第四章生物信息的传递下3ppt课件

翻译从翻译从mRNA-mRNA-蛋白质蛋白质 表核糖体的活性位点活性位点功能组分mRNA结合位点结合 mRNA和 IF因子S1、S18、S21；及S3、S4、S5、S12 16SrRNA 3末端区域P位点结合fMet-tRNA和肽基-tRNAL2、L27及L14、L18、L24、L3316S和23SrRNA 3附近区域A位点结合氨酰基-tRNAL1、L5、L7/L12、L20、L30、L3316S 和 23SrRNA 16S 的 1400区E位点结合脱酰tRNA23SrRNA 是重要的L5、L18、L25复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰-tRNA上L2、L3、L4、L15、L16 23SrRNA是重要的EF-Tu 结合位点氨基酰-tRNA的进入EF-G 结合位点移位L7/L12GTP酶需求L7、L12已证明核酸是生命体内最根本的物质，由于蛋白质已证明核酸是生命体内最根本的物质，由于蛋白质的合成和构造最终都取决于核酸，但蛋白质仍是生的合成和构造最终都取决于核酸，但蛋白质仍是生物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特性依然要经过蛋白质来得到表达。遗传学特性依然要经过蛋白质来得到表达。蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止。伸长、终止。表表4-12 蛋白质合成个阶段的主要成分简表蛋白质合成个阶段的主要成分简表阶段阶段必需组分必需组分1氨基酸的活化氨基酸的活化20种氨基酸种氨基酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶20种或更多的种或更多的tRNAATP，Mg2+2.肽链的起始肽链的起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUG）核糖体小亚基核糖体小亚基核糖体大亚基核糖体大亚基GTP，Mg2+起始因子（起始因子（IF-1，IF-2，IF-3）3肽链的延伸肽链的延伸功能核糖体（起始复合物）功能核糖体（起始复合物）AA-tRNA伸长因子伸长因子GTP，Mg2+肽基转移酶肽基转移酶4 肽链的终止肽链的终止ATPmRNA上的终止密码子上的终止密码子释放因子（释放因子（RF-1，RF-2，RF-3）5折叠和加工折叠和加工参与起始氨基酸的切除、修饰等加工过程的酶参与起始氨基酸的切除、修饰等加工过程的酶l氨基酸在进展合成多肽链之前氨基酸在进展合成多肽链之前,必需在氨酰必需在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸合成酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA。氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMetMet+tRNAfMet+ATP Met-tRNAfMet+AMP+PPiN10-甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸+Met-tRNAfMet四氢叶酸四氢叶酸+fMet-tRNAfMet存在存在tRNAMet和和tRNAfMet存在存在tRNAiMet和和tRNAeMetl蛋白质合成的起始是指在模板蛋白质合成的起始是指在模板mRNA编码编码区区5端构成核糖体端构成核糖体-mRNA-起始起始tRNA复合复合物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体P位点。位点。l原核生物中原核生物中30S小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板模板相结合，再与相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后结合，最后与与50S大亚基结合大亚基结合l真核生物中，真核生物中，40S小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板相结合，再与模板mRNA结合，最结合，最后与后与60S大亚基结合生成大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。起始复合物。l起始复合物的生成除了起始复合物的生成除了GTP外，还需求外，还需求Mg2+、NH4+及及3个起始因子个起始因子IF-1、IF-2、IF-3。图图4-12 翻译起始复合物的构成。翻译起始复合物的构成。第一步，第一步，30S小亚基与翻译起始因小亚基与翻译起始因子子IF-1，IF-3结合，经过结合，经过SD序列与序列与mRNA模板相结合。模板相结合。第二步，第二步，fMet-tRNAfMet在在IF-2的的协同下进入小亚基的协同下进入小亚基的P位，位，tRNA上上的反密码子与的反密码子与mRNA上的起始密码上的起始密码子配对。子配对。第三步，带有第三步，带有tRNA、mRNA、三个、三个翻译起始因子的小亚基复合物与翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，释放翻译起始因大亚基结合，释放翻译起始因子。子。1.原核生物翻译的起始原核生物翻译的起始l30S亚基具有专注性的识别和选择亚基具有专注性的识别和选择mRNA起起始位点的性质，始位点的性质，IF-3协助该亚基完成这种选协助该亚基完成这种选择。择。lShine及及Dalgarno等证明几乎一切原核生物等证明几乎一切原核生物mRNA上都有一个上都有一个5-AGGAGGU-3序列，序列，这个富嘌呤区与这个富嘌呤区与30S亚基上亚基上16S rRNA 3末端末端的富嘧啶区的富嘧啶区5-GAUCACCUCCUUA-3相互相互补。补。图图4-14细菌细菌mRNA分子上往往存在一个分子上往往存在一个与与16SrRNA3末端相互补的末端相互补的SD序列。序列。l细菌核糖体上普通存在三个与氨基酰细菌核糖体上普通存在三个与氨基酰-tRNA结合的位点，即结合的位点，即A位点位点aminoacyl site，P位点位点peptidyl sit和和E位点位点Exit site。只需。只需fMet-tRNAfMet能与能与第一个第一个P位点相结合，其它一切位点相结合，其它一切tRNA都都必需经过必需经过A位点到达位点到达P位点，再由位点，再由E位点位点分开核糖体。分开核糖体。l真核生物蛋白质生物合成的起始根本与原核生物一样，只不过其核糖体较大，有较多的起始因子，mRNA具有m7GpppNp帽子构造，Met-tRNAMet不甲酰化，mRNA分子5端的“帽子和3端的多聚A都参与构成翻译起始复合物图4-14。图图4-14 真核生物翻译起始复合物的构成。真核生物翻译起始复合物的构成。真核生物与原核生物翻译起始的差别真核生物与原核生物翻译起始的差别:起始起始Met-tRNAiMet不需甲酰化；不需甲酰化；起始因子为起始因子为eIF，且种类多；，且种类多；小亚基先与小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与结合，再与 mRNA结合；结合；核糖体不同核糖体不同 mRNA与与40s亚基的结合依托帽子结合蛋白亚基的结合依托帽子结合蛋白eIF-4E与与mRNA帽子构造的识别结合。帽子构造的识别结合。(6)模板不同，模板不同，5端有帽子，端有帽子，3端有端有poly(A)l生成起始复合物，第一个氨基酸生成起始复合物，第一个氨基酸fMet/Met-tRNA与核糖体结合以后，肽链开场伸长。按与核糖体结合以后，肽链开场伸长。按照照mRNA模板密码子的陈列，氨基酸经过新生模板密码子的陈列，氨基酸经过新生肽键的方式图肽键的方式图4-16被有序地结合上去。被有序地结合上去。l肽链延伸中的每个循环都包括肽链延伸中的每个循环都包括l AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合l 肽键的生成肽键的生成l 移位移位 4.4.3.1 4.4.3.1后续后续AA-tRNAAA-tRNA与核糖体结合进位与核糖体结合进位l图4-17细菌中肽链延伸的第一步反响：第二个氨基酰-tRNA的结合。该氨基酰-tRNA首先与EF-TuGTP构成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP，进入新一轮循环。4.4.3.3移位移位 l图4-18细菌中肽链延伸的第三步反响：移位。核糖体经过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3末端挪动一个密码子，使二肽基-tRNA完全进入P位,预备开场新一轮肽链延伸。l用嘌呤霉素作为抑制剂做实验阐明，核用嘌呤霉素作为抑制剂做实验阐明，核糖体沿糖体沿mRNA挪动与肽基挪动与肽基-tRNA的移位的移位这两个过程是耦联的。肽链延伸是由许这两个过程是耦联的。肽链延伸是由许多个这样的反响组成的，原核生物中每多个这样的反响组成的，原核生物中每次反响共需次反响共需3个延伸因子，个延伸因子，EF-Tu、EF-Ts及及EF-G，真核生物细胞需，真核生物细胞需EF-1及及EF-2，耗费耗费2个个GTP，向生长中的肽链加上一个，向生长中的肽链加上一个氨基酸。氨基酸。肽链延伸是由许多个这样肽链延伸是由许多个这样的反响组成的，原核生物的反响组成的，原核生物中每次反响共需中每次反响共需3 3个延伸个延伸因子，因子，EF-TuEF-Tu、EF-TsEF-Ts及及EF-GEF-G，真核生物细胞需，真核生物细胞需EF-1EF-1及及EF-2EF-2，耗费，耗费2 2个个GTPGTP，向生长中的肽链加上一，向生长中的肽链加上一个氨基酸。个氨基酸。l 释放因子有两类：释放因子有两类：lI类释放因子识别终止密码子，并能催化新合类释放因子识别终止密码子，并能催化新合成的多肽链从成的多肽链从P位点的位点的tRNA中水解释放出来中水解释放出来lII类释放因子在多肽链释放后刺激类释放因子在多肽链释放后刺激I类释放因子类释放因子从核糖体中解离出来。从核糖体中解离出来。l细菌细胞细菌细胞l RF1能识别能识别UAG和和UAA、RF2 能能识别识别UGA和和UAA 为为I类释放因子。类释放因子。l RF3为为II类释放因子，与核糖体的解离有类释放因子，与核糖体的解离有关。关。l真核细胞的真核细胞的I类和类和II类释放因了分别为类释放因了分别为eRF1可以识别可以识别3个终止密码子和个终止密码子和eRF3饰产物。饰产物。l糖蛋白主要是蛋白质侧链上的天冬氨酸、糖蛋白主要是蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基构成的，丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基构成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟基化的。实验证明，内质网能够是蛋基化的。实验证明，内质网能够是蛋l白质白质N-糖基化的主要场所图糖基化的主要场所图4-23。l l 如新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必需先切去信号肽变成胰岛素原，再切去B-肽，才变成有活性的胰岛素。图图4-23 前前胰岛素原胰岛素原蛋白翻译蛋白翻译后成熟过后成熟过程表示图程表示图。l分子伴侣分子伴侣molecular chaperonel是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质，它们在细胞内能协助其他多肽进展性蛋白质，它们在细胞内能协助其他多肽进展正确的折叠、组装、运转和降解。正确的折叠、组装、运转和降解。l至少有两类：至少有两类：l 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock)l 伴侣素伴侣素chaperonin4.4.7 4.4.7 蛋白质合成抑制剂蛋白质合成抑制剂 蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯生素，如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等，此外，如霉素、红霉素等，此外，如5-5-甲基色氨酸、甲基色氨酸、环已亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核环已亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白等都能抑制蛋白质的合成。糖体灭活蛋白等都能抑制蛋白质的合成。抗生素对蛋白质合成的作用能够是抗生素对蛋白质合成的作用能够是 阻止阻止mRNAmRNA与核糖体结合氯霉素与核糖体结合氯霉素 阻止阻止AA-tRNAAA-tRNA与核糖体结合四环素类与核糖体结合四环素类 干扰干扰AA-tRNAAA-tRNA与核糖体结合而产生错读与核糖体结合而产生错读 链霉素、新霉素、卡那霉素等链霉素、新霉素、卡那霉素等 作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成嘌呤霉素作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成嘌呤霉素l链霉素是一种碱性三糖，能干扰链霉素是一种碱性三糖，能干扰fMet-tRNA与核与核糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致也会导致mRNA的错读。假设以多聚的错读。假设以多聚U作模作模板，那么除苯丙氨酸板，那么除苯丙氨酸UUU外，异亮氨酸外，异亮氨酸AUU也会被掺入。也会被掺入。l链霉素的作用位点在链霉素的作用位点在30S亚基上。亚基上。l嘌呤霉素是AA-tRNA的构造类似物，能结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入。它所带的氨基也能与生长中的肽链上的羧基反响生成肽键，反响的产物是一条3羧基端挂了一个嘌呤霉素残基的小肽。图图4-26 嘌呤霉嘌呤霉素抑制蛋白质合素抑制蛋白质合成的分子机制。成的分子机制。a.嘌呤霉素的构嘌呤霉素的构造类似于带有氨造类似于带有氨基酰的基酰的tRNA，能与核糖体能与核糖体A位位点相结合；点相结合；b.肽基嘌呤霉素肽基嘌呤霉素l青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。l氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。