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1、第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质合成,序.基因与基因表达的一般概念一.遗传密码三联子二 tRNA三AA-tRNA合成酶四核糖体五.蛋白质的生物合成六。蛋白质运转机制,本章主要内容,序.基因与基因表达的一般概念,基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。,序.基因与基因表达的一般概念,基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了TU之外）的RNA
2、单链的过程，是基因表达的核心步骤。,序.基因与基因表达的一般概念,翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。,只有mRNA所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用U、C、A、G这4种核苷酸而不是T、C、A、G的组合来表示遗传性状。,所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3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。,蛋白质分子氨基酸的排列顺序是严格按照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序决定的。,基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传
3、信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。,翻译过程是蛋白质分子生物合成的过程，此过程需200多种生物大分子参加，包括核糖体、mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。,mRNA-模板 rRNA-构成核糖体作为蛋白质合成场所 tRNA-搬运工具 氨基酸-原料 蛋白质因子-起始因子IF、延伸因子EF、释放因子RF等 酶-氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、转位酶等。无机离子-Mg+,一.遗传密码三联子,1、遗传密码概况原核细胞中每种mRNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种多顺反子的形式排列，在翻译过程中可同时合成几种蛋白质。真核细胞中每种mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息，是单顺反子的形
4、式。,一.遗传密码三联子,mRNA分子上以53方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子。种碱基 64种密码子20种氨基酸起始密码终止密码每种氨基酸有至少一种密码子，最多的有6种密码子。,2、三联子密码及其破译,50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果：（1）Paul Zamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。,2、三联子密码及其破译,50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果：如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质。如
5、果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含有核糖体颗粒的细胞质成份中。,2）Francis Crick等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含在由AUGC四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由20种不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。,实验1:用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4噬菌体rII位点上的两个基因，使之发生移码突变（frame-shift），就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。实验2:研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，相应的RNA片段长1200个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。,实验3:以均聚物为模板指导多
6、肽的合成。在含有tRNA、核糖体、AA-tRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。,实验4:以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽.5UGU GUG UGU GUG UGU GUG3 不管读码从U开始还是从G开始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）两种密码子。,实验5:以共聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组成的多肽。如以多聚（UUC）为模板，可能有3种起读方式：,5UUC UUC UUC UUC UUC
7、3或 5UCU UCU UCU UCU UCU3或 5CUU CUU CUU CUU CUU3产生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.,实验5:多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：,5GUA GUA GUA GUA GUA3或5UAG UAG UAG UAG UAG3或5AGU AGU AGU AGU AGU3由于第二种读码方式产生的密码子UAG是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生GUA（Val）或AGU（Ser）。,实验6:以随机多聚物指导多肽合成。Nirenberg等及Ochoa等又用各种随机的多聚物作模板合成多肽。,实验6:如，以只含A、C的多聚核苷酸作模
8、板，任意排列时可出现8种三联子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，获得由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6种氨基酸组成的多肽。,3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技术,如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程的酶称为氨基酰合成酶。,3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技术,以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体
9、或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。,3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技术,当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与特异性氨基酰-tRNA相结合。如果把核糖体与poly（U）和Phe-tRNAPhe共温育，核糖体就能同时与poly（U）和Phe-tRNAPhe相结合。,3、遗传密码的性质,（1）起始码与终止码:AUG是原核生物和真核生物起始密码（第一个氨基酸是蛋氨酸），少数细菌用GUG做为起始码。在真核生物偶尔用CUG起始密码。（起始密码：AUG、GUG 和CUG）密码子UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何
10、氨基酸。,3、遗传密码的性质,（2）密码无标点符号：按个碱基决定个氨基酸构成了一个连续不断的读框，直至终止码。如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。,（3）密码的简并性：一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。,（3）密码的简并性：简并性主要是第个碱基发生摆动现象形成的，即密码子专一性由前个碱基决定。即使第个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸，这对于保证物种的稳定性有一定意义。（纠错？）,（3）密码的简并性：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越高（精氨酸例外）。,“变偶假说”与简并性,1、m
11、RNA上的密码子的第、碱基与tRNA上的反密码子相应的碱基形成强的配对。专一性主要由这个碱基对的作用造成。,“变偶假说”与简并性,2、反密码子第个碱基决定个tRNA所能解读的密码子数目。如：第个碱基为C或A时1个；U或G时2个即U可以与A或G，G可以与U或C；当Inosine（I）能识别个密码子。,“变偶假说”与简并性,3、当一AA有多个密码时，如密码子头2个碱基的任何一个是不同的，则须有不同的tRNA。4、要求至少有32种tRNA与 61种密码子对应。,（4）密码的通用性：大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。因此这张密码表是生物界通
12、用的。然而，出乎人们预料的是，真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码，例如人线粒体中，UGA不是终止码，而是色氨酸的密码子，AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，加上通用密码中的UAA和UAG，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨酸密码子有两个，即AUG和AUA；而起始甲硫氨酸密码子有四组，即AUN。在线粒体中发现例外情况.,（4）密码的通用性：密码表是生物界通用的，但真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码。,（4）密码的通用性：如线粒体UGA不是终止码，而是色氨酸的密码子，AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子。线粒体中共有组终止码AGA、AGG、UAA和UAG。
13、内部甲硫氨酸密码子有个，即AUG和AUA；而起始甲硫氨酸密码子有组，即AUN。,4、密码子和反密码子的相互作用,蛋白质生物合成过程中，tRNA的反密码子通过碱基的反向配对与mRNA的密码子相互作用。1966年，Crick根据立体化学原理提出摆动假说（变偶假说），解释了反密码子中某些稀有成分如I以及许多有2个以上同源密码子的配对问题。,任意一个密码子的前位碱基都与tRNA 中的相应碱基形成碱基配对。反密码子的5位的U被修饰可使之优先与密码子的第位的A配对胜过与G配对,密码子的使用频率与反密码子的关系,反密码子的5位的I与密码子的U和C配对 优先于A配对。当一个密码子的头2个碱基与反密码子形 成A
14、U对时，则第个碱基优先用C生成GC 对而不用U生成AU对。,密码子的使用频率与反密码子的关系,二 tRNA,序：tRNA(transfer RNA)是蛋白质合成中的接合器分子。tRNA是细胞内分子量最小的一类核酸。,二 tRNA,序：tRNA中含有10%20%的稀有碱基，如：mG、mA，双氢尿嘧啶(DHU)、次黄嘌呤等等。此外，tRNA内还含有一些稀有核苷，如：胸腺嘧啶核糖核苷，假尿嘧啶核苷()等。,二 tRNA,tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，被称为第二遗传密码。所有的tRNA都能够与核糖体的P位点和A位点结合。,代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA。在一个同工tRNA组内，所有tR
15、NA均专一于相同的氨基酰-tRNA合成酶。,1、tRNA的三叶草型二级结构,tRNA主要由条手臂引起的。tRNA的稀有碱基含量非常丰富（70余种）。每个tRNA分子至少有2个稀有碱基，特别是在反密码子3端邻近部位出现的频率最高，且大多为嘌呤核苷酸。对维持反密码子环的稳定性及密码子、反密码子之间的配对是很重要的。,受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和3端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最后一个碱基OH可以被氨酰化。TC臂是根据3个核苷酸命名的，其表示拟尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。,反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的。D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dih
16、ydrouracil）命名的。,2tRNA的L形三级结构,3tRNA的功能,tRNA在蛋白质合成中处于关键地位。tRNA的功能：运输的工具，运载aa;解读mRNA的遗传信息。,4tRNA的种类,（1）起始tRNA和延伸tRNA能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet）,真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。,4tRNA的种类,（2）同工tRNA 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA，同工tRNA能识别同义密码，同时能被AA-tRNA合成酶识别。,4tRNA的种类,（3）校正tRNA
17、校正tRNA分为无义突变及错义突变校正。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。,4tRNA的种类,AA-tRNA合成酶的作用是将AA接合于tRNA上。原核生物有20种氨酰-tRNA合成酶，每一种专一地对应一种AA。,三AA-tRNA合成酶,大肠杆菌分离出的AA-tRNA合成酶可分成两类，但都具有三个区域：催化域：ATP和氨基酸结合位点，有23个相同的短的AA序列（称“署名序列”）。tRNA受体螺旋结合域：插入催化域中，与tRNA接触。tRNA反密码子结合域：与tRNA反密码子结合。,三AA-tRNA
18、合成酶,AA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反应式如下：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。AA+ATP+酶（E）E-AA-AMP+PPi 第二步是氨酰基转移到tRNA 3末端腺苷残基上，与其2或3-羟基结合。E-AA-AMP+tRNAAA-tRNA+E+AMP,蛋白质合成的真实性主要决定于AA-tRNA合成酶是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。不同的tRNA有不同碱基组成和空间结构，容易被tRNA合成酶所识别，困难的是这些酶如何识别结构上非常相似的氨基酸。,tRNA和
19、氨基酰-tRNA,tRNA的反密码子环与mRNA的密码配对tRNA的3-端CCA-OH是氨基酸的结合位点氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性 校正活性,tRNA和氨基酰-tRNA,氨基酸+tRNA,氨基酰-tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,ATP,AMP+PPi,tRNA和氨基酰-tRNA,Arg-tRNAarg fMet-tRNAfmetMet-tRNAimet Met-tRNAemet,书写方式：,四核糖体,核蛋白体RNA(ribosomal RNA)是细胞内含量最多的RNA，约占RNA总量的80%以上，是蛋白质合成机器内核蛋白体(核糖体)的组成成分。,四核糖体,核糖体像一个能沿mRNA模
20、板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体RNA（rRNA）组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20000个核糖体，而真核细胞内可达106个，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达1012。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。,1.核糖体的组成,原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。核糖体可以解离为2个亚基.,1.核糖体的组成,大肠杆菌核糖体小亚基由21种蛋白质组成，分别用S1S21表示，大亚基由36种蛋白质组成，分别用L1L36表示。真核生物细胞核糖体大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质。,（
21、1）5S rRNA：有两个高度保守的区域，其中CGAAC区与tRNA作用，GCGCCGAAUGGUAGU区与23S中 一段序列互补。,2、rRNA,（2）16S rRNA：由14751544个aa残基组成。其3端序列ACCUCCUUA与mRNA起始区序 列互补，故称解码位点。在蛋白质合成的起 始、延伸、终止中起活性作用。,2、rRNA,（3）23S rRNA：由2904个aa残基组成，折叠 成部分双螺旋结构。其803811序列高 度保守，20302615区有与tRNAMet序列 互补的片段，这是其肽酰转移酶的2个位 点区域。,2、rRNA,（4）5.8S rRNA：真核生物大亚基特有，由 16
22、0个aa残基组成，含有修饰碱基。还含 有与原核生物5S rRNA中CGAAC相同的保 守序列，以此与tRNA作用和识别。真核生物中还有18S rRNA、28S rRNA等,2、rRNA,原核生物rRNA分为5S、16S、23S三种。S是大分子物质在超速离心沉降中的一个物理学单位（沉降系数），可反映分子量的大小。小亚基由16SrRNA和21种rps构成，大亚基由5S、23s rRNA和31种 rpl（核糖核蛋白体）构成。真核生物核蛋白体小亚基含18S rRNA和30多种rps，大亚基含28S、5.8S、5S三种rRNA，近50种rpl。各种生物核蛋白体小亚基中的rRNA具有相似的二级结构(图)。
23、,16S rRNA 00C400C 00C21S颗粒26S颗粒30S核糖体亚基21S蛋白质含有15S蛋白质含有全部21S蛋白质23S rRNA 00C440C 00C33S颗粒41S颗粒 48S颗粒5S rRNAmg2+含有20L 含有全部 mg2+蛋白质 34L蛋白质21S蛋白质50S核糖体亚基,核糖体的自我组装,3.核糖体的功能,核糖体至少有5个活性中心：mRNA结合位点 AA-tRNA结合位点（A位）肽基转移位点（P位）肽酰-tRNA结合位点 转肽酶活性中心,3.核糖体的功能,此外还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。小亚基有mRNA结合位点，负责对起始位点的识别和密码子与反密码子的
24、相互作用。,3.核糖体的功能,大亚基负责氨基酸及tRNA携带的功能，如肽键的形成、AA-tRNA、肽基-tRNA的结合等。A位、P位、转肽酶中心等主要在大亚基上。,核糖体可解离为亚基或结合成70S/80S颗粒。核糖体的解离或结合取决于Mg2+离子浓度。细胞中大多数核糖体处于非活性的稳定状态，单独存在，只有少数与mRNA一起形成多聚核糖体。,五.蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成亦称为翻译（Translation），即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋白质或多肽链中的氨基酸排列顺序过程。,五.蛋白质的生物合成,核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，tRNA是模板与氨基酸之间的接
25、合体。20种以上AA-tRNA及合成酶、10多种起始因子、延伸因子及终止因子，30多种tRNA及各种rRNA、mRNA和100种以上翻译后加工酶参与蛋白质合成和加工过程。,五.蛋白质的生物合成,蛋白质生物合成可分为五个阶段：氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。,真核生物中已发现10余种功能重要的蛋白因子,已 知 功 能eIF-1 稳定40S、mRNA和Met-tRNA复合物 起eIF-2 形成GTP-Met-tRNA起始复合物 eIF-2B 促进eIF-2的再利用始 eIF-3 促进40S小亚基的形成 eIF-4A 辅助mRNA的结合因 eIF
26、-4B 识别mRNA,具有ATP酶的活性 eIF-4C 与40S结合，促进80S复合物形成子 eIF-4D 不 详 eIF-4E 帽子结合蛋白，识别帽子结构 eIF-45 与60S亚基结合，释放起始因子,真核生物中已发现10余种功能重要的蛋白因子,已 知 功 能 延伸EF-1 帮助AA-tRNA进入核糖体 因子EF-2 负责延伸中的移位释放因子 eRF 识别终止密码UAG，UAA，UGA,（一）氨基酸的活化,氨基酸tRNA ATP氨基酰tRNA合成酶氨基酰tRNA。,原核细胞起始氨基酸活化后还要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA，而真核细胞没有此过程。运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tR
27、NA。一组同功tRNA由同一种氨酰基tRNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括接近臂，DHU臂和反密码子臂（几何形状所决定的）。,1988年，候稚明和Schimmel的实验证明丙氨酸tRNA酸分子的氨基酸臂上G3：U70这两个碱基发生突变时则影响到丙氨酰tRNA合成酶的正确识别，说明G3：U70是丙氨酸tRNA分子决定其本质的主要因素。tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子。,（二）多肽链合成的起始,1、大肠杆菌翻译起始复合物的形成（1）mRNA起始信号部位：SD序列16s rRNA3 IF-3IF-1IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。,（二
28、）多肽链合成的起始,（1）mRNA起始信号部位：位于AUG上游8-13个核苷酸处的一个短片段叫做SD序列。SD与30S小亚基中的16s rRNA3端一部分序列互补因此SD序列也叫做核糖体结合序列，,（2）30S前起始复合物的形成：IF2 GTP Mg2+fMet-tRNAAUGIF2-30S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物IF3从三元复合物中脱落,（3）70S起始复合物的形成：50S亚基30S前起始复合物70S起始复合物（30S亚基-mRNA-50S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物）IF2脱落。,2、真核蛋白质合成起始,（1）需要特异的起始tRNA，即tRNAf
29、met且甲酰化。真核起始因子近10种。（2）起始复合物在mRNA5端AUG上游的帽子结构形成。（除某些病毒mRNA外）,2、真核蛋白质合成的起始,（3）真核起始复合物的形成eIF-340SeIF-2Met-tRNAfmetGTPeIF-3eIF-4CmRNA起始复合物,ATPeIF-3 eIF-1 eIF-4A eIF-4B mRNA 40S小亚基通过帽结合因子与mRNA的帽结合而转移到小亚基上。因通过帽结合可使起始密码AUG在Met-tRNAfmet的反密码位置固定下来，进行翻译起始。,Met-RNAfmet-GTPmRNA40S小亚基 60S大亚基eIF-5 eIF-4D80S复合物有活性
30、的80SMet-tRNAfmet-mRNA起始复合物,（三）多肽链的延长：,1）进位需种延长因子即EF(EF-Tu),EF(EF-Ts)以及GTP。EF-TuGTPA A-tRNA三元复合物,（三）多肽链的延长：,（1）为密码子所特定的氨基酸tRNA结合到核蛋白体的A位，称为进位。氨基酰tRNA在进位前需要有三种延长因子的作用，即，热不稳定的EF(EF-Tu),热稳定的EF(EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子。EF-Tu首先与GTP结合，然后再与氨基酰tRNA结合成三元复合物，这样的三元复合物才能进入A位。此时GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP与结合在A位上的氨基酰tRNA分离（图）。,
31、原核生物肽链延长因子EFTu与EFTs的作用原理,成肽 转肽酶转位 转位酶（-GTP）mRNA向前移动一个密码子的位置耗能,肽链合成方向 N端C端,2）转肽肽键的形成P位和A位上氨基酰tRNA的氨基酸转肽酶肽键 P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上转肽。,肽键的形成核蛋白体“给位”上携甲酰蛋氨酰基（或肽酰）的tRNA核蛋白体“受体”上新进入的氨基酰tRNA;失去甲酰蛋氨酰基（或肽酰）后，即将从核蛋白体脱落的tRNA;接受甲酰蛋氨酰基（或肽酰）后已增长一个氨基酸残基的肽键,（3）移位（Translocation),转肽后氨基酸都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落，核蛋白体沿mRNA
32、向3端方向移动一组密码子，使原结合二肽酰tRNA的A位转变成P位，而A位空出，可接受新的氨基酰tRNA进入，移位过程需要EF-2，GTP和Mg2+的参加。,（3)移位（Translocation),以后，肽链上每增加一个氨基酸残基，即重复上述进位，转肽，移位的步骤，直至所需的长度，实验证明mRNA上的信息阅读是从5端向3端进行，而肽链的延伸是从氮基端到羧基端。所以多肽链合成的方向是N端到C端（图）。,（四）翻译终止与多肽链释放,没有一个tRNA能够与终止密码子作用，而是靠特殊的蛋白质因子（即释放因子）促成终止作用。原核生物有种释放因子：RF1，RF2t RF3。RF1识别UAA和UAG，RF2
33、识别UAA和UGA。RF3的作用还不明确。真核生物中只有种释放因子eRF，它可以识别种终止密码子。,（四）翻译终止与多肽链释放,释放因子转肽酶水解酶肽链从核糖体水解下来mRNA与核糖体分离tRNA脱落。核糖体IF-3大、小亚基。,密码子,密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基,蛋白质合成全过程,亮氨酸,天门冬酰胺,异亮氨酸,转运 RNA（tRNA),氨基酸,亮氨酸,tRNA的一端运载着氨基酸,亮氨酸,反密码子,细胞质,细胞质中的mRNA,核糖体,mRNA 与核糖体结合.,tRNA 上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对.,tRNA 将氨基酸转运到 mRNA上的 相应位置.,两个氨基酸
34、分子缩合,缩合,亮氨酸,核糖体随着 mRNA滑动.另一个 tRNA 上的碱基与mRNA上的 密码子配对.,亮氨酸,一个个氨基酸分子缩合成链状结构,亮氨酸,天门冬酰氨,tRNA离开，再去转运新的氨基酸,亮氨酸,天门冬酰氨,异亮氨酸,以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质.,蛋白质合成结构图,氨基酸的活化:,形成aa-tRNA的两个步骤：氨基酸接受ATP，形成氨基酰腺苷一磷酸。氨基酰腺苷一磷酸和tRNA形成aa-tRNA。原核生物中，起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸：Met+tRNAfMet+ATP Met-tRNAfMet+AMP+PPiN10-甲酰四氢叶酸+Met-tRNAfMet 四氢叶酸+
35、fMet-tRNAfMet,蛋白质生物合成过程小结,肽链合成的起始,起始反应的主要步骤有：形成稳定的30S小亚基。IF-2结合到起始tRNA。30S起始复合物的形成。50S亚基参与形成完整的核糖体。,肽链合成的延伸,后续AA-tRNA与核糖体的结合 第二个AA-tRNA在EF-Tu及GTP的作用下，生成AA-复合物，然后结合到核糖体的A位点。随后GTP被水解释放，通过EF-Ts再生GTP，形成EF-Tu.GTP复合物，进入新一轮循环。,肽链合成的延伸,肽键的生成 在肽基转移酶（转肽酶）的催化下，A位点上的AA-tRNA转移到P位点，与fMet-tRNAfMet上的氨基酸生成肽键。起始tRNA从
36、核糖体P位点被挤出。移位 核糖体向mRNA的3端方向移动一个密码子。使第三位的密码子对应于A位点，准备接受新的AA-tRNA。,肽链合成的终止,释放因子水解P位点上多肽链与tRNA之间的二酯键；新生的肽链及tRNA从核糖体上释放；核糖体两个亚基解体，蛋白质合成结束。蛋白质合成动画,多核糖体循环,多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。,多核糖体循环：,真核生物蛋白质合成的不同点：,1真核生物蛋白质合成与mRNA的转录生成不偶联2真核生物蛋白质合成机构更复杂，起始步骤涉及因子很多，过程复杂。3真核生物蛋白质合成的调控复杂。4真核生物与原核生物蛋白质合成可
37、为不同的抑制剂所抑制,（五）蛋白质合成后的加工修饰,1.N端fMet或Met的切除：2、二硫键的形成：mRNA上没有胱氨酸的密码子，在肽链合成后通过二个半胱氨酸的疏基氧化而形成的，二硫键的形成对于许多酶和蛋白质的活性是必需的。,3.特定氨基酸的修饰。氨基酸的侧链修饰作用包括：磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化、羧基化等。,4.切除新生肽链中非功能片段：许多新合成的肽链要切除非功能段（如信号肽、C肽）才具有活性。,（六）蛋白质合成的抑制剂,（一）抗生素类阻断剂：抑制细菌细胞内蛋白质合成而对人体副作用最小，它们作用主要抑制起始因子、延长因子及核糖核蛋白体的作用等等。,（六）蛋白质合成的抑制剂,
38、（一）抗生素类阻断剂：1、链霉素、卡那霉素、新霉素干扰氨基酰tRNA与核糖体的结合而发生读。,2、四环素和土霉素：抑制细菌起始复合物的形成，抑制氨酰tRNA进A位，阻滞肽链的延伸；影响终止因子与核糖体的结合，使多肽链不能脱落离核糖体。,3、氯霉素：氯霉素与A位紧密结合，阻碍氨基酰tRNA进A位，抑制转肽酶活性，使肽链延伸受到影响，菌体蛋白质不能合成。,4、白喉霉素它对真核生物的延长因子EF-2起共价修饰作用，使EF-2失活，微量就能导致细胞死亡。,5、嘌呤霉素结构与酪氨酰-tRNA相似，当延长肽转入此异常A位时，易脱落，终止肽链合成。因嘌呤霉素对原核和真核生物均有干扰作用，故难于用做抗菌药物，
39、有人试用于肿瘤治疗。,（二）干扰素,干扰素(IF)是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质，可抑制病毒繁殖，保护宿主。,六、蛋白质运转机制,不论原核还是真核生物，所合成的蛋白质需定位于细胞特定的区域，有些需分泌到胞外，称分泌蛋白。细菌细胞内起作用的蛋白质一般靠扩散作用而分布到它们的目的地。,六、蛋白质运转机制,真核细胞结构更复杂，因此合成后的蛋白质还要面临跨越不同的膜而到达细胞器，有些蛋白质在翻译完成后还要经过多种共价修饰，这个过程叫做翻译后处理。,几类主要蛋白质的运转机制：,（一）细菌中蛋白质的越膜,绝大多数越膜蛋白的N端都具有大约15-30个以疏水氨基酸为主的N端信号序列或称信号肽。信号肽的疏水段
40、和信号序列之后的一段螺旋（反平行）组成一个发夹结构，这样蛋白易于膜。之后位于内膜外表面的信号肽酶将信号肽序列切除。,（二）真核生物蛋白质的分泌,真核蛋白质N端也有信号肽也形成个螺旋的发夹结构，这个结构可插入到内质网的膜中，将正在合成中的多肽链带入内质网内腔。信号肽识别颗粒SRP 和内质网SRP受体使蛋白质（分泌性？）进入内质网腔。,在蛋白质越过内质网的转运过程中，SRP和船坞蛋白（或SRP受体）的作用,（三）蛋白质的翻译运转同步运输,绝大部分被运入ER内腔的蛋白质都带有一个Signal peptide。该序列有个特点：（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）常常在靠近该序列N-端疏水氨基酸
41、区上游带有1个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在C-末端近蛋白酶切割位点处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（Ala或Gly）。,研究发现，一旦信号肽序列的N端暴露在核糖体外，该序列和核糖体迅速与SRP相结合，并诱发SRP与GTP相结合，停止新生肽的进一步延伸。,受位于ER外膜上的SRP受体及核糖体受体的牵引，该复合物（GTP-SRP-核糖体-mRNA-新生肽）立即向ER外膜靠拢，并通过peptide transport complex进入ER内腔。,翻译-运转同步机制(分泌蛋白途径),分泌蛋白:通过内质网分泌到cell外或细胞间质中的蛋白。信号肽:进入内质网的蛋
42、白质N端有一段长13-36个氨基酸的疏水性肽段（成熟分泌蛋白中不存在），能够引导多肽链穿过ER膜进入ER腔，称为信号肽。,信号肽的特点：,整体上是一段疏水的肽段；信号肽一般位于N端，进入ER膜后被信号肽酶水解；信号肽的中部常常由10-15个残基构成疏水性核，前端常常有几个带正电荷的碱性氨基酸，后端为为含丙氨酸的区域；信号肽酶的水解位点通常是“Ala-X-Ala”；信号肽可以位于蛋白质分子的各个部位；普遍适用性。,信号识别蛋白（SRP）和SRP受体蛋白（DP）,SRP是一个小的RNA-蛋白质复合体。SRP可以分为两个结构域：（）信号识别结构域，由RNA与蛋白质所构成。（）由其余RNA和蛋白质所构
43、成，其功能是使肽链的延伸暂停，因而叫做延伸作用制动结构域。,SRP的特性是能够与核糖体相结合并使肽链的延伸暂时受阻，SRP对翻译的阻断是暂时的,当它碰到时，就不再阻止核糖体的翻译，这时SRP离开核糖体而去识别新的信号序列。,（四）翻译后运转机制,Rough ER上的蛋白质常常通过运转载体将经过修饰的蛋白质送入高尔基体，再分别送到各个亚细胞位点。,线粒体蛋白质跨膜运转,叶绿体蛋白质跨膜运转,蛋白质跨线粒体膜运输有如下特点：,运输的是翻译结束后的完整蛋白质；通过线粒体膜的蛋白质在运送前以前体形式存在，由成熟蛋白质加上N末端的一段前导肽组成。是一个需能过程。,蛋白质中的核定位序列一般不被切除。蛋白质
44、的核定位是通过多个蛋白的共同作用来实现的。Importin(,亚基)的作用有点像SRP受体。NLS蛋白-Importin复合物停留在核孔上，并在Ran-GTPase的作用下通过核孔。,核定位蛋白跨核膜运转示意图,（五）蛋白质的降解,蛋白质降解是一个有序的过程。大肠杆菌许多蛋白质降解是通过依赖于ATP的蛋白酶（称为Lon）来实现的。每切除一个肽键要消耗两分子ATP。,（五）蛋白质的降解,真核生物蛋白质降解依赖于泛素（Ubiquitin）。与泛素相连的蛋白将被送到一个依赖于ATP的蛋白质降解系统（Proteasome）。,总结本章重点1遗传密码的性质（4点）2tRNA的三叶草型二级结构及功能3 rRNA的种类及核糖体的自我组装4原核生物蛋白质生物合成的过程5信号肽及其在翻译-运转同步机制中的作用,第一次作业1.比较原核生物与真核生物的基因组结构、核糖 体组成以及DNA复制、RNA转录和翻译过程主 要异同。,
