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第十七章 蛋白质的生物合成 与修饰 Protein Synthesis and modification

第十七章 蛋白质的生物合成 与修饰 Protein Synthesis and modification. 第一节 概述. 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利. 翻 译. 生物体合成 mRNA 后， mRNA 中的遗传信息转变成为蛋白质中氨基酸排序的过程称为 翻译 。. 条件：. 1、 原料 20种氨基酸. 2、 能量 ATP 和 GTP. 3、 催化剂： 酶、蛋白质因子、无机离子（ Mg + ，K + ）. 4、 运载工具： tRNA. 5、 模板： mRNA（ 每个 A.A 由三个碱基确定）.

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第十七章 蛋白质的生物合成 与修饰 Protein Synthesis and modification

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Presentation Transcript

  1. 第十七章 蛋白质的生物合成与修饰 Protein Synthesis and modification 第一节 概述 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利

  2. 翻 译 生物体合成mRNA后，mRNA中的遗传信息转变成为蛋白质中氨基酸排序的过程称为翻译。 条件： 1、原料 20种氨基酸 2、能量 ATP和GTP 3、催化剂： 酶、蛋白质因子、无机离子（Mg+，K + ） 4、运载工具：tRNA 5、模板：mRNA（每个A.A由三个碱基确定） 6、装配机：核糖体(rRNA、蛋白质)

  3. 第二节 遗传密码的破译

  4. 第三节 遗传密码的几个重要特性 遗传密码： mRNA分子上从5’3’的方向，每三个碱基形成的三联体，组成一个遗传密码子（codon）。

  5. 遗传密码表：共有64个密码子，其中61 个是编码氨基酸。其中AUG ↗起始密码子 ↘Met的密码子。 有三个密码子是终止密码子：UAA、UAG、UGA， 这三组密码子不能被tRNA阅读，只能被 肽链释放因子识别。

  6. 遗传密码的基本特点（5个性）： 1、密码子的简并性 2、密码子的连续性 3、密码子的不重叠性 4、密码子的摆动性 5、密码子的通用性 6、特殊密码子 返回

  7. 1、密码子的简并性 一个氨基酸具有多个密码子的现象称为密码子的简并性（degeneracy）。 这些编码同一种氨基酸的多个密码子称为同义密码子（synonymous codon） 遗传密码的基本特点

  8. 2、密码子的连续性 要正确阅读密 码必须按一定的密码框架（reading frame） 从一个正确的起点开始，一个不漏地挨 着读下去，直到碰到终止信号为止。 遗传密码的基本特点

  9. 3、密码子的不重叠性(non-overlapping) 绝大多数生物中读码规则是不重叠的。少数大肠杆菌噬菌体的RNA基因组中，部分基因的遗传密码却是重叠的。 遗传密码的基本特点

  10. 4、密码子的摆动性 P423 密码子的第一、第二位专一性很强，第三位专一性就弱。 已证明，密码子的专一性主要由头两位碱基决定，Crick对第三位碱基的这一特性给于一个专门的术语，称“摆动性” wobble. 遗传密码的基本特点

  11. 1966年F.Crick提出的摆动假说（wobble hypothesis）

  12. tRNAs • Secondary & Tertiary structure • Isoacceptor tRNAs (同工受体tRNA） Different tRNAs carrying the same aa • tRNA identity- “2nd genetic code” P431 Special sequence elements on tRNAs that can be recognized by aaRS and then determine which aa is charged Positive elements & Negative elements • Some special tRNAs 1) Initiator tRNA: tRNAfMet & tRNAiMet 2) Suppressor tRNA（校正tRNA） 3) tmRNA

  13. 5、密码子的通用性 遗传密码表属于完全通用 。 返回 遗传密码的基本特点

  14. General features • With mRNA as template, tRNA as carrier for aa, ribosome as assembly site • Translational polarity 1) Extends in N-end → C-end how to prove? 2) Reads mRNAs in 5’ → 3’ • Triplet codon 1) How many bases determine one aa? “three determine one” 2) Cracking of the genetic code 3) Features of the genetic code • Ribosomes recognize aa-tRNA just by virtue of the base-pairing interaction between codons and anticodons • Wobble hypothesis

  15. The Nature of the Genetic Code • All the codons have meaning: 61 specify amino acids, and the other 3 are "nonsense" or "stop" codons • The code is unambiguous - only one amino acid is indicated by each of the 61 codons (wobble密码子的摆动性) • The code is degenerate - except for Trp and Met, each amino acid is coded by two or more codons (密码子的简并性) • Codons representing the same or similar amino acids are similar in sequence

  16. 2nd base pyrimidine: usually nonpolar amino acid 2nd base purine: usually polar or charged aa The code is not overlapping(密码子的不重叠性) The base sequence is read from a fixed starting point, with no punctuation(密码子的连续性) Universal & Unusual

  17. 第四节 蛋白质的生物合成 一、核糖体（ribosome）是一个复杂的超分子结构 核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密的配合部分，来挑选并管理参与蛋白质合成的各个组分。它参与多肽链的启动，延长和终止的各种因子的识别。

  18. 二、核糖体（ribosome） 原核生物核糖体 5S rRNA， 23S rRNA 50S 34种蛋白质 70S 16S rRNA 30S 21种蛋白质

  19. 真核生物核糖体 5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA 60S 49种蛋白质 80S 18SrRNA 40S 33种蛋白质

  20. 二、转移RNA具有特征性结构 tRNA是氨基酸的搬运工具。 氨基酸的同工受体：能够运输同一种氨基酸的多种tRNA分子。 tRNA分子上与蛋白质生物合成有关的位 点至少有四个: 1)3端—CCA上的氨基酸接受位点 2)识别氨酰—tRNA合成酶的位点 3)核糖体识别位点，使延长中的肽链 附着于核糖体上 4)反密码子位点

  21. Functional sites on Ribosome • Three sites for tRNA 1) The A (acceptor) site - where aa-tRNAs come in (except the first one) and where peptidyl-tRNA is after peptide bond formation and before translocation. 2) The P (peptidyl-tRNA) site - where peptidyl-tRNA is before peptide bond formation. 3) The E (exit) site - where the uncharged tRNA from the P site goes after translocation. • Peptidyl transferase - the active site that catalyzes formation of the peptide bond (23S rRNA in Prokaryotes) • Polypeptide exit channel • mRNA binding site

  22. 三、氨酰-tRNA合成酶和它们催化的反应 P429 四、一些氨酰-tRNA合成酶具有校对功能 氨酰—tRNA合成酶 , 酶的专一性表现在： a)识别氨基酸 b)识别tRNA(倒L型的三级结构) c)进行二次核对作用

  23. E.Coli蛋白质的生物合成: 1.氨基酸的活化： 由高度特异的氨酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)催化，反应分两步 总反应式

  24. 五、氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别 六、多肽链的合成从氨基末端开始

  25. 七、一个特定氨基酸起始蛋白质的合成 起始氨酰-tRNA的形成(P432) 现已清楚，原核细胞中多肽的合成都有 自甲硫氨酸开始，但并不是以甲硫氨酰-tRNA作起始物，而是以N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形式起始。

  26. 在E.Coli和其它原核生物中与这起始密码（AUG）相对应的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAfMet），这是起始tRNA。在E.Coli和其它原核生物中与这起始密码（AUG）相对应的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAfMet），这是起始tRNA。

  27. 起始tRNA怎样形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化 甲酰基 甲酰基转移酶 tRNA Met-tRNA Met N10－甲酰FH4 FH4 （fMet－tRNAf）

  28. Structure of N-formyl-methionyl-tRNA[Met] Differences with other tRNAs

  29. 细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。 （1）tRNAfMet带上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链合成的起始。 （2）tRNAmMet带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽链延伸中起作用。 所以AUG和GUG是兼职密码子，它们既可以作为起始密码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之对应的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽链内部相应aa的密码，这时AUG编码Met,GUG编码val。

  30. 八、多肽合成起始的三个步骤 1、30S-mRNA复合物的形成 此反应须起始因子3（IF3） P位：肽基的结合部位 A位：氨酰基的结合部位 起始密码定位在P位上 SD序列 Shine-Dalgarno发现在AUG的前 方有一段富嘌呤AG区，与30S中的16SrRNA富含嘧啶的区结合

  31. mRNAs Prokaryotic mRNAs Usually polycistronic Eukaryotic mRNAs Usually monocistronic

  32. Shine-Dalgarno Sequences recognized by E.coli ribosomes

  33. 2．肽链的起始： • mRNA中的起始密码是AUG，少数是GUG。 • 起始密码子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般为3～10个核苷酸，它与核糖体16srRNA 3ˊ端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与mRNA的结合。

  34. 2、30S预起始复合物（IF1,IF2,GTP） 消耗一个高能键 IF1起协助作用，促进IF3,IF2的作用，然后在IF1参与下，mRNA-30S-IF3进一步与fMet-tRNAf,GTP相结合，并释 放出IF3形成 一个30S起始复合物， 30S核糖体—mRNA-fMet-tRNAf。 肽键的合成

  35. SD sequence inactive 70S ribosome 30S initiation complex

  36. GDP + Pi 70S initiation complex

  37. 3. 肽链的延长： 肽链的延长需要一些延长因子或称延伸因子（elongation factor,EF） 原核生物的EF有EF-T和EF-G两类: • EF-T：延伸因子“T”，开始误认为这类延伸因子有肽基转移酶的活性peptidyl transferase，所以取转移酶的第一个字母“T” 。 • EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP，当GTP水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及GTP，所以用GTP的第一个字母“G”，EF-G。

  38. EF-T是由Tu和Ts两个亚基组成的二聚体， • EF-Ts：s是stable的意思，是稳定蛋白质， • EF-Tu: u是unstable，不稳定蛋白质。 • EF-Tu直接参加了氨酰-tRNA与核糖体的结合。

  39. 肽链的延长包括3步: • 氨酰-tRNA进入核糖体的A位 • 肽键的形成 • 移位

  40. （1）氨酰-tRNA进入核糖体的A位 这是个比较复杂的过程，需Ts、Tu，还要 消 耗GTP。EF-Tu与GTP和氨酰-tNRA首先形成三元 复合物，才能进入A位。

  41. （2）肽键的形成 通过一个转肽作用（transpeptidation），由肽酰转移酶（peptidyl transferase）催化，使一个酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的23s rRNA承担（肽基转移酶是一种ribozyme）。嘌呤霉素对蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。

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