生物信息的传递(下)——翻译-PowerPointppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 生物信息的传递（下）,从,mRNA,到蛋白质,翻译：,指将,mRNA,链,上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每,三个核甘酸,代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。,蛋白质合成的场所是,蛋白质合成的模板是,模板与氨基酸之间的接合体是,蛋白质合成的原料是,核糖体,mRNA,tRNA,20,种氨基酸,遗传密码,三联子,tRNA,的结构、功能与种类,核糖体的结构与功能,蛋白质合成的过程,蛋白质的运转机制,Contents,一、遗传密码,三联子,（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,),。,mRNA,5 GCU AGU ACA AAA CCU 3,（二）三联子密码破译,mRNA,5,A,UCGACCUGAGC,3,4,20,(),mRNA,5,AU,CGACCUGAGC,3,4,2,=16,20,(),mRNA,5,AUC,GACCUGAGC,3,4,3,=64,20,(),核甘酸序列,氨基酸序列,至,1966,年，,20,种氨基酸对应的,61,个密码子和三个终止密码子全部被查清。,遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。,（三）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,）。,减少了变异对生物的影响,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,简述密码的简并性（,degeneracy),和同义密码子（,synonymous,codon,),武汉大学,2003,年试题,（三）遗传密码的性质,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。,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,（三）遗传密码的性质,3,、,连续性,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。,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,(,frameshift,mutation),。,从,mRNA 5,端起始密码子,AUG,到,3,端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为,开放阅读框架,(open reading frame, ORF),。,（三）遗传密码的性质,4,、摆动性,转运氨基酸的,tRNA,上,的反密码子需要通过碱基互补与,mRNA,上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以,“,摆动,”,，这种现象称为密码子的摆动性。,U,摆动配对,密码子、反密码子配对的摆动现象,tRNA,反密码子,第,1,位碱基,I,U,G,A,C,mRNA,密码子,第,3,位碱基,U, C, A,A, G,U, C,U,G,遗传密码,三联子,tRNA,的结构、功能与种类,核糖体的结构与功能,蛋白质合成的过程,蛋白质的运转机制,Contents,二、,tRNA,的结构、功能与种类,（一）,tRNA,的结构,1,、二级结构：,三叶草形,二、,tRNA,的结构、功能与种类,（一）,tRNA,的结构,2,、三级结构：,“,L”,形,氢键,（二）,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,3,5,I,CCA-OH,5,3,CCA-OH,G G C,C C G,tRNA,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。,1,、起始,tRNA,和延伸,tRNA,（三）,tRNA,的种类,能特异地识别,mRNA,模板上起始密码子的,tRNA,称起始,tRNA,，其他,tRNA,统称为延伸,tRNA,（,P111,）。,P111,、,P120,：,真核生物,：起始密码子,AUG,所编码的氨基酸是,Met,，起始,AA-,tRNA,为,Met-,tRNA,Met,。,原核生物,：起始密码子,AUG,所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸，起始,AA-,tRNA,为,fMet-tRNA,fMet,2,、,同工,tRNA,（三）,tRNA,的种类,代表同一种氨基酸的,tRNA,称为,同工,tRNA,。,同工,tRNA,既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰,-,tRNA,合成酶识别（,P112,）。,3,、校正,tRNA,（三）,tRNA,的种类,无义突变,：,在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（,UAG,、,UGA,、,UAA,），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。,错义突变,：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。,GGA,（甘氨酸）,AGA,（精氨酸）,无义突变,错义抑制,遗传密码,三联子,tRNA,的结构、功能与种类,核糖体的结构与功能,蛋白质合成的过程,蛋白质的运转机制,Contents,三、,核糖体的结构与功能,（一）,核糖体的结构,核糖体的组成,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,2.510,6,D 5S=120b,66%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,tRNA,fMat,的,TCG,互补,4.210,6,D 5S=120b,60%RNA 5.8S=160b,40S 18S=1874b 33,种 和,Cap,m7,G,结合,三、,核糖体的结构与功能,（二,）,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,遗传密码,三联子,tRNA,的结构、功能与种类,核糖体的结构与功能,蛋白质合成的过程,蛋白质的运转机制,Contents,四、蛋白质合成的过程,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,(,一,),氨基酸的活化,氨基酸,+,tRNA,氨基酰,-,tRNA,ATP,AMP,PPi,氨基酰,-,tRNA,合成酶,氨基酰,-,tRNA,合成酶对底物氨基酸和,tRNA,都有高度特异性。,氨基酰,-,tRNA,合成酶具有校正活性,(proofreading activity),。,氨基酰,-,tRNA,的表示方法：,Ala-,tRNA,Ala,Ser-,tRNA,Ser,Met-,tRNA,Met,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-tRNA,fMet,甲硫氨酸,Met-,tRNA,Met,第一步反应,氨基酸 ,ATP-E,氨基酰,-AMP-E,AMP,PPi,目 录,第二步反应,氨基酰,-AMP-E,tRNA,氨基酰,-,tRNA,AMP,E,目 录,tRNA,与酶结合的模型,tRNA,氨基酰,-,tRNA,合成酶,ATP,(,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-tRNA,fMet,、,GTP,、,Mg,2+,翻译起始因子：,IF-1,、,IF-2,、,IF-3,、,IF-3,IF-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,2,、,30S,小亚基通过,SD,序列与,mRNA,模板相结合。,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,S-D,序列,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,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,G,5,3,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,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,G,5,3,IF-3,IF-1,A,U,G,5,3,IF-2,GTP,IF-2,-GTP,GDP,Pi,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,m,7,Gppp,帽子结构, Met,-,tRNA,Met, mRNA,的,5,端帽子结构和,3,端,polyA,都参与形成翻译起始复合物；,真核生物翻译起始复合物形成,(,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-tRNA,fMet,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-,tRNA,Met,相结合，再与模板,mRNA,结合，最后与,60S,大亚基结合生成,80SmRNAMet-tRNA,Met,起始复合物,（,P120,）,。,met,40S,60S,Me,t,Met,40S,60S,mRNA,eIF-2B,、,eIF-3,、,eIF-6,elF-3,GDP+Pi,各种,elF,释放,elF-5,ATP,ADP+Pi,elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB,Met,Met-tRNA,Met,-elF-2,-GTP,真核生物翻译起始复合物形成过程,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,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,通过延伸因子,EF-Ts,再生,GTP,形成,EF-,Tu,GTP,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,2,、,肽键形成,是由转肽酶,/,肽基转移酶,催化,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,延长因子,EF-G,有转位酶,(,translocase,),活性，可结合并水解,1,分子,GTP,，促进核蛋白体向,mRNA,的,3,侧移动 。,fMet,A,U,G,5,3,fMet,Tu,GTP,目 录,原核肽链合成终止过程,（四）肽链的终止,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,UGA,RF3,：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,）,(,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,2,、二硫键的形成,两个半胱氨酸,-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,前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图,(,六,),蛋白质合成抑制剂,遗传密码,三联子,tRNA,的结构、功能与种类,核糖体的结构与功能,蛋白质合成的过程,蛋白质的运转机制,Contents,五、蛋白质的运转机制,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,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）。,信号序列特点：,（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；,（2）在靠近该序列,N-,端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；,（3）在其,C-,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酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸,）。,信号肽假说内容：,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,2,、,翻译后运转机制,(1),线粒体蛋白质跨膜运转,(2),叶绿体蛋白质的跨膜运转,（,3,）核定位蛋白的运转机制,复习体,1 多数氨基酸都有两个以上密码子，下列哪组氨基酸只有一个密码子？,A,苏氨酸、甘氨酸,B,脯氨酸、精氨酸,C,丝氨酸、亮氨酸,D,色氨酸、甲硫氨酸,E,天冬氨酸和天冬酰胺,（,D）,2,tRNA,分子上结合氨基酸的序列是,ACAA-3,BCCA-3,CAAC-3,DACA-3,EAAC-3,（,B）,3遗传密码,A20,种氨基酸共有64个密码子,B,碱基缺失、插入可致框移突变,CAUG,是起始密码,DUUU,是终止密码,E,一个氨基酸可有多达6个密码子,(,B、C、E）,4、,tRNA,能够成为氨基酸的转运体、是因为其分子上有,A-CCA-OH 3,末端,B3,个核苷酸为一组的结构,C,稀有碱基,D,反密码环,E,假腺嘌吟环,（,A、D）,5,、蛋白质生物合成中的终止密码是,( ),。,（,A,）,UAA,（,B,）,UAU,（,C,）,UAC,（,D,）,UAG,（,E,）,UGA,A,、,D,、,E,6,、,Shine-,Dalgarno,顺序,(SD-,顺序,),是指,:,（ ）,A.,在,mRNA,分子的起始码上游,8-13,个核苷酸处的顺序,B.,在,DNA,分子上转录起始点前,8-13,个核苷酸处的顺序,C.16srRNA3,端富含嘧啶的互补顺序,D.,启动基因的顺序特征,A,7,、“同工,tRNA,”,是：,( ),(A),识别同义,mRNA,密码子,(,具有第三碱基简并性,),的多个,tRNA,(B),识别相同密码子的多个,tRNA,(C),代表相同氨基酸的多个,tRNA,(D),由相同的氨酰,tRNA,合成酶识别的多个,tRNA,C,8,、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性,(,摇摆,),。（ ）,（,A,）第,个,(B),第二个,(C),第二个,(D),第一个与第二个,A,9,、与,mRNA,的,GCU,密码子对应的,tRNA,的反密码子是（ ）,（,A,）,CGA,（,B,）,IGC,（,C,）,CIG,（,D,）,CGI,B,10,、真核与原核细胞蛋白质合成的相同点是（ ）,（,A,）翻译与转录偶联进行,（,B,）模板都是多顺反子,（,C,） 都需要,GTP,（,D,）甲酰蛋氨酸是第一个氨基酸,C,A,、,mRNA,上的密码子与,tRNA,上的反密码子不一定严格配对,B,、转肽酶,C,、酯键,D,、磷酸化酶,E,、,N-C,糖甘键,11,、是翻译延长所必需的,12,、氨基酸与,tRNA,连接,13,、遗传密码的摆动性,B,D,A,