蛋白質(zhì)的生物合成翻譯

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成翻譯第一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2

中心法則指出，遺傳信息的表達最終是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這種以mRNA上所攜帶的遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳遞，就好象以一種語言翻譯成另一種語言時的情形相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過程為翻譯(translation)。

翻譯過程十分復雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和多種蛋白因子參與。在此過程中mRNA為合成的模板，tRNA為運輸氨基酸工具，rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體，是合成蛋白質(zhì)的場所，蛋白質(zhì)合成的方向為N—C端。第二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三3遺傳信息流動示意圖第三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三4第四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三5一、遺傳密碼（geneticcode)1、概念遺傳密碼:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。密碼子(codon)：mRNA上每3個相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯(lián)體密碼

(tripletcoden)。

。第五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三遺傳密碼表第六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三72.遺傳密碼的基本特點密碼子是近于完全通用(universal)的。密碼間無標點符號且相鄰密碼子互不重疊。密碼的簡并性(degeneracy)

：由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并，對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymouscodon)。密碼子的擺動性(wobble):轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。64組密碼子中，AUG既是的密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。第七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致移碼突變(frameshiftmutation)。插入缺失第八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三9密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三10二、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠tRNA是氨基酸的轉(zhuǎn)運工具mRNA是模板第十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三11（一）mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板mRNA(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

第十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三12原核細胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)半衰期短許多原核生物mRNA以多順反子形式存在AUG作為起始密碼；AUG上游7～12個核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補而使mRNA與核糖體結(jié)合。第十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三13SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密碼上游約10個核苷酸處，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）3.能和原核生物核糖體小亞基的16srRNA相應(yīng)互補。4.在IF3、IF1促進下和30S亞基結(jié)合。第十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三14起始密碼SD序列第十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三15真核細胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點

5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細胞核進入細胞質(zhì)所必需的形式它大大提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

AAAAAAA-OH第十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三16(二).tRNA（transferribonucleicasid）

tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。1.tRNA的結(jié)構(gòu):

(1)3’端的氨基酸結(jié)合位點

(2)識別氨酰-tRNA合成酶位點

(3)核糖體識別位點

(4)反密碼子

第十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三第十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三182.反密碼子與密碼子的”擺動配對”第十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三19密碼

mRNA5’3’3’5’反密碼

tRNAGCUCGICAtRNA的反密碼子與mRNA分子上的密碼子擺動配對123123自由度的大小由tRNA反密碼子第一位堿基的種類決定第十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三203、”第二套遺傳密碼”貯存在mRNA的遺傳密碼稱為第一套遺傳密碼氨酰-tRNA合成酶只催化一種氨基酸和其相對應(yīng)的一種和幾種tRNA結(jié)合.原核細胞內(nèi)至少有32種tRNAtRNA分子上某些堿基能決定其攜帶氨基酸的專一性.氨酰-tRNA合成酶和tRNA之間的相互作用和tRNA分子中某些堿基對決定攜帶專一氨基酸的作用稱為第二套遺傳密碼第二十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三21(三)、核糖體1.核糖體的組成第二十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三222.核糖體的結(jié)構(gòu)原核細胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖P位（結(jié)合或接受肽基的部位）A位（結(jié)合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA30S第二十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三23anticodoncodon第二十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三第二十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三25三．蛋白質(zhì)合成的分子機制（原核生物）氨基酸的活化肽鏈合成的起始肽鏈的延長－“核糖體循環(huán)”肽鏈合成的終止蛋白質(zhì)的加工、修飾第二十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三26(一)、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)的催化下進行氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶第二十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三27第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨酰-AMP-E

＋PPi

第二十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三28第二步反應(yīng)氨酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨酰-tRNA＋AMP

＋

E第二十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三29tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第二十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三30(二)、肽鏈合成的起始－７０Ｓ復合物的形成1.所需的條件游離的核糖體大小亞基mRNA5’端的起始信號起始fmet-tRNAmetGTP三種可溶性起始因子(initiationfactorsIF)第三十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三312.N-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰FH4FH4Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMet

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCH3CHO-HN-CH-COO-tRNA

CH2

CH2

S

CH3第三十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三323.三種起始因子IF1IF2

IF3輔助IF3有GTP酶活性特異識別fmet-tRNAimet形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP促進30S小亞基結(jié)合mRNA終止時：促使核糖體解離第三十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三331.核糖體亞基的拆離2.mRNA在小亞基上就位3.fmet-tRNAfmet的結(jié)合

起始序列（SD序列）30S小亞基與mRNA識別、結(jié)合IF1、IF3協(xié)助

fmet-tRNAfmet-IF2-GTP通過其反密碼與mRNA上的起始密碼AUG相配對4.30s起始復合物形成第三十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三34IF3脫落50S大亞基結(jié)合GTPGDP+PiIF2、IF1脫落大小亞基mRNAfmet-tRNAimet

（結(jié)合于核糖體的P位<肽位>）5.70s起始復合物形成70s起始復合物組成第三十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-1核蛋白體大小亞基分離第三十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三AUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亞基定位結(jié)合第三十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'第三十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復合物形成AUG5'3'第三十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第三十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三30S50S第四十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三41

(三).肽鏈的延長（進位、成肽、移位）所需的條件70S起始復合物延長tRNA轉(zhuǎn)運氨基酸延長因子(elongationfactors

EF)GTP

肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進位(entrance)成肽(peptidebondformation)移位(translocation)第四十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三421.進位

氨基酰-tRNA根據(jù)遺傳密碼的指引，進入核糖體的受位。又稱注冊(registration)參與的延長因子EF-Tu：協(xié)助AA-tRNA進入A位具有GTP酶活性EF-Ts：促進EF-Tu的再利用第四十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三第四十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第四十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三452.成肽

酶肽鍵位置肽?；D(zhuǎn)移酶（大亞基）P位：f-met-（肽酰）的α-COO-+A位：氨基酰的α-NH4+

形成肽鍵A位：反應(yīng)在此位上進行（P位上的f-met退至A位）生成的二肽在A位上。P位：無負載tRNA第四十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三第四十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三473.移位

在A位的二肽鏈連同mRNA從A位進入P位酶位置方向結(jié)果移位因子----EFG有GTP酶活性協(xié)助核糖體沿mRNA前移,游離tRNA釋放P位：肽-tRNA-mRNAA位：空留,下一個氨酰-tRNA進入mRNA：從5’3’

移動1個帶有肽鏈的tRNA：從A位B位肽鏈合成：從N端C端延長P位上無負載的tRNA在肽鍵形成前從E位脫落。第四十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三48第四十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三fMetAUG5'3'fMetTuGTP第四十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三50合成中能量的消耗70S復合物形成時的能量消耗延長時的能量消耗

活化:2個ATP70S復合物形成時消耗1個ATP每合成一個肽鍵，消耗4個高能磷酸鍵活化：2個ATP進位：1個GTP移位：1個GTP第五十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三51(四).肽鏈合成的終止和釋放終止密碼的辨認肽鏈從肽酰-tRNA水解出mRNA從核糖體中分離及大小亞基的拆開終止因子(releasefactors)的參與UAA、UAG、UGAGTPGDP+PiIF3結(jié)合30小亞基RF1：作用于UAA、UAGRF2：作用于UGARF3：促進釋放結(jié)合GTP/GTP酶活性

第五十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三UAG5'3'RFCOO-第五十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三53多核糖體一條mRNA鏈上同時具有許多個核糖體（每隔80核苷酸有一個核糖體）一條mRNA可同時合成多條多肽鏈第五十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三54(五).翻譯后加工一級結(jié)構(gòu)的修飾:N-端Met(fMet)去除二硫鍵的形成個別氨基酸的修飾蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除多蛋白的加工羥化作用:羥脯氨酸羥賴氨酸酶活性中心的磷酸化分泌性蛋白一條合成后的多肽鏈經(jīng)加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)/多肽第五十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三55●分泌性蛋白的加工分泌性蛋白合成時帶有“信號肽”（signalpeptide)有些蛋白質(zhì)前體在合成結(jié)束后仍需切除其他肽段例如：胰島素的加工第五十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三56信號肽(signalpeptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白質(zhì)中,可被細胞轉(zhuǎn)運系統(tǒng)識別的特征性氨基酸序列,

約15-30AA(含疏水AA較多)。(2)作用：把合成的蛋白質(zhì)移向粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合(信號肽顆粒識別、結(jié)合)

把合成的蛋白質(zhì)送入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(3)信號肽對靶向輸送有決定作用。

第五十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三57信號肽顆粒識別、結(jié)合胞漿

帶有信號肽的分泌蛋白粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通道識別信號肽酶切除信號肽肽鏈合并高爾基體進一步加工分泌出胞外帶有信號肽的分泌性蛋白的加工、分泌的過程第五十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三SRP:信號識別體信號肽的識別過程第五十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三胰島素的加工過程第五十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三●多蛋白的加工

一條合成后的多肽鏈經(jīng)加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)/多肽第六十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三61高級結(jié)構(gòu)的修飾:亞基的聚合結(jié)合蛋白質(zhì)的合成輔基連接HbA亞單位聚合糖蛋白的合成輔基(輔酶)與肽鏈的結(jié)合第六十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三62四.真核生物翻譯的特點：核糖體起始tRNA合成過程線粒體原核生物簡單fmet-tRNAimet需ATP、GTPIF1、IF2、IF3EF-TU、EF-TS、EFGRF1、RF2、RF3

真核生物大而復雜

Met-tRNAimet需ATP起始因子多延長因子少（EFT1、EFT2）一種釋放因子獨立的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)第六十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三63五.蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(一)、分子病：蛋白質(zhì)分子中氨基酸序列異常的遺傳病。例如：鐮刀紅細胞貧血原因：DNA中出現(xiàn)了一個堿基突變。第六十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三64正常人Hb(HbA)：β鏈N端第6個氨基酸為GluHbS：β鏈N端第6個氨基酸為Val導致：HbS攜氧能力下降,缺氧時RBC呈鐮刀狀，脆性增加，溶血第六十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三65(二)、蛋白質(zhì)生物合成的阻斷劑1、抗菌素類阻斷劑2、作為蛋白質(zhì)合成阻斷劑的毒素細菌毒素----白喉毒素對真核生物有劇毒