遺傳信息傳遞與蛋白質(zhì)合成簡

遺傳信息傳遞與蛋白質(zhì)合成簡第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成一﹑遺傳信息翻譯的基本原理二﹑蛋白質(zhì)合成的場所——核糖體三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程四、肽鏈合成后的加工修飾五、蛋白質(zhì)的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成稱為翻譯，是以mRNA為模板，指導(dǎo)特定的氨基酸序列合成的過程。

參與翻譯的生物大分子包括核糖體、mRNA、tRNA及多種蛋白質(zhì)因子。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(一)mRNA攜帶指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的遺傳密碼遺傳密碼（geneticcode）：mRNA上的堿基排列順序。在mRNA鏈上3個相鄰的堿基可以決定一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體被稱為密碼子（codon）。一、遺傳信息翻譯的基本原理TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(一)mRNA攜帶指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的遺傳密碼遺傳密碼特點：一、遺傳信息翻譯的基本原理通用性（universal）：從原核生物到真核生物，幾乎所有生物體中的遺傳密碼都是通用的。簡并性（degeneracy）：多個密碼子決定同一氨基酸。連續(xù)性（commaless）：在翻譯過程中，遺傳密碼的閱讀是連續(xù)的。方向性（direction）：mRNA中密碼子的閱讀方向為5’→3’。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼表TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能識別mRNA上的密碼子又能攜帶特定的氨基酸t(yī)RNA識別mRNA上的密碼子：反密碼子（anticodon）的堿基互補配對作用。tRNA攜帶特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化。氨基酸的活化：氨基酸與ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP。氨基酸與tRNA的連接：活化氨基酸的氨?；晦D(zhuǎn)移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）并釋放AMP。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、遺傳信息翻譯的基本原理第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能識別mRNA上的密碼子又能攜帶特定的氨基酸擺動性（wobble）：密碼子的前兩位堿基在和反密碼子配對時，遵循正常的堿基互補配對原則，而第三位堿基的配對具有一定的靈活性。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、遺傳信息翻譯的基本原理第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天tRNA轉(zhuǎn)運氨基酸機制示意圖

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天二﹑蛋白質(zhì)合成的場所——核糖體核糖體是合成蛋白質(zhì)的機器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白質(zhì)。(一)核糖體是由rRNA和蛋白質(zhì)組成的大分子復(fù)合物TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天核糖體立體結(jié)構(gòu)模型

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所1.mRNA結(jié)合位點位于核糖體小亞基。原核生物30S小亞基通過16SrRNA的3’端與mRNA5’端起始密碼子上游SD序列（Shine-Dalgarnosequence）配對結(jié)合。真核生物中，核糖體40S小亞基識別mRNA的帽子結(jié)構(gòu)，使mRNA與核糖體結(jié)合。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二﹑蛋白質(zhì)合成的場所——核糖體第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所2.P位（peptidyl-tRNAsite）起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA結(jié)合的位置。3.A位（aminoacylsite）氨酰tRNA結(jié)合的位置。4.E位點(exitsite)肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA結(jié)合位點。5.延伸因子EF-G位與肽酰-tRNA從A位點轉(zhuǎn)移到P位點有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶的結(jié)合位點。6.轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）活性部位位于P位和A位的連接處，催化肽鍵的形成。7.參與蛋白質(zhì)合成的因子的結(jié)合部位TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二﹑蛋白質(zhì)合成的場所——核糖體第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(a)第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天ImportantBindingSitesontheProkaryoticRibosomeThismodelofribosomestructureshowstheA(aminoacyl)andP(peptidyl)sitesascavitiesontheribosomewherecharged(aminoacid-carrying)tRNAmoleculesbindduringpolypeptidesynthesis.ThemorerecentlypostulatedE(exit)siteisthesitefromwhichdischargedtRNAsleavetheribosome.ThemRNA-bindingsitebindsaparticularnucleotidesequencenearthe5’endofthemRNA,placingthemRNAintheproperpositionforthetranslationofitsfirstcodon.(a)Thediagrammaticrepresentationofaribosome.ThepairofhorizontaldashedlinesindicatewherethemRNAmoleculelies.(b)Amorerealisticrepresentation.Thebindingsitesarealllocatedatorneartheinterfacebetweenthelargeandsmallsubunits.(b)第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天核糖體上的主要功能位點TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程蛋白質(zhì)生物合成可分為五個階段：氨基酸的活化；多肽鏈合成的起始；肽鏈的延長；肽鏈的終止和釋放；蛋白質(zhì)合成后的加工修飾。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

(一)氨基酸活化是蛋白質(zhì)生物合成的預(yù)備階段氨基酸+tRNA+ATP氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

(二)起始復(fù)合物是翻譯起始階段的“蛋白質(zhì)裝配機”起始階段：指大亞基、小亞基、mRNA和具有啟動作用的起始氨基酰-tRNA裝配為起始復(fù)合物的過程。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

大腸桿菌細(xì)胞翻譯起始復(fù)合物的形成大腸桿菌細(xì)胞翻譯起始復(fù)合物形成的過程：核糖體30S小亞基附著于mRNA起始信號部位。30S前起始復(fù)合物的形成。70S起始復(fù)合物的形成。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子參與的核糖體循環(huán)過程

核糖體循環(huán)（ribosomecirculation）：肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)進行，每經(jīng)過一個循環(huán)肽鏈增加一個氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子參與的核糖體循環(huán)過程

核糖體循環(huán)包括三個步驟：進位（registration）：特異的氨酰-tRNA進入A位。成肽（peptideformation）：P位上的氨基酸連接到A位氨基酸的氨基，形成肽鍵。轉(zhuǎn)位（translocation）：核糖體沿mRNA5’端向3’端移動一個密碼子距離。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子

參與的核糖體循環(huán)過程

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈合成的終止過程(四)肽鏈合成終止過程1.終止密碼的辨認(rèn)當(dāng)A位上出現(xiàn)終止密碼時，釋放因子識別并結(jié)合到A位上。2.肽鏈和mRNA等從核糖體上釋出3.核糖體大小亞基解聚TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天多聚核糖體（polyribosome）：

多個核糖體結(jié)合到一個mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質(zhì)合成的功能單位。多聚核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天四、肽鏈合成后的加工修飾(一)一級結(jié)構(gòu)的修飾改變了多肽鏈氨基酸的性質(zhì)和組成肽鏈氨基端的修飾N-甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的去除：甲酰基經(jīng)脫甲?；杆猓琢虬彼峄蛘甙被说囊恍┌被釟埢砂彪拿杆?。新生多肽鏈不具有生物活性，需經(jīng)過化學(xué)修飾和加工處理才能形成具有天然構(gòu)象和生物學(xué)活性的功能蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天四、肽鏈合成后的加工修飾(一)一級結(jié)構(gòu)的修飾改變了多肽鏈氨基酸的性質(zhì)和組成2.共價修飾：磷酸化、糖基化、羥基化、甲基化、乙

?；投蜴I形成等。3.多肽鏈的水解修飾前體蛋白水解產(chǎn)生活性蛋白；多肽鏈經(jīng)水解后產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)或多肽。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)高級結(jié)構(gòu)的修飾包括亞基聚合、多肽折疊和輔基

連接亞基聚合：許多蛋白質(zhì)由兩個以上亞基構(gòu)成，需要各亞基通過非共價鍵聚合成多聚體才能表現(xiàn)出完整的生物活性，如人血紅蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁四、肽鏈合成后的加工修飾第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)高級結(jié)構(gòu)的修飾包括亞基聚合、多肽折疊和輔基

連接多肽折疊：新生肽鏈必須逐步折疊成天然空間構(gòu)象才能成為有活性的功能蛋白，折疊過程需要分子伴侶參與。分子伴侶蛋白有兩類：

①蛋白因子

②

酶輔基連接：有些結(jié)合蛋白和帶輔基的酶，合成后需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為天然功能蛋白質(zhì)。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁四、肽鏈合成后的加工修飾第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)不斷地被降解和被新合成的蛋白質(zhì)取代。蛋白的降解在細(xì)胞的生理活動中發(fā)揮著不可替代的作用。真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解主要有兩種途徑：1.泛素-蛋白酶體（ubiquitin-proteasome）途徑

特點：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)選擇性降解的重要途徑。五、蛋白質(zhì)的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天1.泛素-蛋白酶體（ubiquitin-proteasome）途徑過程：

五、蛋白質(zhì)的降解E1激活泛素分子，需要ATP供能；E2將泛素結(jié)合在被降解的蛋白質(zhì)上；E3識別并釋放泛素化的蛋白質(zhì)；蛋白酶體降解泛素化的蛋白質(zhì)。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)降解的泛素化反應(yīng)TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2.

溶酶體降解途徑特點：是非特異性蛋白質(zhì)降解途徑，蛋白質(zhì)在溶酶體通過ATP非依賴途徑被降解。過程：蛋白質(zhì)經(jīng)自噬形成自噬體，或內(nèi)吞作用進入細(xì)胞。經(jīng)溶酶體消化、分解為小分子氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁五、蛋白質(zhì)的降解第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)基因的信息傳遞與醫(yī)學(xué)一、基因表達調(diào)控異常與疾病二、蛋白質(zhì)降解異常與疾病三、基于原核生物和真核生物蛋白質(zhì)合成體

系差異的藥物研制TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天一、基因表達調(diào)控異常與疾病基因表達調(diào)控是高度有序的多級調(diào)控過程，在基因表達的過程中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤都可能影響基因的正常表達，從而引發(fā)疾病。轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病的發(fā)生密切相關(guān)：

轉(zhuǎn)錄因子TBX5顯性突變——心手綜合征（HoltOramsyndrome，HOS）；

轉(zhuǎn)錄因子PAX3顯性突變——

Waardenburg綜合征?型（WS1）；TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天一、基因表達調(diào)控異常與疾病轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病的發(fā)生密切相關(guān)：轉(zhuǎn)錄因子NKX2-1突變——中樞神經(jīng)、甲狀腺及肺機能等多方面的復(fù)雜癥狀；

鋅指類轉(zhuǎn)錄因子GATA3突變——血內(nèi)甲狀旁腺素水平降低、感神經(jīng)性耳聾和腎臟發(fā)育不良。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)降解異常與疾病在正常代謝條件下，蛋白質(zhì)的合成和降解有精確的調(diào)節(jié)而處于動態(tài)平衡。如果蛋白質(zhì)的降解出現(xiàn)異常，就會影響細(xì)胞的多種功能，從而引起疾病的發(fā)生。蛋白質(zhì)降解異常與腫瘤：當(dāng)泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑出現(xiàn)異常時，則有可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)降解異常與疾病蛋白質(zhì)降解異常與神經(jīng)退行性疾?。捍蠖鄶?shù)神經(jīng)退行性疾病與細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外錯誤折疊蛋白不能被有效降解和清除有關(guān)。老年性癡呆癥(Alzheimer’sdisease，AD)；人紋狀體脊髓變性?。缓嗤㈩D（huntington）舞蹈病。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天三、基于原核生物和真核生物蛋白質(zhì)合

成體系差異的藥物研制原核生物和真核生物翻譯過程中的差別在醫(yī)學(xué)上有重要的價值，利用原核生物和真核生物蛋白質(zhì)合成的體系差異，設(shè)計出對病原微生物有特效，而對人體沒有損害的藥物。這類藥物主要以抗生素(antibiotics)為代表。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第40頁,共44頁，2024年2月25日，星期天三、基于原核生物和真核生物蛋白質(zhì)合

成體系差異的藥物研制特點：來源于微生物，殺滅或抑制細(xì)菌。作用機制：

干擾原核生物的蛋白質(zhì)合成，作用于起始因子，延長

因子及核糖核蛋白體。

不影響（或較少影響）真核生物的蛋白質(zhì)合成。種類：鏈霉素、卡那霉素、氯霉素、四環(huán)素、土霉素等。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質(zhì)合成第41頁,共44頁，2024年2月25日，星期天activatingdomainadaptiveexpressionalternativesplicingaminoacylsiteaminoacyl-tRNAantibioticsanticodonantisensestrandCAATboxcentraldogmachaperoninschromatinremoldingcis-actingelementcodingregioncodingstrandcodon轉(zhuǎn)錄激活域適應(yīng)性表達可變剪