第四章從mRNA到蛋白質(zhì)生物信息的傳遞

第四章從mRNA到蛋白質(zhì)生物信息的傳遞第一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.1.1三聯(lián)子密碼及其破譯三種核苷酸代表一種氨基酸一種核苷酸代表一種氨基酸兩種核苷酸代表一種氨基酸4種氨基酸42＝16種43＝64種第二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日在模板mRNA中插入或刪除一個堿基，會改變該密碼子以后全部氨基酸序列。若同時對模板進(jìn)行插入和刪除試驗，插入和刪除的堿基數(shù)一樣，后續(xù)密碼子序列就不會變化，翻譯得到的蛋白質(zhì)序列就保持不變(除了發(fā)生突變的那個密碼子所代表的氨基酸之外)。如果同時刪去3個核苷酸，翻譯產(chǎn)生少一個氨基酸的蛋白質(zhì)，序列不發(fā)生變化。T4噬菌體rⅡ位點上兩個基因第四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日對煙草壞死衛(wèi)星病毒的研究發(fā)現(xiàn)：其外殼蛋白亞基由400個氨基酸組成，而相應(yīng)的RNA片段長約1200個核苷酸，與假設(shè)的密碼三聯(lián)子體系正好相吻合在20世紀(jì)60年代，由于體外蛋白質(zhì)合成體系的建立和核酸人工合成技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家花了幾年時間破譯了遺傳密碼，即確定了代表每種氨基酸的具體密碼第六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

一、通用的三聯(lián)體密碼

DNA遺傳信息mRNA蛋白質(zhì)遺傳密碼

1、

Codon的特征a、概念：mRNA上連續(xù)排列的三個NT序列，編碼一個

AA信息的遺傳單位b、具有四大生物系統(tǒng)（病毒、細(xì)菌、動植物）的通用性和保守性（Mt除外）C、一個基因序列中，有不重疊性和無標(biāo)點性第七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日遺傳密碼的破譯

歸功于三個經(jīng)典的生物化學(xué)實驗：體外翻譯系統(tǒng)的建立核苷酸結(jié)合技術(shù)核酸的人工合成第八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日體外翻譯系統(tǒng)尼倫伯格(.M.W.Nirenberg)ATP、GTP、AA＊第九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日體外翻譯系統(tǒng)第十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日按一定的堿基比例來合成RNA。

堿基比為U:G＝5:1，三聯(lián)體8種：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。

UUU:UGG＝（5′5′5）:（5′1′1）＝25:1UUU:UUG＝5:1根據(jù)這樣的推測，在無細(xì)胞系統(tǒng)中以這種比例合成的mRNA產(chǎn)生的氨基酸的比例也應(yīng)是相應(yīng)的，這樣可以推測出密碼子的組成。如氨基酸測定結(jié)果：苯丙氨酸（UUU）:半胱氨酸（UGU）＝5:1

苯丙氨酸（UUU）:纈氨酸

（GUU）＝5:1

體外翻譯系統(tǒng)第十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核苷酸結(jié)合技術(shù)第十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

實驗為20組：

SerC14

、Leu、Lys、Arg………….（20種）

Ser、LeuC14、Lys、Arg………….Ser、Leu、LysC14、Arg………….……

分析留在濾膜上的核糖體中的AA—tRNA和其相應(yīng)的模板

?此方法未能破譯全部的codon

（結(jié)合效率）第十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日Ser-C14….

Leu-C14

….

Lys-C14

….

Gly-C14

….

第十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核苷酸結(jié)合技術(shù)第十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核苷酸結(jié)合技術(shù)第十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日人工合成核苷酸

（作為模板，加入dNTP,據(jù)合成的多肽鏈的氨基酸組成，破譯氨基酸的密碼）柯臘拉（H.G.Khorana）（1922～）

表14-1

用二個或三個、四個核苷酸構(gòu)造重復(fù)共聚體來確定密碼子重復(fù)順序可組成的三聯(lián)密碼多肽的氨基酸組成(UC)nUCU-CUCSer-Leu(UUC)n(UUC);(UCU);(CUU)polyPhe,polySer,polyLeu(UUAC)n(UUA-CUU-ACU-UAC)Leu-Leu-Thr-Tyr第十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.1.2遺傳密碼的性質(zhì)第十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日1.連續(xù)性（commaless）遺傳密碼的特點編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無重疊。第二十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

重疊密碼非重疊連續(xù)的密碼不連續(xù)的密碼第二十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。第二十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日由于對mRNA外顯子的加工，造成mRNA與其DNA模板序列之間不匹配，使同一mRNA前體翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯（mRNAediting)。mRNA編輯第二十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日2.簡并性（degeneracy）遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2~4個或多至6個密碼子為之編碼。第二十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日遺傳密碼的簡并性第二十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有害突變。

遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACG

AlaThr第二十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日3.通用性（universal）蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。

有少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。

第二十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第二十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.擺動性（wobble）

tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對時，可以在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動性。第二十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日酪5’5’3’AUGGUUUACACA酪氨酰-tRNA反密碼mRNA密碼與反密碼的堿基配對第三十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日擺動配對U第三十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

第三十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴(yán)格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”為I(次黃嘌呤)時可識別3種密碼子為G或U時可以識別2種密碼子反密碼子第一位為A或C時只能識別1種密碼子第三十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第三十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第三十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日三中讀二一般可分為三種情況：(1)第１,２兩個堿基形成６個氫鍵時，可三中讀二。

如ＣＣＸ，ＣＧＸ，ＧＣＸ和ＧＧＸ(3)第１，２兩個堿基形成５個氫鍵時,

當(dāng)?shù)诙€堿基為嘧啶時，可三中讀二；如ＵＣＸ，ＡＣＸ，ＣＵＸ和ＧＵＸ。

當(dāng)?shù)诙€堿基為嘌呤時則不能三中讀二，如ＣＡＸ，

ＧＡＸ，ＵＧＸ和ＡＧX。(2)第1,2兩個堿基形成4個氫鍵時,不可三中讀二。如AAX，ＡＵＸ，ＵＡX和ＵＵＸ第三十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日如果有幾個密碼子同時編碼一個氨基酸，凡是第一、二位堿基不同的密碼子都對應(yīng)于各自獨立的tRNA。第一、二位堿基相同的密碼子，則共用一種tRNA原核生物中有30～45種tRNA真核細(xì)胞中存在50種左右tRNA第三十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.2tRNAtRNA為每個三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體；為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供了運送載體（又被稱為第二遺傳密碼）。各種tRNA形成三葉草形的二級結(jié)構(gòu)。三葉草形tRNA分子上有4條根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)或已知功能命名的手臂。第三十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.2.1tRNA

最小的RNA，4S，70~80個base

1、tRNA的高級結(jié)構(gòu)

1964Holly.R.鑒定出tRNAphe的二級結(jié)構(gòu)為三葉草形（77個NT）

（1）三葉草結(jié)構(gòu)（5個臂4個環(huán)）

a、氨基酸接受臂（aaacceptarm）——受體臂

?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?；谌彭?，共一百九十七頁，2022年，8月28日

b、另外是D（DHU環(huán)雙氫脲嘧啶）環(huán)D臂c、含豐富的稀有堿基（約70余種堿基核糖殘基）反密碼子3’端鄰近部位………..

反密碼子環(huán)反密碼子臂(anti—codonarm)

附加臂（extraarm）TψC環(huán)TψC臂

其中附加臂通常是可變的

稀有堿基出現(xiàn)的頻率高，對于維持反密碼環(huán)的穩(wěn)定性、密碼子和反密碼子之間的配對很重要第四十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日TψC環(huán)附加環(huán)反密碼子環(huán)DHU環(huán)aa接受臂第四十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日（2）“L”形三級結(jié)構(gòu)---anti-codonarm位于”L”另一端，與結(jié)合在核糖體小亞基上的codonofmRNA配對b、“L”結(jié)構(gòu)域的功能---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖體的肽基轉(zhuǎn)移酶結(jié)合位點PA,以利肽鍵的形成a、“L”構(gòu)型的結(jié)構(gòu)力

?二級結(jié)構(gòu)中的堿基堆積力和氫鍵?二級結(jié)構(gòu)中未配對堿基形成的氫鍵氫鍵維持了“L”型的結(jié)構(gòu)第四十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日---TΨCloop&DHUloop

位于“L”兩臂的交界處，

利于“L”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定反密碼子臂AA受體臂TΨC臂D臂---“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第四十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日2、tRNA的種類（2）同工tRNA（isoacceptingtRNAs）

（1）起始tRNA和延伸tRNA

起始tRNA:

Prok中，攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet）

Euk中，攜帶甲硫氨酸（Met）

延伸tRNA：其他tRNA…..

攜帶AA相同而反密碼子不同的一組tRNA

?不同的反密碼子識別AA的同義密碼?結(jié)構(gòu)上能被AA–tRNA合成酶識別的共性第四十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

(3)校正tRNA

無義抑制－－也會造成對正常終止密碼子的通讀，產(chǎn)生比野生型長的蛋白質(zhì)錯義抑制tRNA要和正常的tRNA去競爭，因此成功率50％第四十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第四十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第四十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第四十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日3、副密碼子與氨?；鵷RNA的合成

（1）氨酰基tRNA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（2）AA–tRNA合成酶（AARS）

★需要三種底物AAtRNAATP

實驗證實—模板mRNA只能識別特異的tRNA而不是AA[14C]-Cys-tRNACysNi[14C]-Ala-tRNACys第四十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日氨?；ctRNA的3’端A的2’/3’—OH結(jié)合AA–tRNA+AMP+ppiAARS★因此有三個位點

aabindingsitetRNAbindingsiteATPsite

★

反應(yīng)為

AA+tRNA+ATP第五十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第五十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第五十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日氨酰－tRNA合成酶結(jié)合錯誤氨基酸的校正氨酰－tRNA合成酶結(jié)合tRNA的校正化學(xué)校正動力學(xué)校正增加了負(fù)載前水解掉的機會第五十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

★Prok中AARS有20種，對AA專一（同工受體）★Prok和Euk有一定的差別★可分為兩類反應(yīng)機制的差別：

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類酶直接將氨酰基轉(zhuǎn)移至3’–OH上第五十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第五十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日兩類酶與tRNA反應(yīng)時－－接近模式不同合成酶與tRNA相互束縛的普通模型提出：蛋白沿L型分子的一側(cè)束縛tRNA（tRNA的兩端被束縛）1型與tRNA的D-環(huán)結(jié)合，識別其受體臂的小溝2型在另一側(cè)結(jié)合，識別可變環(huán)和受體臂的大溝第五十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日（3）Paracodon(副密碼子)的概念；tRNA中決定負(fù)載特定氨基酸的空間密碼AARStRNAbindingsiteaabindingsiteParacodonoftRNA裝載AminoAcid（R）tRNA中的特定序列與AARS的tRNAbindingsite的特異基團(tuán)間的分子契合第五十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日a、

1988.Schimmel和侯雅明G3:U70

是決定tRNA負(fù)載

Ala

的特異密碼信息b、1991.schummanL.

證明；tRNAmetf的paracodon位于anti-codon第五十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日c、

paracodon的特征---為同一種AARS所識別的一組同功受體具有相同的副密碼子---paracodon是為AARS（特定氨基酸）所識別的若干堿基（并非均為一對核苷酸）---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現(xiàn)的。屬于生物

II型空間密碼tRNA

Ala(GGC)tRNAAla(UGC)具有G3：U70

paracodon第五十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日d、按氨基酸序列將AARS分為兩類typeI

包括

Val,Arg,Gln,Glu,Ile,Leu,Met,Trp,Tyrparacodon大多位于反密碼子臂typeIIparacodon大多位于氨基酸接受臂個別還同時在附加臂上有相應(yīng)堿基第六十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第六十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.2.2tRNA的功能轉(zhuǎn)錄：DNA→RNA；結(jié)構(gòu)上相似；堿基配對；一對一翻譯：mRNA→蛋白質(zhì)；結(jié)構(gòu)極不相同；復(fù)雜功能一：tRNA的解碼機制完成翻譯第六十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日AAAA－tRNAmRNA-核糖體復(fù)合物AA－tRNA合成酶ATP密碼子與反密碼子識別配對功能二：tRNA是AA與mRNA的接合體第六十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日將[14C]-Cys-tRNACys，經(jīng)Ni催化生成[14C]-Ala-tRNACys，再把[14C]-Ala-tRNACys加進(jìn)含血紅蛋白mRNA的兔網(wǎng)織細(xì)胞核糖體的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)[14C]-Ala-tRNACys插入了血紅蛋白分子通常由半胱氨酸占據(jù)的位置上功能三：tRNA起到識別的作用第六十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.3核糖體執(zhí)行蛋白質(zhì)合成的功能。由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA（rRNA)組成的亞細(xì)胞顆粒。一個細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個核糖體，真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個。第六十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核糖體AA－tRNA與mRNA模板和延伸中的肽鏈相互作用迅速起始或延伸因子作用卸去所載氨基酸t(yī)RNA退出核糖體新一輪反應(yīng)第六十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

4.3.1核糖體及rRNA的結(jié)構(gòu)

Euk中大多與細(xì)胞骨架和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合在一起

(游離、多聚)●是翻譯進(jìn)行的場所，含大小亞基●Ptein約占細(xì)胞的10％，RNA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第六十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第六十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日1、核糖體的結(jié)構(gòu)

(2)核糖體的裝配

（1）ProkE.coli

小亞基16SRNA21種proteinsS1-------S21

大亞基23SRNA5SRNA34種proteinsL1----L34

Euk

大亞基28SRNA5SRNA5.8SRNA49種proteins

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按一定順序結(jié)合rRNAs是亞基中的骨架蛋白質(zhì)和rRNA必須形成完整的核糖體結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮各自的功能第六十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第七十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日除去Mg2+添加Mg2+第七十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日2、核糖體的活性位點30S小亞基

頭部基底部中間有一豁口

50S大亞基

三個突起

頭部基底部小亞基大亞基前緣脊背中央隆起背部柄脊背第七十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日?兩者之間形成一個mRNA通道

(Prok.與Euk.之間互有異同)

?根據(jù)功能將核糖體上的活性部位分為兩類?翻譯區(qū)域7個活性位點占2/3?逐出位點2個位點（多肽的逐出）占1/3

(1)mRNA結(jié)合位點

a、位于30S亞基的頭部b、S1（可防止mRNA鏈內(nèi)堿基對的形成）（與S18和S21－結(jié)合－mRNA、起始tRNA、IF3）第七十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日c、16SrRNA3’端是mRNA與小亞基初始結(jié)合不可缺少的（2）P位點：肽酰－tRNA位點

a、大部分在小亞基內(nèi)，小部分在大亞基內(nèi)

16SrRNA的3’末端、L2等蛋白b、能夠與起始tRNA（fMet--tRNAfMet）相結(jié)合，且P位點會影響A位點的活性第七十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

（3）A位點：氨?；鵷RNA位點

a、主要在大亞基上

b、A位點內(nèi)mRNA表面只對特定的AA—tRNA分子表現(xiàn)出特異性，且A位點結(jié)合aa—tRNA要求在P

位點上必須有肽酰tRNA存在

（4）肽基轉(zhuǎn)移酶活性位點

活性中心在大亞基上，位于P位點和A位點的連接處靠近tRNA的接受臂第七十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

（5）5srRNA位點（與tRNA進(jìn)入有關(guān)）

（6）EF—Tu位點

位于大亞基內(nèi)，與氨?；鵷RNA的結(jié)合有關(guān)

（7）EF—G轉(zhuǎn)位因子結(jié)合位點

大亞基靠近小亞基的界面處

（8）E位點（包括兩個：脫?；鵷RNA和多肽的逐出位點）

?E1為脫?；鵷RNA離開核糖體提供出口?E1對蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性起重要作用?E2為多肽離開核糖體提供出口（占核糖體1／3）延伸因子的結(jié)合位點第七十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日PeptidyltransferaseEF-Tusite第七十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日E2位點膜fMet--tRNAmetf(Met--tRNAmeti)wayinPsite第七十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日脫酰基tRNA轉(zhuǎn)移至E位點使A位點出現(xiàn)有利于新的氨酰－tRNA結(jié)合的構(gòu)象（空間結(jié)構(gòu)改變）；當(dāng)新的氨酰－tRNA與A位點結(jié)合后，使E位點結(jié)構(gòu)改變，脫酰基-tRNA脫離E位點第七十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.3.2rRNA5SrRNA細(xì)菌5SrRNA含有120或116個核苷酸5SrRNA有兩個高度保守的區(qū)域其中一個區(qū)域含有保守序列CGAAC，這是與tRNA分子TψC環(huán)上的GTψCG序列相互作用的部位，是5SrRNA與tRNA相互識別的序列另一個區(qū)域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，與23SrRNA中的一段序列互補，這是5SrRNA與50S核糖體大亞基相互作用的位點第八十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日16SrRNA長度在1475-1544個核苷酸之間，含有少量修飾堿基。該分子全部壓縮在30S小亞基內(nèi)3‘端一段ACCUCCUUA的保守序列，與mRNA5’端翻譯起始區(qū)富含嘌呤的序列互補靠近3'端處還有一段與23SrRNA互補的序列，在30S與50S亞基的結(jié)合中起作用第八十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日23SrRNA包括2904個核苷酸在大腸桿菌23SrRNA第1984～2001核苷酸之間，存在一段能與tRNAMet序列互補的片段，表明核糖體大亞基23SrRNA與tRNAMet的結(jié)合有關(guān)靠近5'端(143-157位核苷酸之間)有一段12個核苷酸的序列與5SrRNA上第72-83位核苷酸互補，表明在50S大亞基上這兩種RNA之間可能存在相互作用。核糖體50S大亞基上約有20種蛋白質(zhì)能不同程度地與23SrRNA相結(jié)合第八十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日5.8SrRNA長度為160個核苷酸，含修飾堿基。真核生物大亞基特有含有保守序列CGAAC（原核5SrRNA），可能是與tRNA作用的識別序列人類基因組中18S和5.8SrRNA基因的數(shù)量大大低于原來的估計第八十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日18SrRNA酵母18SrRNA由1789個核苷酸組成3'端與大腸桿菌16SrRNA有廣泛的同源性其中酵母18SrRNA、大腸桿菌16SrRNA和人線粒體12SrRNA在3’端有50個核苷酸序列相同位于真核生物小亞基內(nèi)，與原核16SrRNA類似第八十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日28SrRNA長度約在3890～4500bp左右，具體功能不清綜上，rRNA之間以及rRNA與tRNA及mRNA之間存在有機的聯(lián)系，這種關(guān)系是建立在序列互補或同源的基礎(chǔ)之上的第八十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.3.3核糖體的功能核糖體存在于每個進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的細(xì)胞中。盡管在不同生物體內(nèi)其大小有別，但組織結(jié)構(gòu)基本相同，而且執(zhí)行的功能完全相同。第八十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第八十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核糖體小亞基功能對模板mRNA進(jìn)行序列特異性識別提供mRNA的結(jié)合位點大腸桿菌中與翻譯真實性有關(guān)的蛋白質(zhì)S4及S12也屬小亞基第八十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核糖體大亞基功能負(fù)責(zé)攜帶AA及tRNA肽鍵的形成AA-tRNA、肽基-tRNA的結(jié)合A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等在大亞基上第八十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核糖體游離大小亞基70S/80S的顆粒翻譯起始翻譯進(jìn)程肽鏈釋放第九十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核糖體（70S）游離大小亞基70S/80S的顆粒Mg2＋<10-3mol/LMg2＋≈

10-2mol/L大腸桿菌體外反應(yīng)體系第九十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.4蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機制蛋白質(zhì)是生物活性物質(zhì)中最重要的大分子組分，生物有機體的遺傳學(xué)特性要通過蛋白質(zhì)來得到表達(dá)。蛋白質(zhì)的生物合成包括氨基酸活化、肽鏈的起始、伸長、終止以及新合成多肽鏈的折疊和加工，現(xiàn)將各階段的必需成分列于下表。第九十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第九十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.4.1氨基酸的活化第一步反應(yīng)第二步反應(yīng)AA+tRNAAA-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶Mg2+AA-AMP-E＋tRNAAA-tRNA＋AMP＋EAA＋ATP＋EAA-AMP-E＋AMP＋PPi

第九十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一步反應(yīng)AA＋ATP＋E—→AA-AMP-E＋AMP＋PPi

第九十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第二步反應(yīng)AA-AMP-E＋tRNA—→AA-tRNA＋AMP＋E第九十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日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類酶直接將氨酰基轉(zhuǎn)移至3’–OH上第九十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日◆高度特異性（活化位點）對氨基酸有極高的專一性對tRNA具有極高專一性反密碼子第二套遺傳密碼系統(tǒng)◆校對作用（水解位點）◆只作用于L-氨基酸t(yī)RNA氨基酰-tRNA合成酶ATP氨基酰tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase，aaRS)◆存在于所有的生物體，定位于胞液中◆與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)第九十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第九十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日IleHCOOH

CH3—CH2—C—CHCH3NH2

ValHCOOH

CH3—C—CH

CH3NH2

Ile-RSInvitro

200X1X∨Val-tRNAIle

錯誤負(fù)載機率

1/200

!Invivo

Val:Ile=5:1

但實際測定的錯譯機率僅為1/12000?!

Val-tRNAIle

錯誤負(fù)載機率1/40!!Val:Ile=1:1（異亮氨酸）（纈氨酸）第一百頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日IVBHVal—AMPBHBHaa-tRNAloadingBHVIIle分子構(gòu)型大于ValVal進(jìn)入B位點并進(jìn)入H位點而被降解Ile進(jìn)入B位點但不能進(jìn)入H位點B，結(jié)合位點H，水解位點第一百零一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日◆AA-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet◆起始肽鏈合成的AA-tRNA

真核生物：Met-tRNAiMet

原核生物：fMet-tRNAffMet第一百零二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)合成起始需要：

核糖體大、小亞基起始tRNA

幾十個蛋白質(zhì)因子

ATP、Mg2+第一百零三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核真核功能

IF1

IF2

eIF2參與起始復(fù)合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結(jié)合

eIF4ABF參與尋找第一個AUG

eIF5協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放

eIF6協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離

EF-Tu

eEF1

協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體延長EF-Ts

eEF1

幫助EF-Tu、eEF1周轉(zhuǎn)

EF-G

eEF2移位因子終止RF-1eRF釋放完整的肽鏈

RF-2因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic)第一百零四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日原核生物起始復(fù)合物形成：30S+mRNA=mRNA30S+fMet-tRNAifMet=mRNA30SfMet-tRNAifMet+50S=mRNA30SfMet-tRNAifMet50S第一百零五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日真核生物起始復(fù)合物形成：40S+=mRNA40S+Met-tRNAiMet=mRNA40SMet-tRNAiMet+60S=mRNA40SMet-tRNAiMet60SMet-tRNAiMet第一百零六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日起始復(fù)合物的生成需要：

GTP提供能量

Mg2+、NH4+3個起始因子（IF-1、IF-2、IF-3

）與30S小亞基結(jié)合松散，用1mol/LNH4Cl可解離第一百零七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.4.2翻譯的起始細(xì)菌中翻譯的起始需要如下7種成分:①30S小亞基，②模板mRNA，③fMet-tRNAfMet，④3個翻譯起始因子(IF-l、IF-2和IF-3)，⑤GTP，⑥50S大亞基，⑦M(jìn)g2＋。翻譯起始又可被分成3步。第一百零八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核蛋白體大小亞基分離IF-3IF-1第一百零九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核蛋白體大小亞基分離第一百一十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日mRNA在小亞基定位結(jié)合S-D第一百一十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日起始氨基酰tRNA結(jié)合到小亞基S-D第一百一十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日核蛋白體大亞基結(jié)合形成起始復(fù)合物IF-2GDPPPiIF-3IF-1第一百一十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日真核生物翻譯起始復(fù)合物形成60S40SeIF-2BeIF-3eIF-6①60S40SeIF-3②Met40SMet40SMet40SMetmRNA③④eIF-5Met-tRNAiMet－eIF-2－GTPATPADP+PieIF4E,eIF4G,eIF4B,eIF4A,PAB各種eIF釋放ADP+Pi第一百一十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日1、起始tRNA與起始密碼子的識別

（1）細(xì)菌?tRNAMetf

能識別AUG、GUG?tRNAMetf

＋Met……….fMet---tRNAf

轉(zhuǎn)甲酰酶第一百一十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日?tRNAMetm識別內(nèi)部的AUG，內(nèi)部GUG由tRNAValm識別

（2）Euk中tRNAMetitRNAMetm

?tRNAfMetf接受臂的兩個堿基均為不配對狀態(tài)

（3）線粒體中Met甲?；?/p>

（4）tRNAfMetf和tRNAMetm

結(jié)構(gòu)上存在差異?tRNAfMetf.....TψCA，而tRNAMetm…..TψCG?反密碼子的3’端臨位

tRNAfMetf…AtRNAMetm…烷基化的A第一百一十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日起始tRNA的結(jié)構(gòu)G-CG烷基化的A第一百一十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百一十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日2、起始復(fù)合物的生成

（1）起始因子及30S亞基與mRNA的結(jié)合?Prok.的三種起始因子（initiationfactorIF）

參與蛋白質(zhì)合成起始的可溶性蛋白因子－－輔助

起始復(fù)合物：核糖體、mRNA、aa--tRNA三元復(fù)合物

三種IF分別為：IF1IF2IF3IF1---------加強IF2、IF3的酶活第一百一十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日IF2---------促使fMet---tRNAMetf選擇性的結(jié)合在

30S亞基上30S---IF3+mRNA30S+IF3+mRNA（30S復(fù)合物）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a、30S亞基與mRNA的結(jié)合IF3+30S第一百二十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百二十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百二十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日☆I(lǐng)F3－－賦予30S亞基與mRNA結(jié)合的能力（30S亞基沒有與mRNA主動結(jié)合的能力）☆SD序列控制起始復(fù)合物形成的頻率……翻譯產(chǎn)物數(shù)量☆I(lǐng)F3使30S亞基不能與50S亞基結(jié)合（形狀…..）☆30S亞基與mRNA的結(jié)合

SD與16SrRNA的3’端………☆30S復(fù)合物中，起始codon正好位于P位點，且只有

fMet—tRNAfMetf才能進(jìn)入第一百二十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日(2)起始tRNA的結(jié)合

IF2+fMet---tRNAfIF2---fMet---tRNAf

＋30S---IF3---mRNA30S---IF3---mRNA---IF2---fMet---tRNAf---GTPGTP◆IF2與起始tRNA之間作用嚴(yán)格專一很強的GTP酶活性第一百二十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

（3）70S起始復(fù)合物的形成a、IF3游離

30S---IF3---mRNA---IF2---fMet---tRNAf---GTP

與50S亞基的結(jié)合導(dǎo)致（IF3與50S亞基的競爭）b、70S起始復(fù)合物形成50S亞基的結(jié)合激活I(lǐng)F2的GTP酶活性，水解

GTP并解離下來（IF1）GTP水解釋放的能量改變兩者的構(gòu)象IF－－－輔助因子

形成30S---mRNA---fMet---tRNA---50S第一百二十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日IF2---fMet---tRNAf結(jié)合上來第一百二十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日c、Met的甲?；某ァ?.合成到15～30個AA3、Euk蛋白質(zhì)合成的起始

（1）機制與Prok.基本相同，差異主要是所涉及的因素本身的差異所導(dǎo)致◎去甲?；福?xì)菌、線粒體）◎氨肽酶去除Met甲?；被彪拿溉ゼ柞；傅谝话俣唔摚惨话倬攀唔?，2022年，8月28日a、核糖體較大b、mRNA是單順反子c、其mRNA具有m7GpppNp帽子結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致起始時識別信號的差異d、Met---tRNAMet不甲酰化e、有較多的起始因子（2）Euk蛋白質(zhì)合成的起始因子第一百二十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百二十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日（3）起始機制

對AUG的識別涉及：Euk蛋白質(zhì)合成起始中的重要參與者：

＊密碼子與反密碼子的配對

＊起始AUG上下文結(jié)構(gòu)特點的作用Met—tRNAi

核糖體AUG上下文特點

eIF–2作用eIF-4F第一百三十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日修飾的帽子小亞基連接到修飾的帽子小亞基遷移到連接位點第一百三十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日eIF-2MetMetMet第一百三十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百三十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.4.3

肽鏈的延伸

EF—Tu--GTP+AA--tRNA三元復(fù)合物起始tRNA不能結(jié)合，保證了……..Prok肽鏈的延伸以氨酰－tRNA進(jìn)入70S起始復(fù)合物的A位為標(biāo)志（第一個進(jìn)位過程）1、后續(xù)AA-tRNA與核糖體結(jié)合

（1）三元復(fù)合物生成EF—Tu+GTPAA--tRNA·EF—Tu·GTPmRNA內(nèi)部的AUG不會被起始tRNA讀出，肽鏈中間不會出現(xiàn)甲酰甲硫氨酸第一百三十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

（2）三元復(fù)合物進(jìn)入A位§要求P位點被起始氨酰tRNA或肽酰－tRNA占據(jù)§同時，EF-Tu催化GTP水解，釋放EF—Tu—GDP

（3）Ts循環(huán)（Tu—Ts循環(huán)）EF—Ts能夠使EF—Tu—GDP轉(zhuǎn)變?yōu)镋F—Tu—GTP

因為-----EF—Tu—GDP不能有效地結(jié)合氨酰基—tRNA

循環(huán)過程：

EF—Tu—GDPEF--TsEF—Tu—EF--TsGTP取代EF—Tu--GTP第一百三十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百三十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百三十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日2、肽鍵生成（轉(zhuǎn)肽反應(yīng)）

（1）肽酰轉(zhuǎn)移酶（peptidyltransferase）☆位于核糖體大亞基，催化肽鍵生成☆若干蛋白質(zhì)、23SrRNA、5SrRNA

（2）形成過程：把兩個氨酰－tRNA定位于調(diào)準(zhǔn)的位置將處于P位的甲酰甲硫氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到A位的氨?；璽RNA的氨基上形成肽鍵肽鏈延伸一個AA第一百三十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日進(jìn)位TuTsGTP是指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使氨基酰－tRNA進(jìn)入核蛋白體A位第一百三十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日fMetGTPTuGDPTsGTPfMet第一百四十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日E位fMet轉(zhuǎn)位（成肽）是轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成的過程第一百四十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日E位fMet移位在轉(zhuǎn)位酶的作用下，促進(jìn)核糖體向mRNA的3‘測移動，使新形成的肽酰tRNA和mRNA相對位移由A位進(jìn)入核蛋白體P位，而卸載的tRNA進(jìn)入E位第一百四十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日E位fMetAA3TuGTP移位第一百四十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日進(jìn)位轉(zhuǎn)位移位第一百四十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百四十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百四十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

（1）需要GTP和延伸因子EF—Ga、過程：

EF—G和GTP結(jié)合-------核糖體中具有GTP酶活性的蛋白GTP水解--------A位生成的肽基轉(zhuǎn)移到P位，P位空載的tRNA

進(jìn)入E位（此過程mRNA移動了一個密碼子）3、移位（translocation）⊙肽鍵生成后，核糖體沿mRNA

向前移動一個密碼子的距離◎延伸的實質(zhì)：即核糖體沿mRNA移動的實質(zhì)---tRNA的移動第一百四十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百四十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百四十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日tRNA和mRNA以相同的方向沿核糖體移動第一百五十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日b、EF—G和GDP必須釋放→→→下一個三元復(fù)合物進(jìn)位

c、抗生素甾酸酶素（fusidicacid）實驗證實d、核糖體固有的移位性質(zhì)可被EF—G所催化抗生素甾酸酶素能使核糖體停在移位后的狀態(tài)（其穩(wěn)定了EF－G與GDP核糖體的構(gòu)象）實驗表明：EF—G不存在時核糖體也可以發(fā)生移位第一百五十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日延伸第一百五十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百五十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4、兩類延伸因子的交替作用使肽鍵生成和移位有條不紊的進(jìn)行第一百五十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百五十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日★EF—G和GTP的結(jié)合要求EF—Tu離開核糖體，新的氨?；璽RNA進(jìn)入A位要求EF－G離開核糖體★氨?；猼RNA三元復(fù)合物（EF--Tu）進(jìn)入A位點必須要求P位點被肽?！猼RNA占據(jù)而A位點空載

EF—G和GTP結(jié)合……..只有在肽鍵生成后，肽基轉(zhuǎn)移到A位、P位tRNA空載★兩種延伸因子交替與核糖體發(fā)生相互作用，使肽鍵生成和移位有條不紊的進(jìn)行第一百五十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日5、Euk肽鏈的延伸

（1）與Prok相似﹡eEF—1取代EF—Tu和EF—Ts﹡eEF—2取代EF—G﹡真菌------eEF—3參與(維持翻譯的準(zhǔn)確性)

（2）eEF—1大多數(shù)由α、β、γ、δ四個亞基eEF--1α－－－－與GTP結(jié)合

﹡酵母中過量表達(dá)可導(dǎo)致翻譯忠實性的提高、果蠅中可延長其壽命第一百五十七頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日﹡衰老過程中，eEF—1α活性下降因此-------衰老過程中可能伴隨著翻譯忠實性的下降﹡大量表達(dá)還可以提高細(xì)胞的生長能力

一些影響細(xì)胞生長的因素也可以引起細(xì)胞內(nèi)eEF—1α的大量表達(dá)，如：癌基因v—fos的誘導(dǎo)（3）有些資料表明：eEF—2并不是延伸所必須，只起到加速的作用第一百五十八頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日6、GTP的作用

（1）使各種翻譯因子與tRNA或核糖體易于以非共價鍵結(jié)合；水解成GDP和Pi的反應(yīng)是釋放結(jié)合因子的信號Prok------IF2、EF—Tu、EF—GEuk------eIF—2、eEF—1、eEF—2☆GTP是一種變構(gòu)因子

（2）GTP水解釋放的能量提高核糖體結(jié)合氨酰－tRNA和移位的能力（3）GTP還有使翻譯準(zhǔn)確的功能（為去除A位不正確的氨酰－tRNA提供能量）第一百五十九頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百六十頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日4.4.4多肽鏈合成的終止第一百六十一頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

1、所需條件

（1）終止信號：終止密碼子Prok和Euk都是：UAA、UAG、UGA

（2）釋放因子：a、RFProk中，RF1----識別UAA和UAGRF2----識別UAA和UGARF3----刺激RF1和RF2的活性第一百六十二頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日Euk中只有eRF-----識別三種終止密碼子b、RRf（ribosomereleasingfactor）核糖體釋放因子2、終止機制

（1）Proka、RF作用于A位點（需要P位被肽酰－tRNA所占據(jù)）b、體外實驗證實，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互作用第一百六十三頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日c、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d、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e、RRF使核糖體與mRNA和脫?；璽RNA與終止因子分離（GTP、EF--G）第一百六十四頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日RF第一百六十五頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日第一百六十六頁，共一百九十七頁，2022年，8月28日

原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計算第一個氨基酸參入需消耗3個（活化2+起始1）以后每摻入一個AA需要消耗4個（活化2+進(jìn)位1個+移位1個）。結(jié)論：每合成一個肽鍵至少消耗4個~P。aa活化1