AA的tRNA搖擺假說（Wobblehypothesis）codon的前兩位堿基和反密碼子配對時(shí)遵循Watson—Crick原則，而第三位堿基有一定的靈活性

mRNA5’…CGU...CGC...CGA…CGG…AGA…AGG…3’擺動tRNAGCG3’→5’GCU5’UCU5’

即：codon的3rd-Nt與anti-codon的1st-Nt（Nt34）編碼ARG的密碼子及tRNA搖擺堿基的搖擺配對原則搖擺堿基－－－anti-codon的1st-Nt搖擺假說：使用通用密碼子至少得32種tRNA搖擺堿基搖擺配對的機(jī)理

由tRNA反密碼子環(huán)的空間結(jié)構(gòu)所決定搖擺位點(diǎn)34th-Nt處于堆積堿基的末端，所受堆積力較小，有較大的自由度來進(jìn)行選擇配對anti-codon的1st-Nt(搖擺位點(diǎn))被修飾的頻率很高，導(dǎo)致配對范圍增大5.1.3

tRNA豐度和密碼子的使用頻率生物GC％不等→各種codon出現(xiàn)的頻率不等識別同一AA的不同tRNA－同工tRNA量不等不生物間同一tRNA的量不等tRNA的豐度和codon的使用頻率是進(jìn)化過程中形成的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制之一tRNA豐度與codon的使用頻率正相關(guān)需要量多的蛋白質(zhì)，有關(guān)密碼子的使用頻率高，相應(yīng)的tRNA量多需要量少的蛋白質(zhì)，有關(guān)密碼子的使用頻率低，相應(yīng)的tRNA量少codon的使用頻率與codon與anti-codon間的作用強(qiáng)度有關(guān)適中的作用強(qiáng)度有利于翻譯的進(jìn)行弱配對作用形成的aa—tRNAaa需要較長的時(shí)間進(jìn)入A位點(diǎn)強(qiáng)配對作用形成的aa—tRNAaa需要較長的時(shí)間從核糖體的P位點(diǎn)卸載因此，進(jìn)化過程中自然選擇codon／anti-codon間結(jié)強(qiáng)度適度的codon以保證最佳的protein合成速率5.1.3線粒體密碼的特殊性

UGA不是終止密碼子AGA、AGG不是精氨酸的密碼子起始密碼子為AUN，內(nèi)部甲硫氨酸AUG、AUACUA不是亮氨酸的密碼子，而是蘇氨酸的密碼子總的說來，線粒體的密碼子排列整齊，各種氨基酸的密碼子以及起始和終止密碼子的數(shù)目是2、或是4、6線粒體中只有22種tRNA識別四個(gè)一組的密碼子家族的tRNA的anti-codon的搖擺堿基均為U（U-------U、A、C、G）兩個(gè)一組的密碼子，其相應(yīng)tRNA的anti-codon的搖擺堿基配對情況分別為：G→C/U（Py）；U＊（經(jīng)過修飾）→G/A（Pu）5.2肽鏈的合成合成過程起始階段：核糖體結(jié)合于mRNA，并與第一個(gè)氨?；鵷RNA形成起始復(fù)合物延伸階段：包括第一個(gè)肽鍵形成到最后一個(gè)肽鍵形成終止：肽鏈完成與核糖體解離合成速度Prok.15AAs／S（37℃

）Euk.低些（血紅蛋白……..2AA／S）合成方向……..N端→C端5.2.1起始tRNA與起始密碼子的識別原核tRNAMetf能識別起始AUG、GUGtRNAMetm識別內(nèi)部AUG，內(nèi)部GUG由tRNAVal識別并且在Met的NH2上甲?；?，封閉NH2真核tRNAMeti（起始），tRNAMetm（內(nèi)部）均不甲?；€粒體中與原核相似，起始tRNAMetf的NH2甲?；?，但線粒體識別NUG5.2.2起始復(fù)合物與70S核糖體的形成起始復(fù)合物mRNAtRNAMetf30S小亞基50S大亞基起始因子IF3：促使30S亞基結(jié)合于mRNA起始部位，阻止30S亞基與50S亞基的結(jié)合，或者說促進(jìn)70S核糖體的解離IF2：促使tRNAMetf選擇性的結(jié)合在30S亞基上

IF1：加強(qiáng)IF2、IF3的酶活起始復(fù)合物的形成步驟IF3、30S亞基與mRNA的結(jié)合mRNA上起始密碼子前4-13個(gè)堿基位置存在SD序列，一致序列為AGGAGG，能與30S亞基中的16SrRNA的3’末端富含嘧啶的序列結(jié)合，30S亞基在mRNA上的位置正好使其P位對準(zhǔn)AUG起始密碼子。IF2與起始tRNA結(jié)合，再與30S亞基結(jié)合，使得tRNA進(jìn)入30S亞基的P位當(dāng)IF2、起始tRNA、30S亞基結(jié)合后，GTP立即與30S亞基結(jié)合50S大亞基結(jié)合上來，GTP水解，能量促進(jìn)70S的形成，同時(shí)釋放IF2、IF3此時(shí)，核糖體的P位和A位都已經(jīng)準(zhǔn)備好，起始復(fù)合物形成5.2.2真核生物蛋白質(zhì)合成的起始真核生物的mRNA沒有SD序列，核糖體的識別信號為m7GpppNp帽子40S的小亞基與60S的大亞基結(jié)合，形成80S的核糖體起始因子非常多，超過了13種eIF2eIF4F等起始復(fù)合物的形成步驟GTP與eIF2結(jié)合，這一結(jié)合增加了與起始tRNA的親和力，然后三者形成一個(gè)三元復(fù)合物；三元復(fù)合物在eIF4F的幫助下與mRNA結(jié)合，需水解一分子ATP提供能量；起始復(fù)合物沿著鏈滑動，直到找到起始密碼子的“上下文”，然后大亞基在此處結(jié)合上來；翻譯開始5.2.2肽鏈的延伸三類重要的延伸因子EF-Tu：幫助氨酰tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)EF-Ts：將EF-Tu--GDP恢復(fù)為EF-Tu--GTPEF-G：轉(zhuǎn)位因子，促進(jìn)肽健的形成EF-Ts循環(huán)EF-Tu--GDP+EF-TsEF-Tu--EF-Ts+GDPEF-Tu--EF-Ts+GTPEF-Tu--GTP+EF-Ts延伸的過程EF-Tu與GTP及氨酰tRNA形成三元復(fù)合物，只有這樣氨?；鵷RNA才能進(jìn)入A位點(diǎn)；一旦進(jìn)入A位點(diǎn)，GTP立即水解成GDP，EF-Tu與GDP形成的二元復(fù)合物與氨?；鵷RNA解離而釋放出來，肽基轉(zhuǎn)移酶將P位的甲酰甲硫氨?；D(zhuǎn)移到A位的氨酰tRNA的氨基上來，形成肽鍵；EF-Tu--GDP解離下來以后，EF-G與GTP便結(jié)合到核糖體上來，GTP水解供能，A位的肽基tRNA轉(zhuǎn)移到P位上來，同時(shí)將原來P位上的空載tRNA排擠出核糖體；EF-G—GDP離開核糖體后，EF-Tu又結(jié)合上來。因此，EF-Tu與EF-G交替作用，完成肽鏈的延伸。5.3多肽鏈合成的終止肽鏈終止所需條件終止信號Prok和Euk都是：UAA、UAG、UGA釋放因子Prok中，RF1----識別UAA和UAG；RF2----識別UAA和UGA；RF3----刺激RF1和RF2的活性Euk中，只有eRF-----識別三種終止密碼子RRf（ribosomereleasingfactor），核糖體釋放因子終止機(jī)制RF作用于A位點(diǎn)（需要P位被肽酰tRNA

所占據(jù)）體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，RF與終止密碼子之間特異的相互作用，類似于反密碼子和密碼子之間的堿基配對的相作用；RF的某種作用改變肽基轉(zhuǎn)移酶的肽基轉(zhuǎn)移特性將P位上的肽基轉(zhuǎn)移到水分子上而并不形成新的肽鍵，導(dǎo)致肽基–tRNA的水解RF3與GTP結(jié)合為肽基轉(zhuǎn)移及隨后的核糖體釋放提供能量；RRF使核糖體與mRNA和脫?；鵕NA與終止因子分離。5.4蛋白質(zhì)前體的加工與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制蛋白質(zhì)前體剪接蛋白質(zhì)的體內(nèi)折疊原核蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)真核蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)5.4.1前胰島素原的加工5.4.2蛋白質(zhì)的體內(nèi)折疊參與蛋白質(zhì)折疊的兩類蛋白質(zhì)－－助折疊蛋白酶：如蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶---加速正確二硫鍵的生成分子伴侶（molecularchaperone）：指一類在細(xì)胞內(nèi)幫助新生肽鏈正確組裝成為成熟蛋白質(zhì)，而本身卻不是最終功能蛋白質(zhì)分子的組成成分的分子。分子伴侶的功能和種類功能同一個(gè)分子伴侶可促進(jìn)多種多肽鏈的折疊（無專一性）或者阻止多肽的錯(cuò)誤折疊如防止初始翻譯的疏水端的錯(cuò)誤折疊研究最多的兩個(gè)蛋