蛋白質(zhì)的生物合成-翻譯課件

第十四章

蛋白質(zhì)的生物合成---翻譯(translation)遺傳密碼蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制氨基酸的活化肽鏈合成的起始肽鏈合成的延長(zhǎng)肽鏈合成的終止和釋放1可編輯課件PPT

中心法則指出，遺傳信息的表達(dá)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(yǔ)言翻譯成另一種語(yǔ)言時(shí)的情形相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過(guò)程為翻譯(translation)。

翻譯過(guò)程十分復(fù)雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和多種蛋白因子參與。在此過(guò)程中mRNA為合成的模板，tRNA為運(yùn)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(chǎng)所，蛋白質(zhì)合成的方向?yàn)镹—C端。2可編輯課件PPT遺傳信息流動(dòng)示意圖3可編輯課件PPT4可編輯課件PPT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(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼

(tripletcoden)。

。5可編輯課件PPT遺傳密碼表6可編輯課件PPT2.遺傳密碼的基本特點(diǎn)密碼子是近于完全通用(universal)的。密碼間無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)且相鄰密碼子互不重疊。密碼的簡(jiǎn)并性(degeneracy)：由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并，對(duì)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(dòng)性(wobble):轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見(jiàn)的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。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。7可編輯課件PPT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)致移碼突變(frameshiftmutation)。插入缺失8可編輯課件PPT密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)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,CUG9可編輯課件PPT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(yùn)工具mRNA是模板10可編輯課件PPT（一）mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板mRNA(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)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(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋?cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)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?lè)醋?polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋?singlecistron)

。

11可編輯課件PPT原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5′3′順?lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋硬迦腠樞虿迦腠樞蛳葘?dǎo)區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)半衰期短許多原核生物mRNA以多順?lè)醋有问酱嬖贏UG作為起始密碼；AUG上游7～12個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。12可編輯課件PPTSD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密碼上游約10個(gè)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(bǔ)。4.在IF3、IF1促進(jìn)下和30S亞基結(jié)合。13可編輯課件PPT起始密碼SD序列14可編輯課件PPT真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5′“帽子”P(pán)olyA

3′

順?lè)醋觤7G-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(kāi)始合成蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

AAAAAAA-OH15可編輯課件PPT(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(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體。1.tRNA的結(jié)構(gòu):

(1)3’端的氨基酸結(jié)合位點(diǎn)

(2)識(shí)別氨酰-tRNA合成酶位點(diǎn)

(3)核糖體識(shí)別位點(diǎn)

(4)反密碼子

16可編輯課件PPT17可編輯課件PPT2.反密碼子與密碼子的”擺動(dòng)配對(duì)”18可編輯課件PPT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(dòng)配對(duì)123123自由度的大小由tRNA反密碼子第一位堿基的種類決定19可編輯課件PPT3、”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(duì)應(yīng)的一種和幾種tRNA結(jié)合.原核細(xì)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(duì)決定攜帶專一氨基酸的作用稱為第二套遺傳密碼20可編輯課件PPT(三)、核糖體1.核糖體的組成21可編輯課件PPT2.核糖體的結(jié)構(gòu)原核細(xì)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）50S5

3

mRNA30S22可編輯課件PPTanticodoncodon23可編輯課件PPT24可編輯課件PPT三．蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制（原核生物）氨基酸的活化肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)－“核糖體循環(huán)”肽鏈合成的終止蛋白質(zhì)的加工、修飾25可編輯課件PPT(一)、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)的催化下進(jìn)行氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶26可編輯課件PPT第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨酰-AMP-E

＋PPi

27可編輯課件PPT第二步反應(yīng)氨酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨酰-tRNA＋AMP

＋

E28可編輯課件PPTtRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP29可編輯課件PPT(二)、肽鏈合成的起始－７０Ｓ復(fù)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(hào)起始fmet-tRNAmetGTP三種可溶性起始因子(initiationfactorsIF)30可編輯課件PPT2.N-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成轉(zhuǎn)甲酰基酶N10-甲酰FH4FH4Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMet

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

CH2

CH2

S

CH331可編輯課件PPT3.三種起始因子IF1IF2

IF3輔助IF3有GTP酶活性特異識(shí)別fmet-tRNAimet形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP促進(jìn)30S小亞基結(jié)合mRNA終止時(shí)：促使核糖體解離32可編輯課件PPT1.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(shí)別、結(jié)合IF1、IF3協(xié)助

fmet-tRNAfmet-IF2-GTP通過(guò)其反密碼與mRNA上的起始密碼AUG相配對(duì)4.30s起始復(fù)合物形成33可編輯課件PPTIF3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(fù)合物形成70s起始復(fù)合物組成34可編輯課件PPTIF-3IF-1核蛋白體大小亞基分離35可編輯課件PPTAUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亞基定位結(jié)合36可編輯課件PPTIF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'37可編輯課件PPTIF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'38可編輯課件PPTIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi39可編輯課件PPT30S50S40可編輯課件PPT

(三).肽鏈的延長(zhǎng)（進(jìn)位、成肽、移位）所需的條件70S起始復(fù)合物延長(zhǎng)tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸延長(zhǎng)因子(elongationfactors

EF)GTP

肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)移位(translocation)41可編輯課件PPT1.進(jìn)位

氨基酰-tRNA根據(jù)遺傳密碼的指引，進(jìn)入核糖體的受位。又稱注冊(cè)(registration)參與的延長(zhǎng)因子EF-Tu：協(xié)助AA-tRNA進(jìn)入A位具有GTP酶活性EF-Ts：促進(jìn)EF-Tu的再利用42可編輯課件PPT43可編輯課件PPTTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP44可編輯課件PPT2.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(jìn)行（P位上的f-met退至A位）生成的二肽在A位上。P位：無(wú)負(fù)載tRNA45可編輯課件PPT46可編輯課件PPT3.移位

在A位的二肽鏈連同mRNA從A位進(jìn)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(gè)氨酰-tRNA進(jìn)入mRNA：從5’3’

移動(dòng)1個(gè)帶有肽鏈的tRNA：從A位B位肽鏈合成：從N端C端延長(zhǎng)P位上無(wú)負(fù)載的tRNA在肽鍵形成前從E位脫落。47可編輯課件PPT48可編輯課件PPTfMetAUG5'3'fMetTuGTP49可編輯課件PPT合成中能量的消耗70S復(fù)合物形成時(shí)的能量消耗延長(zhǎng)時(shí)的能量消耗

活化:2個(gè)ATP70S復(fù)合物形成時(shí)消耗1個(gè)ATP每合成一個(gè)肽鍵，消耗4個(gè)高能磷酸鍵活化：2個(gè)ATP進(jìn)位：1個(gè)GTP移位：1個(gè)GTP50可編輯課件PPT(四).肽鏈合成的終止和釋放終止密碼的辨認(rèn)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(kāi)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(jìn)釋放結(jié)合GTP/GTP酶活性

51可編輯課件PPTUAG5'3'RFCOO-52可編輯課件PPT多核糖體一條mRNA鏈上同時(shí)具有許多個(gè)核糖體（每隔80核苷酸有一個(gè)核糖體）一條mRNA可同時(shí)合成多條多肽鏈53可編輯課件PPT(五).翻譯后加工一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾:N-端Met(fMet)去除二硫鍵的形成個(gè)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54可編輯課件PPT●分泌性蛋白的加工分泌性蛋白合成時(shí)帶有“信號(hào)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55可編輯課件PPT信號(hào)肽(signalpeptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白質(zhì)中,可被細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)識(shí)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(hào)肽顆粒識(shí)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(hào)肽對(duì)靶向輸送有決定作用。

56可編輯課件PPT信號(hào)肽顆粒識(shí)別、結(jié)合胞漿

帶有信號(hào)肽的分泌蛋白粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通道識(shí)別信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽肽鏈合并高爾基體進(jìn)一步加工分泌出胞外帶有信號(hào)肽的分泌性蛋白的加工、分泌的過(guò)程57可編輯課件PPTSRP:信號(hào)識(shí)別體信號(hào)肽的識(shí)別過(guò)程58可編輯課件PPT胰島素的加工過(guò)程59可編輯課件PPT●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60可編輯課件PPT高級(jí)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61可編輯課件PPT四.真核生物翻譯的特點(diǎn)：核糖體起始tRNA合成過(guò)程線粒體原核生物簡(jiǎn)單fmet-tRNAimet需ATP、GTPIF1、IF2、IF3EF-TU、EF-TS、EFGRF1、RF2、RF3

真核生物大而復(fù)雜

Met-tRNAimet需ATP起始因子多延長(zhǎng)因子少（EFT1、EFT2）一種釋放因子獨(dú)立的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)62可編輯課件PPT五.蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué)(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(xì)胞貧血原因：DNA中出現(xiàn)了一個(gè)堿基突變。63可編輯課件PPT正常人Hb(HbA)：β鏈N端第6個(gè)氨基酸為GluHbS：β鏈N端第6個(gè)氨基酸為Val導(dǎo)致：HbS攜氧能力下降,缺氧時(shí)RBC呈鐮刀狀，脆性增加，溶血64可編輯課件PPT(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(xì)菌毒素----白喉毒素對(duì)真核生物有劇毒的毒素，抑制蛋白質(zhì)的合成。65可編輯課件PPT●