N-蛋白质合成

P1 THE GENETIC CODE遗传密码是核酸中核苷酸序列编码蛋白质中的遗传密码是核酸中核苷酸序列编码蛋白质中的氨基酸序列的一种方式，是由三个核苷酸组氨基酸序列的一种方式，是由三个核苷酸组成的三联体密码。成的三联体密码。（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden)。mRNA5GCUAGUACAAAACCU3第1页/共58页（二）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。v由于64个密码子中的许多是编码统一氨基酸的，遗传密码具有兼并性（有丰余）第2页/共58页第3页/共58页减少了变异对生物的影响第4页/共58页编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外第5页/共58页2、普遍性与特殊性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。第6页/共58页生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较第7页/共58页3、连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。密码子是相连的（不重叠）、中间没有任何的停顿第8页/共58页开放阅读框架(可读框,ORF)是指新测DNA序列中，由计算机辨认出的可能编码趋于，它它是是从从mRNA mRNA 5 5 端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到3 3 端终止密码子之间的核苷酸序列端终止密码子之间的核苷酸序列基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frame shift mutation)。第9页/共58页4、摆动性转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA上上的的反反密密码码子子需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码子子反反向向配配对对结结合合，在在密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对中中，前前两两对对严严格格遵遵守守碱碱基基配配对对原原则则，第第三三对对碱碱基基有有一一定定的的自自由由度度，可可以以“摆摆动动”，这这种现象称为密码子的摆动性。种现象称为密码子的摆动性。第10页/共58页Molecular Biology第11页/共58页P2 tRNA STRUCTURE AND FUNCTIONv一级结构长度60-95nt，通常76，含许多修饰核苷，特别是胸腺嘧啶核苷、假尿嘧啶核苷、二氢尿苷和肌苷。分子中有15个不变残基和8个半可变残基。Molecular BiologytRNA的结构第12页/共58页v二级结构三叶草结构，四个臂三个环的结构。氨基酸接受臂在5和3处。大部分不变和半可变残基位于环上。v三级结构单链环碱基间形成9个氢键，L形三级结构，分子两端是反密码子及氨基酸接受臂第13页/共58页Fig.2.tRNA structure.(a)Cloverleaf structure showing the invariant and semi-variant Fig.2.tRNA structure.(a)Cloverleaf structure showing the invariant and semi-variant nucleotides,where I=inosine,nucleotides,where I=inosine,=pseudouridine,R=purine,Y=pyrimidine and*=pseudouridine,R=purine,Y=pyrimidine and*indicates a modification.(b)Tertiary hydrogen bonds between the nucleotides in tRNA indicates a modification.(b)Tertiary hydrogen bonds between the nucleotides in tRNA are shown as dashed lines.(c)The L-shaped tertiary structure of yeast tRNATyr.Part are shown as dashed lines.(c)The L-shaped tertiary structure of yeast tRNATyr.Part(c)reproduced from D.M.Freifelder(1987)(c)reproduced from D.M.Freifelder(1987)Molecular Biology Molecular Biology,2nd Edn.,2nd Edn.tRNA structureMolecular Biology第14页/共58页tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位：3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。与mRNA结合部位反密码子部位第15页/共58页35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。第16页/共58页Fig.3.Formation of aminoacyl-tRNA.Fig.3.Formation of aminoacyl-tRNA.First,the aminoacyl-tRNA synthetase attaches adenosine monophosphate(AMP)to the COOH group of the amino acid to creat an aminoacyl adenylate intermediate.Then the appropriate tRNA displaces the AMP.Molecular Biology氨酰tRNA的合成氨酰腺苷酸第17页/共58页Aminoacyl-tRNA synthetases根据亚基结构分根据亚基结构分4 4类，长度类，长度334-1000334-1000个个aaaa不等。不等。识别识别tRNAtRNA分子上的鉴别元件，反密码子序列分子上的鉴别元件，反密码子序列+接受臂接受臂bpbp。第18页/共58页Fig.4.Identity elements in various tRNA molecules.The synthetases have to be able to distinguish between about 40 similarly shaped,but different,tRNA molecules in cells,and they use particular parts of the tRNA molecules,called identity elements,to be able to do this.第19页/共58页氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工Q 蛋白质合成第20页/共58页第21页/共58页表14-7 原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能 细菌 70S 50S 23S=2904b 31种(L1-L31）含CGAAC和GTCG互补2.5106D 5S=120b66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补 哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 49种 有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b 33种 和Capm7G结合 第22页/共58页核糖体的功能：合成蛋白质在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位（A位）大亚基结合或接受肽基tRNA的部位大亚基肽基转移部位（P位）大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基 第23页/共58页(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸+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-tRNAMet第24页/共58页第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 目目 录录第25页/共58页第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目目 录录第26页/共58页(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第27页/共58页IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：（P122）1.核蛋白体大小亚基分离第28页/共58页2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-1第29页/共58页S-D序列序列 第30页/共58页IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53第31页/共58页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53第32页/共58页真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为；起始因子比较多；mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物；第33页/共58页真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物)原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物（P120）。第34页/共58页metmet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程第35页/共58页 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成 和 移位。延伸因子(elongation factor,EF)：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G 真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链的延伸第36页/共58页1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子第37页/共58页通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+EF-Ts EF-Tu-Ts+GDP EF-Tu-Ts+GTP EF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环第38页/共58页2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化第39页/共58页3、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子第40页/共58页fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录第41页/共58页第42页/共58页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程（四）肽链的终止第43页/共58页 RF1：识别终止密码子UAA和UAG终止因子RF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，刺激RF1和RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物只有一个终止因子（eRF）第44页/共58页(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质第45页/共58页2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH-SH-SH-SH-SH 二硫键氧化3、特定氨基酸的修饰 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化4、切除新生肽链中非功能片段第46页/共58页前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图第47页/共58页(六)蛋白质合成抑制剂第48页/共58页五、蛋白质的运转机制第49页/共58页蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 第50页/共58页1、翻译-运转同步机制信号肽假说信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。第51页/共58页信号序列特点：（1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；（2 2）在靠近该序列）在靠近该序列N-N-端常常有端常常有1 1个或数个带正电个或数个带正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；（3 3）在其）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。第52页/共58页第53页/共58页新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程第54页/共58页2、翻译后运转机制第55页/共58页(1)(1)线粒体蛋白质跨膜运转线粒体蛋白质跨膜运转第56页/共58页(2)(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体蛋白质的跨膜运转第57页/共58页（3 3）核定位蛋白的运转机制）核定位蛋白的运转机制第58页/共58页