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1、1,第四章 生物信息的传递（下） 从mRNA到蛋白质,2,翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核苷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,3,4, 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,5,一、遗传密码三联子,（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden)
2、 。,mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 3,6,（二）三联子密码破译,核苷酸序列,氨基酸序列,7,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。,8,（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）。,9,10,减少了变异对生物的影响,11,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,12,简述密码的简并性（degeneracy)和同义密
3、码子（synonymous codon) 武汉大学2003年试题,13,（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。,14,线粒体与核DNA密码子使用情况的比较,15,（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。,16,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)。,17,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
4、蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。,18,（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。,19,U,摆动配对,20,21,密码子、反密码子配对的摆动现象,22, 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,23,二、tRNA的结构、功能与种类,（一） tRNA的结构,tRNA由7
5、3-93个核苷酸组成，含大量稀有碱基，如假尿嘧啶核苷()，各种甲基化的嘌呤和嘧啶，二氢尿嘧啶(hU或D)和(T)等。tRNA分子是单股RNA。二级结构：三叶草形,24,25,二、tRNA的结构、功能与种类,（一） tRNA的结构,2、三级结构： “L”形,氢键,26,27,28,（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,29,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。,30,1、起始tRNA和延伸tRNA,（三
6、） 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（P119）。,31,P119、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-tRNAMet。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-tRNAfMet,32,2、同工tRNA(cognate RNA),（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
7、氨基酰-tRNA合成酶识别（P119）。,33,3、校正tRNA,（三） tRNA的种类,校正无义突变和错义突变。,34,无义突变(nonsense mutation)：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(missense mutation)：由于结构基因中某个核苷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）,35,无义突变,36,37,错义抑制,38, 遗传密码三联子
8、 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,39,三、核糖体的结构与功能,（一）核糖体的结构,大小两个亚基核糖体蛋白核糖体RNA,40, 占总RNA量的80%。 原核rRNA主要分为5S、16S、23S三种 真核rRNA主要分为5S、28S、5.8S、18S,rRNA,41,核糖体的组成,42,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=1542
9、b 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,43,44,45,三、核糖体的结构与功能,（二）核糖体的功能：,合成蛋白质,46,在单个核糖体上，可划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。8个重要的功能域位点：与mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位A （aminoacyl-tRNA site）大亚基
10、在肽链延长过程中与肽链的结合位点P （peptide site）大亚基空载tRNA离开核糖体的出口位点E(exit site)大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基延伸因子-氨基酰-tRNA-GTP复合体进入核糖体位点(EF-Tu-aa-tRNA-GTP site)肽链转位因子结合位点(EF-G site)核糖体大亚基与5sRNA结合位点(5s RNA site),47,48, 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 蛋白质翻译的过程 蛋白质的运转机制,Contents,49,四、蛋白质翻译的过程P126,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,5
11、0,(一)氨基酸的活化,氨基酸的活化：必须在氨基酰-tRNA合成酶（AAtRNA）的作用下先生成活化的氨基酸。,51,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-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet,52,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,53,第一步反应 氨基酸的腺苷酰化,氨基酸 ATP-E 氨基酰
12、-AMP-E PPi,54,第二步反应,氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E,55,tRNA与酶结合的模型,tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,ATP,56,(二)翻译的起始,57,(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-3,58,59,IF-3,IF-1,翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步： （P130）1. 核蛋白体大小亚基分离,60,2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。,IF-3,IF-1,61,S-D序列,
13、62,IF-3,IF-1,3.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。,63,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。,64,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,65,真核生物翻译起始的特点,核糖体较大,为80S；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；,66,67,真核
14、生物翻译起始复合物形成过程,68,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。,(三)肽链的延伸,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-2,69,1、后续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,70,71,通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-TuGTP复合物,EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-T
15、u-GTP + EF-Ts,重新参与下一轮循环,72,2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化,73,3、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,74,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 。,75,fMet,fMet,76,77,肽链的延长,78,原核肽链合成终止过程,（四）肽链的终止,79,原核肽链合成终止过程,80,真核生物释放因子（eRF1和eRF2）,81,(五)蛋白质前体的加工,1、N端fMet或Met的切除,原核生物的肽链，其N-端不保留fMet，大约半数蛋
16、白由脱甲酰酶（deformylase）除去甲酰基，留下Met作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中fMet或者Met一般都要被除去，此是由氨肽酶（amino peptidase）水解来完成的。水解的过程有时发生在肽链合成的过程中，有时在肽链从核糖体上释放以后。至于脱甲酰还是除去fMet常与邻接的氨基酸有关。如第二氨基酸是Arg，Asn，Asp，Glu，Ile或Lys以脱甲酰基为主，如邻接的氨基酸是Ala,Gly,Pro,Thr或Val则常除去fMet。,82,2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH -SH -SH 二硫键,氧化,83,3、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
17、化,84,4、切除新生肽链中非功能片段,很多的前体蛋白要经过剪切后方可成为成熟的蛋白。,85,前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图,86,一些病毒中，新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质,87,(六)蛋白质合成抑制剂,88, 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,89,五、蛋白质的转运机制,90,几类主要蛋白质的转运机制,91,92,1、翻译-转运同步机制,蛋白质定位的信息存在于该蛋白自身结构中，并通过与膜上特异受体的相互作用得以表达。信号肽假说：在蛋白质合成过程中N端有1536个氨基酸残基的肽段-信号肽，它
18、能引导蛋白质的肽链到达并通过内质网。然后被内质网中的信号肽酶切除，成熟蛋白质N端并无信号肽。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）。,93,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）。,94,95,信号肽假说内容：,1971年由布洛贝尔Blobel和萨巴蒂尼Sabatini提出的: (1)分泌蛋白的结构基因包含有独一无二的、由高度疏水氨基酸残基组成的编码
19、N末端的序列； (2)新生链氨基末端信号序列的翻译以及这段序列出现于核糖体外触发核糖体结合到膜上，这是由信号肽序列的疏水性质以及核糖体上有与膜结合的特殊位点的结果； (3)膜结合的核糖体多肽链的延伸垂直进行，将新生链穿过膜释放； (4)信号序列在分泌中或分泌后由信号肽酶从多肽链上水解除去。,96,信号识别颗粒：在胞液中有一种信号识别颗粒（SRP），含有300 个核苷酸的7S 小分子RNA （ 小胞浆scRNA）及6种蛋白质的核糖核蛋白，在信号肽出现后，能识别并结合信号肽及核糖体，使翻译暂停，并与膜上的SRP受体蛋白（停靠蛋白）结合，引导肽链跨膜转运。,97,98,图4-31 新生蛋白质通过同步
20、转运途径进入内质网内腔的主要过程P146,99,2、翻译后转运机制,100,(1)线粒体蛋白质跨膜转运,前导肽成熟蛋白,前体蛋白,101,(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转,叶绿体多肽是胞质中的游离核糖体上合成后脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子,多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点.,102,（3）核定位蛋白的运转机制,103,核转运因子:,GTP酶:Ran,104,复习题,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）,105,2tRNA分子上结合
21、氨基酸的序列是 ACAA-3 BCCA-3 CAAC-3 DACA-3 EAAC-3,（B）,106,3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）,107,4、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）,108,5、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,109,6、Shine-Dalgarno顺
22、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,110,7、“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,111,8、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,112,9、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,113,10、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,114,115,本章结束，谢谢大家！,
