考研科目,动物生物化学 第15章 蛋白质的生物合成-翻译-PPT课件.ppt
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1、Protein Biosynthesis,Translation 第第15章章 蛋白质的生物合成翻译蛋白质的生物合成翻译本章主要内容本章主要内容1.1.翻译系统翻译系统2.2.蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程3.3.多肽链翻译后的修饰多肽链翻译后的修饰4.4.蛋白质的到位蛋白质的到位 重点和难点:重点和难点: 原核生物蛋白质合成的过程原核生物蛋白质合成的过程 原核生物与真核生物蛋白质合成的区别原核生物与真核生物蛋白质合成的区别1 1 蛋白质的翻译系统蛋白质的翻译系统 以以mRNA为模板,在核糖体、为模板,在核糖体、tRNA和多种蛋白因子的共同作用下,将和多种蛋白因子的共同作用下,将mR
2、NA中中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种种氨基酸的语言,又称氨基酸的语言,又称翻译(翻译(Translation)。)。1.1 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成原料原料:20种氨基酸种氨基酸mRNA: 合成蛋白质的模板。合成蛋白质的模板。tRNA: 原料氨基酸的原料氨基酸的“搬运工搬运工”。rRNA: 与多种蛋白质结合成核糖体,为与多种蛋白质结合成核糖体,为 合成多肽链的装配机。合成多肽链的装配机。 mRNA是遗传信息的载体(载有遗传密是遗传信息的载体(载有遗传密码),是合成蛋白质的模板,它以一系列码),是合成蛋白质的模板,它以一系列三三联体密码子联体密码子的形
3、式从的形式从DNA转录了遗传信息。转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。每个密码子代表一个氨基酸。1.2 mRNA 由由AUG开始,每开始,每3个核苷酸为一组,决个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。终止信号。 起始密码(起始密码(initiation coden):AUG 终止密码(终止密码(termination coden): UAA,UAG,UGA 编码性编码性(2)遗传密码的主要特征:)遗传密码的主要特征:遗传密码表遗传密码表从从mRNA5端端起始密码子起始密码子AUG到到3端终止端终止密码子之间的核苷酸序列密
4、码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连,各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链,续排列编码一个蛋白质多肽链,称为开放阅读称为开放阅读框架框架(open reading frame, ORF)。 AUGUAAORF 简并性简并性(同一氨基酸有多个不同密码(同一氨基酸有多个不同密码 子,子, 除除Trp,Met外)外)同义密码同义密码 通用性通用性(共同使用同一套密码子)(共同使用同一套密码子) 不重叠性不重叠性(三联体,连续性,无逗点,(三联体,连续性,无逗点, 连续阅读,连续阅读,5 到到3) 兼职性兼职性(终止密码(终止密码 编码氨基酸的密码)编码氨基酸的密码) 例外(例外(支原体,支原
5、体,UGA编码编码Trp;纤毛;纤毛 虫,虫,UAA和和UAG编码编码Glu) 原核原核tRNA有有30-40种,真核有种,真核有50-60种,含种,含70-90个核苷酸,个核苷酸, 并有多种稀有碱基。并有多种稀有碱基。 tRNA是最小的是最小的RNA, 占细胞总占细胞总RNA 的的15%左右,左右,其功能是搬运氨基酸和解读密码子。其功能是搬运氨基酸和解读密码子。 tRNA 具有具有“四环一臂四环一臂”和和“三叶草三叶草” 形形的的典型典型结构。结构。1.3 tRNA tRNA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 密码子与反密码子的配对方密码子与反密码子的配对方式式
6、1.4 核糖体的结构和功能(核糖体的结构和功能(ribosome)(1) 核糖体的化学组成核糖体的化学组成 核糖体呈颗粒状,由大小亚基组成,核糖体呈颗粒状,由大小亚基组成,每个亚基又含有不同的蛋白质和每个亚基又含有不同的蛋白质和rRNA,原核和真核生物不同。原核和真核生物不同。原核生物原核生物真核生物真核生物核糖核糖体体小亚基小亚基大亚基大亚基核糖核糖体体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16SrRNA5SrRNA23SrRNA18SrRNA28SrRNA5SrRNA5.8SrRNA蛋白蛋白质质21种种34种种33种种 49种种 不同细胞核糖体的组成不同细胞
7、核糖体的组成 核核糖糖体体的的组组成成 蛋白质合成中,核糖体首先与蛋白质合成中,核糖体首先与mRNA结合,按结合,按5到到3方向移动,每次移动的距方向移动,每次移动的距离相当于一个密码子。离相当于一个密码子。A位:氨酰基位:氨酰基tRNA位位(aminoacyl tRNA site)P位:肽酰基位:肽酰基tRNA (peptidyl tRNA site)E位:排出位位:排出位(exit site) (2 2)核蛋白体是肽链合成的装置)核蛋白体是肽链合成的装置P位:即肽位位:即肽位(Peptidyl site),3端连接肽链的端连接肽链的肽肽 酰酰tRNA占据的位置占据的位置。A位:即氨基酰位位
8、:即氨基酰位(Aaminoacyl site),氨基酰氨基酰 tRNA就加入到就加入到A位上位上,E位:位:tRNA释放结合位点释放结合位点(Exit site) (3 3)核蛋体的功能)核蛋体的功能(4 4)多核糖体)多核糖体 大肠杆菌由一大肠杆菌由一定数目的单个核糖定数目的单个核糖体与一个体与一个mRNA 分分子结合而成的念珠子结合而成的念珠状结构。状结构。 每个核糖体可独立完成一条肽链的合每个核糖体可独立完成一条肽链的合成,所以在多核糖体上可以同时进行多条成,所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成,提高了翻译的效率。肽链的合成,提高了翻译的效率。2. 原核生物蛋白质合成过程原核生物蛋
9、白质合成过程分为四个阶段:分为四个阶段:(1)活化)活化 (2)起始)起始 (3)延伸)延伸 (4)终止)终止氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成合成 (aminoacyl-tRNA synthetase)(1)氨基酸的活化)氨基酸的活化第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E氨基酰氨基酰-tRNA表示方法:表示方法:Ser-tRNASer 氨基
10、酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。都有高度特异性。 催化氨基酰催化氨基酰-tRNA脱酰基脱酰基,具有校正活性。具有校正活性。(2)氨基酰)氨基酰-tRNA合成酶的特点合成酶的特点(3 3)密码子)密码子- -反密码子的相互作用反密码子的相互作用氨基酸的加入需氨基酸的加入需靠靠mRNA上的密上的密码子和码子和tRNA上的上的反密码子相互以反密码子相互以碱基配对辨认。碱基配对辨认。 摆动学说:摆动学说:密码子的密码子的头两个碱基头两个碱基严格严格遵守碱基配对规律为遵守碱基配对规律为tRNA的反密码子识别,的反密码子识别,他们中的任何不同即为不同他们
11、中的任何不同即为不同tRNA识别,但识别,但第三个碱基不这样第三个碱基不这样,有一定的自由度,即摇,有一定的自由度,即摇摆性。摆性。 反密码子反密码子 3- X-Y-Z-5 密码子密码子 5- X- Y-Z - 3 密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象反密码子反密码子第一位碱基第一位碱基(4 4)翻译的起始)翻译的起始 大肠杆菌中大肠杆菌中, 起始密码子起始密码子AUG所编码的所编码的氨基酸并不是氨基酸并不是甲硫氨酸本身甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫而是甲酰甲硫氨酸(氨酸(fMet)。)。 Met-tRNA + N10-甲酰甲酰FH4 fMet-tRNAfmet + FH
12、4甲酰化酶甲酰化酶 fMet-tRNAfmet的生成的生成 在起始密码子在起始密码子AUG上游上游9-13个核苷酸个核苷酸处,有一段可处,有一段可与核糖体结合、富含嘌呤的与核糖体结合、富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列个核苷酸的共同序列,一般为,一般为AGGAGGU,此序列称,此序列称SD序列。序列。 使得结合于使得结合于小亚基上小亚基上的起始的起始tRNA能能正确地定位于正确地定位于mRNA的起始密码子的起始密码子AUG。 翻译的起始信号翻译的起始信号shine-Dalgarno顺序顺序 70s70s起始复合物的形成起始复合物的形成IF-1和和IF-2促进促进fMet-tRNA与与30S亚基
13、结合亚基结合。IF-3与与30S亚基结合,使亚基结合,使大小亚基分离大小亚基分离。 需要需要GTP和三种起始因子(和三种起始因子(initiation factor)IF-3 第一步第一步: : 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离E30S30S亚基首先亚基首先与与IF1IF1和和IF3IF3结合,结合,IF3IF3促促进进70S70S核糖体核糖体亚基的解离亚基的解离IF-1 第二步第二步: 30S复合物的形成复合物的形成小亚基小亚基16SrRNA与与SD序列配对。序列配对。 IF2和和GTP结合后与结合后与fMet-tRNAfmet形成复合体。形成复合体。 IF-3mRNA在小亚基定位结
14、合在小亚基定位结合EIF-1小亚基小亚基16SrRNA与与SD序列配对。序列配对。A U G53IF-3IF-2GTPA U G53EIF-1 IF2和和GTP结合后与结合后与fMet-tRNAfmet形成复合体形成复合体,结合在结合在AUG上。上。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPiA U G53 IF2结合的结合的GTP被水解,三种被水解,三种IF脱离,脱离,50S大大亚基与亚基与30S小亚基、模板小亚基、模板mRNA以及起始以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。构成起始复合体。 第三步:核糖体大亚基结合,起始第三步:核糖体大亚基结合,起始 复合物形成复合物形成EEI
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