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蛋白质的生物合成 （翻译） Protein Biosynthesis ， Translation

第 十 二 章. 蛋白质的生物合成 （翻译） Protein Biosynthesis ， Translation. 蛋白质的生物合成 ，即 翻译 ，就是将核酸中由 4 种 核苷酸序列 编码的遗传信息，通过 遗传密码 破译的方式解读为蛋白质一级结构中 20 种 氨基酸的排列顺序 。. 蛋白质合成体系 Protein Biosynthesis System. 第 一 节. 参与蛋白质生物合成的物质包括. 三种 RNA mRNA （ messenger RNA, 信使 RNA ） rRNA （ ribosomal RNA, 核蛋白体 RNA ）

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蛋白质的生物合成 （翻译） Protein Biosynthesis ， Translation

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Presentation Transcript

  1. 第 十 二 章 蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translation

  2. 蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。

  3. 蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System 第 一 节

  4. 参与蛋白质生物合成的物质包括 • 三种RNA • mRNA（messenger RNA, 信使RNA） • rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） • tRNA（transfer RNA, 转移RNA） • 20种氨基酸(AA)作为原料 • 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF • ATP、GTP、无机离子

  5. 一、翻译模板mRNA及遗传密码 • mRNA是遗传信息的携带者 • 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。

  6. 3 5 PPP 蛋白质 非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。

  7. 非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子 • 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron)。 3 mG - 5 PPP 蛋白质

  8. mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。 起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA

  9. 遗传密码表

  10. 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)。

  11. 遗传密码的特点 1. 连续性(commaless) 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。

  12. 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)。

  13. 2. 简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。

  14. 3. 通用性(universal) • 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。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

  15. 4. 摆动性(wobble) 转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。

  16. 摆动配对 U

  17. 密码子、反密码子配对的摆动现象

  18. 二、核蛋白体是多肽链合成的装置

  19. 核蛋白体的组成

  20. 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式: P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)

  21. 三、tRNA与氨基酸的活化 氨基酸臂 反密码环

  22. tRNA的三级结构示意图

  23. 氨基酰-tRNA合成酶 氨基酸 + tRNA 氨基酰- tRNA ATP AMP＋PPi • 氨基酸的活化 • （一）氨基酰-tRNA合成酶 • (aminoacyl-tRNA synthetase)

  24. 两步反应 氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi 氨基酰-AMP-E＋ tRNA —→氨基酰-tRNA＋AMP＋E

  25. 在此反应中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。在此反应中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。 • 氨基酸tRNA的合成，可使氨基酸①活化；②搬运；③定位。

  26. 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。。氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。。 • 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。 目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。 • 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet

  27. （二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet 原核生物起始密码子需要在Met-tRNAmetf上进行甲酰化，而真核生物不需要。

  28. 蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis 第 二 节

  29. 翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。 • 翻译的起始(initiation) • 翻译的延长(elongation) • 翻译的终止(termination ) 整个翻译过程可分为 ：

  30. 一、肽链合成起始 指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation complex)。 多种蛋白质因子参与这个过程，称为起始因子（initiation factor,IF）

  31. 原核、真核生物各种起始因子的生物功能

  32. （一）原核生物翻译起始复合物形成 • 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。

  33. 1. 核蛋白体大小亚基分离 IF-1 IF-3 IF-3：促使大小亚基分离，并提高P位对起始tRNA的敏感性 IF-1：占据A位防止结合其他tRNA

  34. 5' 3' A U G 2. mRNA在小亚基定位结合 IF-1 IF-3

  35. mRNA在核蛋白体上定位的机制： 1、S-D序列（核糖体结合序列） 在原核生物mRNA的起始密码前8～13核苷酸的位置，有一非常保守的序列：－AGGAGG-

  36. S-D序列：在原核生物mRNA的起始密码前8～13核苷酸的位置，有一非常保守的序列，与核糖体小亚基上的16S-rRNA结合，引导mRNA进入核糖体，这样的序列称为S-D序列。S-D序列：在原核生物mRNA的起始密码前8～13核苷酸的位置，有一非常保守的序列，与核糖体小亚基上的16S-rRNA结合，引导mRNA进入核糖体，这样的序列称为S-D序列。

  37. 2、S-D序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体小亚基蛋白rpS－1识别结合2、S-D序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体小亚基蛋白rpS－1识别结合 RNA-RNA与RNA-蛋白质相互作用使得mRNA在核蛋白体小亚基上精确定位

  38. IF-2 GTP 5' 3' A U G 3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基 IF-1 IF-3 IF-2：常与GTP结合，促进起始tRNA与小亚基结合

  39. 5' 3' A U G 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成 GTP Pi IF-2 GDP IF-1 IF-3 同时IF-2结合的GTP水解放能，促使三种IF因子释放

  40. IF-2 IF-2 5' 3' A U G IF-1 IF-1 IF-3 IF-3 同时IF-2结合的GTP水解放能，促使三种IF因子释放

  41. （二）真核生物翻译起始复合物形成 • 核蛋白体大小亚基分离； • 起始氨基酰-tRNA结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。

  42. 40S elF-3 40S mRNA ② ATP met elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ③ Met Met-tRNAiMet-elF-2-GTP ADP+Pi 60S Met elF-5 各种elF释放 eIF-2B、eIF-3、eIF-6 ④ ① GDP+Pi 60S Met 真核生物翻译起始复合物形成过程

  43. 二、肽链合成延长 指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 • 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步： • 进位(entrance) • 成肽(peptide bond formation) • 转位(translocation)

  44. 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2

  45. 肽链合成的延长因子

  46. （一）进位 又称注册(registration) 指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

  47. 延长因子EF-T催化进位（原核生物） EF-Tu促进氨基酰－tRNA进入A位 (活性) Tu有两种形式: Tu-GTP 和 Tu-GDP (失活) Ts为调节亚基

  48. 是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。 （二）成肽

  49. （三）转位 延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动 。 N端

  50. 进位 成肽 转位

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