生物化學第十三章蛋白質(zhì)的生物合成課件

第十三章蛋白質(zhì)的生物合成翻譯翻譯(translation)：根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程。

翻譯的過程十分復雜，幾乎涉及到細胞內(nèi)所有種類的RNA和幾十種蛋白質(zhì)因子。原料：20種L-氨基酸；3種RNA：mRNA,tRNA,rRNA酶：氨基酰tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶兩種高能核苷酸：ATP、GTP金屬離子：K+、Mg2+（促進肽鍵形成)第一節(jié)RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的重要功能一、mRNA和遺傳密碼真核mRNA在核質(zhì)內(nèi)合成時是一種大分子量的mRNA前體，叫核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。hnRNA經(jīng)過細胞內(nèi)加工為成熟的mRNA，轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)行使其功能。mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板，其核苷酸排列順序取決于相應DNA的堿基排列順序，它又決定了所形成的蛋白質(zhì)多肽鏈中的氨基酸的排列順序。

原核生物mRNA分子結(jié)構(gòu):真核生物mRNA分子結(jié)構(gòu)：㈠、遺傳密碼的破譯mRNA都是由4種核苷酸構(gòu)成，而組成多肽的氨基酸有20種；4種核苷酸與20種氨基酸怎樣對應起來？顯然，必須是幾個核苷酸的組合編碼一個氨基酸才能應付局面。用數(shù)學方法很容易算出：3個相鄰的核苷酸→1種氨基酸，有43種排列→64種密碼子在mRNA鏈上以相鄰的三個核苷酸為一組，起編碼多肽鏈中一種氨基酸的作用，叫密碼子(codon)。由于它是相鄰的三個核苷酸又稱三聯(lián)體密碼(tripletcode)。

早在1961年，Nirenberg等人在大腸桿菌的無細胞體系中外加poly(U)模板、20種標記的氨基酸，經(jīng)保溫后得到了多聚phe-phe-phe，于是推測UUU編碼phe。利用同樣的方法得到CCC編碼pro，GGG編碼gly，AAA編碼lys。如果利用poly(UC)，則得到多聚Ser-Leu-Ser-Leu，推測UCU編碼Ser，CUC編碼Leu，因為poly(UC)有兩種讀碼方式：UCU－CUC和CUC－UCU。在64個密碼子中有61個編碼氨基酸，3個不編碼任何氨基酸而起肽鏈合成的終止作用，稱為終止密碼子，它們是UAA、UAG、UGA，密碼子AUG（編碼Met）又稱起始密碼子。㈡、遺傳密碼的特性1.密碼的無標點性、無重疊性編碼一個肽鏈的所有既不重疊也不間隔，從起始密碼子到終止密碼子構(gòu)成一個完整的讀碼框架（不包括終止子）。那么如果在閱讀框中插入或刪除一個堿基就會使其后的讀碼發(fā)生移位性錯誤，稱為移碼突變。密碼子的專一性主要由前兩位堿基決定的，而第三位堿基有較大的靈活性，Click將第三位堿基的這一特性稱為擺動性（wobble）。

密碼子第三位堿基與反密碼子第一位堿基不嚴格互補，但不影響翻譯正確。3.密碼子的擺動性問：細胞內(nèi)有幾種tRNA？當遺傳密碼破譯后，由于有61個密碼子編碼氨基酸，于是人們預測細胞內(nèi)有61種，但事實上絕大多數(shù)細胞內(nèi)只有50種左右，Crick也正是在這種情況下提出了搖擺假說并合理解釋了這種情況。根據(jù)搖擺性和61個密碼子，經(jīng)過仔細計算，要翻譯61個密碼子至少需要31種tRNA，外加1個起始tRNA，共需32種。但是，在葉綠體和線粒體內(nèi)，由于基因組很小用到的密碼子少，因此，葉綠體內(nèi)只有30種左右tRNAs，線粒體只有24種。病毒、原核細胞、真核細胞都用同一套遺傳密碼子表，叫密碼的通用性。目前只發(fā)現(xiàn)線粒體和葉綠體內(nèi)有例外情況，這也是如火如荼的轉(zhuǎn)基因的前提。4.密碼子的通用性tRNA的二、三級結(jié)構(gòu)tRNA的功能㈠、3’端接受氨基酸氨基酸t(yī)RNA氨酰tRNA㈡、識別mRNA鏈上的密碼子反密碼子密碼子反密碼子與mRNA鏈上密碼子反向互補配對，保證了氨基酸按照密碼子所規(guī)定的順序進入肽鏈。㈢、連接多肽鏈和核糖體核糖體多肽鏈tRNA在多肽鏈合成過程中，多肽鏈通過tRNA暫時結(jié)合在核糖體的正確位置，直到多肽合成終止才從核糖體上脫落下來。可以說tRNA是一個萬能接頭：⑴對氨酰-tRNA合成酶的識別位點（接頭合成酶）⑵3端-CCA上的氨基酸運載位點（接頭氨基酸，裝載）⑶對核糖體的識別位點（將氨基酸運送到目的地）⑷反密碼子位點（接頭mRNA，驗貨并卸載）原核生物真核生物原核生物核糖體核糖體的有兩個重要的功能部位：A部位：氨?；课?，接受氨?；鵷RNAP部位：肽酰基部位，起始氨酰tRNA或延伸的肽基tRNA結(jié)合的部位，及tRNA被釋放的部位。A位P位氨?；鵷RNA肽?；鵷RNA第二節(jié)原核生物蛋白質(zhì)的合成過程氨基酸活化起始階段進位過程延長階段成肽終止階段轉(zhuǎn)位翻譯從mRNA5′→3′5′AUG→3′UAA、UAG、UGA

肽鏈延長方向N端→C端一、氨基酸的活化氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白質(zhì)生物合成的第一步，由氨酰tRNA合成酶催化。氨酰tRNA合成酶既能識別氨基酸，又能識別tRNA。ATP氨基酸氨酰AMPtRNA氨酰tRNA①

氨基酸+ATP+E→

[氨酰-AMP-E]+ppi②

[氨酰-AMP-E]+tRNA→

氨酰-tRNA+AMP+EtRNAGlnGln-tRNAsynthetaseAminoacidarmAnticodonarmATP3個結(jié)合位點氨酰tRNA合成酶氨酰AMP氨酰tRNA①②③氨酰tRNA合成酶既能識別相應的氨基酸，又能識別與此氨基酸相對應的一個或多個tRNA分子。因此把這種氨酰tRNA合成酶與tRNA分子間的相互作用稱為第二套遺傳密碼（secondgeneticcodon）。二、合成起始內(nèi)部密碼子：tRNAMet

→

Met-tRNAMet起始密碼子：tRNAfMet

→

fMet-tRNAfMet

AUG既是起始密碼子，又是肽鏈內(nèi)部甲硫氨酸密碼子。如何區(qū)分：①起始AUG處于mRNA的特殊部位，比如原核生物5’有SD序列；②攜帶甲硫氨酸的tRNA不同，分別是tRNAfMet

、tRNAMet

。甲酰甲硫氨酸①

甲硫氨酸+tRNAf+ATP

→Met-tRNAf+AMP+PPiN10甲酰四氫葉酸四氫葉酸1.甲酰甲硫氨酸的形成②N10甲酰四氫葉酸+Met-tRNAf

→四氫葉酸+fMet-tRNAf轉(zhuǎn)甲酰酶2.蛋白質(zhì)合成起始需要:30S核糖體亞基；50S核糖體亞基；mRNA；fMet-tRNAfMet；

3個起始因子（IF1、IF2、IF3）；

Mg2+等。3個起始因子的功能：IF1：無專一功能，增加IF-2，IF-3活性。IF2：促進fMet-tRNAf與30S亞基結(jié)合。IF3：與30S亞基結(jié)合，阻止30S亞基與50S亞基過早結(jié)合。①②③3.蛋白質(zhì)合成起始過程30s.IF1.IF3.mRNAIF2.GTP.fMet-tRNAfmRNA.30s.fMet-tRNAf

.IF2.GTP.IF1.IF3IF-3mRNA.70s.fMet-tRNAf50SIF-1IF-2.GDP三、肽鏈的延伸肽鏈的延伸需要：70S起始復合體、第二個氨酰tRNA、3種延伸因子（EF-Tu、EF-Ts、EF-G）、GTP等。EF-TU,EF-TS:共同促使氨酰-tRNA進入核糖體的A位，具有GTP酶活性。EF-G:具有GTP酶活性，促使肽酰-tRNA位移至P位及空的tRNA離開核糖體。1.進入氨酰-tRNA與核糖體A位結(jié)合。消耗1分子GTP。2.轉(zhuǎn)肽核糖體A位和P位上的氨基酸間形成肽鍵。3.移位核糖體延mRNA的5’→3’方向移動一個密碼子。移位酶肽鏈的延伸進入轉(zhuǎn)肽移位3.移位核糖體延mRNA的5’→3’方向移動一個密碼子。移位酶四、肽鏈的終止釋放因子(RF)：終止肽鏈合成并將其從核糖體上釋放出來的一類蛋白質(zhì)因子。終止密碼子：UAA、UAG、UGARF1:UAA、UAGRF2:UAA、UGARF3:與GTP結(jié)合，并促進RF1和RF2與A位點結(jié)合。肽鏈的終止五、蛋白質(zhì)合成中GTP的作用氨基酸活化2ATP/AA起始1GTP延長2GTP/cycle終止1GTP思考題：合成100個氨基酸的多肽需要消耗多少個高能磷酸鍵？(400)1.名詞解釋2.遺傳密碼如何編碼？有哪些基本特性？中心