南京农大动物生物化学15.pptx

第第1515章章 蛋白质翻译蛋白质翻译 Protein Biosynthesis (Translation)Protein Biosynthesis (Translation)本章主要内容：本章主要内容：4 翻译系统翻译系统4 蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程4 多肽链翻译后的修饰多肽链翻译后的修饰4 蛋白质的到位蛋白质的到位 基因在原核和真核细胞中最终得到表达基因在原核和真核细胞中最终得到表达原料原料氨基酸，氨基酸，2020种种mRNAmRNA是合成蛋白质的是合成蛋白质的“蓝图（或模板）蓝图（或模板）”tRNAtRNA是原料氨基酸的是原料氨基酸的“搬运工搬运工”rRNArRNA与多种蛋白质结合成核糖体与多种蛋白质结合成核糖体作为合成多肽链的作为合成多肽链的装配装配机（操作台）机（操作台）1 1、蛋白质的翻译系统、蛋白质的翻译系统蛋白质翻译系统示意图蛋白质翻译系统示意图 mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码，是遗传信息的载体（载有遗传密码，genetic codegenetic code），），是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子（codoncodon）的形式从）的形式从DNADNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。基酸。mRNAmRNA占细胞总占细胞总RNARNA的的5-10%5-10%，不稳定，寿命短。，不稳定，寿命短。原核的原核的mRNA mRNA 是多顺反子是多顺反子;真核的真核的mRNA mRNA 是单顺反子。是单顺反子。1.11.1、mRNA，信使，信使RNA 遗传密码遗传密码 上世纪上世纪60年代，利用均聚核苷酸实验，破译了遗传密码。年代，利用均聚核苷酸实验，破译了遗传密码。遗传密码为遗传密码为三联体三联体（每三个碱基代表一个氨基酸），（每三个碱基代表一个氨基酸），由由5到到3阅读阅读，无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架（其开放阅读框架（reading frame）仍按此原则。）仍按此原则。密码有密码有简并性简并性（degeneracy），即一个氨基酸可由几个密），即一个氨基酸可由几个密码子表示；码子表示；通用性通用性，大多数生物使用同样的遗传密码，但也，大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。会有所偏爱。一般起始密码为一般起始密码为AUG。UAA，UAG和和UGA为终止密码。为终止密码。遗遗 传传 密密 码码 表表 原核原核tRNAtRNA有有30-4030-40种，真核有种，真核有50-6050-60种，含种，含70-9070-90个核苷酸，个核苷酸，并有多种稀有碱基。并有多种稀有碱基。tRNAtRNA是最小的是最小的RNARNA，占细胞总占细胞总RNA RNA 的的15%15%左右，其功能是搬运氨左右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。基酸和解读密码子。tRNA tRNA 具有具有“四环一臂四环一臂”和和“三叶草三叶草”形的典型结构。形的典型结构。注意：注意：3 3端端CCACCA氨基酸受位和反密码子环氨基酸受位和反密码子环1.2、tRNA，转运，转运RNAtRNA的结构的结构“四环一臂四环一臂”倒倒L形的三级结构形的三级结构 tRNAtRNA的功能是解读的功能是解读mRNAmRNA上的密码子和搬运氨基酸上的密码子和搬运氨基酸 tRNAtRNA上上至少有至少有4 个位点与多肽链合成有关：即个位点与多肽链合成有关：即3CCA氨基酸接受位点氨基酸接受位点、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点反密码子位点。每一个氨基酸有其自身的每一个氨基酸有其自身的tRNAtRNA。氨基酸的羧基与。氨基酸的羧基与tRNAtRNA的的 3 3 CCA-OH CCA-OH以以酯键结合。酯键结合。氨基酸与氨基酸与mRNAmRNA相应的密码子正确相应的密码子正确“对号对号”须依赖于须依赖于tRNAtRNA的反密码子。的反密码子。密码子与反密码子的配对方式密码子与反密码子的配对方式变偶性变偶性反密码子反密码子5 5端的碱基与密码子的第三位配对不严格端的碱基与密码子的第三位配对不严格 核糖体是核糖体是rRNA rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（成。含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IFIF）、延伸因子）、延伸因子（EFEF）、释放因子（）、释放因子（RFRF）等。）等。原核的核糖体（原核的核糖体（70S70S）=30S=30S小亚基小亚基 +50S+50S大亚基大亚基 其中其中 30S30S小亚基含小亚基含16S rRNA 16S rRNA 和和2121种蛋白质种蛋白质 50S50S大亚基含大亚基含23S23S，5SrRNA5SrRNA和和3434种蛋白质种蛋白质 真核的核糖体（真核的核糖体（80S80S）=40S=40S小亚基小亚基 +60S+60S大亚基大亚基 其中其中 40S 40S 小亚基含小亚基含18S rRNA 18S rRNA 和和3333种蛋白质种蛋白质 60S 60S 大亚基含大亚基含28S28S，5.8S5.8S，5SrRNA5SrRNA和和4545种蛋白质种蛋白质1.3、rRNA与核糖体（与核糖体（ribosome）rRNA 只有只有4-5种占细胞种占细胞RNA 的大部分的大部分。图为原核生物的两种图为原核生物的两种16S rRNA和和5S rRNA 的结的结构构小亚基大亚基tRNA核糖体核糖体原核原核70S70S核糖体和真核核糖体和真核80S80S核糖体的结构和组成核糖体的结构和组成 核糖体有核糖体有4 4个基本功能个基本功能1.1.容纳容纳mRNAmRNA，并能沿着，并能沿着mRNAmRNA由由5 53 3 移动，由移动，由tRNAtRNA解读其密码；解读其密码；2.2.氨基酰位点（氨基酰位点（A A位点位点），可结合氨），可结合氨基酰基酰-tRNA-tRNA（AA-tRNAAA-tRNA）；）；3.3.肽酰基位点（肽酰基位点（P P位点位点），可结合肽），可结合肽酰基酰基-tRNA-tRNA（肽（肽-tRNA-tRNA）；）；4.4.肽酰基转移酶中心，是形成肽酰基转移酶中心，是形成肽键肽键的的位点等。位点等。所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的氨识别特定的氨基酸基酸和和选择其所对应的选择其所对应的tRNAtRNA，使两者连接起来（利用，使两者连接起来（利用ATPATP）。）。反应如下：反应如下：氨基酸的羧基与氨基酸的羧基与tRNA tRNA 的的3 3端端CCA-OH CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是以酯键相连，因此其氨基是自由的。自由的。2 2、蛋白质的生物合成过程、蛋白质的生物合成过程2.12.1、氨基酸的活化、氨基酸的活化氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA的的 连接方式连接方式 翻译起始时，翻译起始时，第一个氨基酸第一个氨基酸一般是蛋氨酸，一般是蛋氨酸，其氨基要甲酰其氨基要甲酰化，予以保护。化，予以保护。甲酰FH4甲酰基MettRNAfmetfMet-tRNA合成酶fMet-tRNA酯键首先首先IF3IF3、IF1IF1帮助帮助30S30S小亚基小亚基与与mRNAmRNA结合，结合，IF2IF2和和GTPGTP帮助帮助甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA与与AUGAUG配配对，接着对，接着IF3IF3脱离，形成脱离，形成30S30S起始复合物起始复合物。50S50S大亚基进入，大亚基进入，IF1IF1和和IF2IF2脱离，形成脱离，形成50S50S起始起始复合物，复合物，需要需要GTPGTP。甲酰甲硫甲酰甲硫氨酸氨酸-tRNA-tRNA处于处于P P位。位。2.22.2、起始复合物的形成、起始复合物的形成起始密码起始密码AUGAUG上游的上游的S.DS.D序列与序列与16S rRNA316S rRNA3端互补端互补结合有利于结合有利于30S30S起始复合物的形成起始复合物的形成一个嘌呤丰富区一个嘌呤丰富区 起始密码起始密码2.32.3、肽键的形成和延伸、肽键的形成和延伸（注意新的（注意新的AA-tRNAAA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动）氨酰基氨酰基tRNAtRNA进入进入A A位位 新的氨基酸新的氨基酸-tRNA-tRNA的进位依赖的进位依赖EF-TuEF-Tu和和TsTs因子的协助因子的协助肽键的形成肽键的形成 肽键的形成由肽酰基转移酶催化肽键的形成由肽酰基转移酶催化 （此酶具有核酶的活性）（此酶具有核酶的活性）原核生物肽链的延长原核生物肽链的延长 核糖体沿着核糖体沿着mRNA 53方向移位方向移位EF-G因子和因子和GTP参与参与空载的空载的tRNA从从E位点离开位点离开 氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNAmRNA的的5 53 3 方向移位，循环往复，方向移位，循环往复，新合成的肽链由新合成的肽链由氨基端向着羧基端不断延长，氨基端向着羧基端不断延长，直至直至mRNAmRNA上出现终止密上出现终止密码，相应的肽链释放因子码，相应的肽链释放因子RF1RF1（对应（对应UAAUAA、UAGUAG），），RF2RF2（对应（对应UAAUAA、UGAUGA）占据占据A A位。肽链的合成终止，并位。肽链的合成终止，并从核糖体上释放。从核糖体上释放。核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。2.42.4、肽链的终止、肽链的终止蛋白质合成的终止蛋白质合成的终止 多个核糖体结合在同一条多个核糖体结合在同一条mRNA上，由上，由53进行翻译，形成进行翻译，形成多核糖体多核糖体（polyribosome），翻译速率得以提高），翻译速率得以提高3.3.多肽链的修饰和加工多肽链的修饰和加工 (1)N(1)N端修饰端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲数情况甲 硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。除。(2)(2)多肽链的水解切除多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活 (3)(3)氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。基化及二硫链的形成等。(4)(4)糖基化修饰糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译后的肽链上以共翻译后的肽链上以共 价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。催化下进行的。信号肽（信号肽（signal peptide）未成熟蛋白中，可被细胞识别系统识别的未成熟蛋白中，可被细胞识别系统识别的特征性氨基酸序列。特征性氨基酸序列。本本 章章 结结 束束 动物生物化学练习（动物生物化学练习（3 3）1 1无论是在无论是在DNADNA复制、还是复制、还是RNARNA的转录或者是蛋白质翻译的过程，的转录或者是蛋白质翻译的过程，我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从DNADNA传递到蛋传递到蛋白质的各个环节。请做简要地介绍并评价其生物学意义。白质的各个环节。请做简要地介绍并评价其生物学意义。2.DNA2.DNA的复制包括哪些主要阶段？为什么复制具有半保留性？为什的复制包括哪些主要阶段？为什么复制具有半保留性？为什么说子链的合成是半不连续的？么说子链的合成是半不连续的？3.3.转录的终止出现在转录的终止出现在DNADNA分子中特定的碱基顺序上。原核分子中特定的碱基顺序上。原核DNADNA转录转录的终止顺序有明显的结构特点，请予描述。除此以外，还有什么其的终止顺序有明显的结构特点，请予描述。除此以外，还有什么其它的终止转录的方式？它的终止转录的方式？4.4.关于多肽链的生物合成，请你说明关于多肽链的生物合成，请你说明:氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶的特点；合成酶的特点；图示原核图示原核70S 70S 起始复合物；解释延伸因子起始复合物；解释延伸因子TuTu的作用；并指出肽酰的作用；并指出肽酰基转移酶何时起作用。基转移酶何时起作用。5.5.为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因，研究人员更愿意先从组为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因，研究人员更愿意先从组织中分离它的织中分离它的mRNAmRNA，这样得到这个基因就不难了。为什么？，这样得到这个基因就不难了。为什么？