医学生物化学课件-12-精选.ppt

1、第十二章第十二章 翻译翻译Translation 翻译翻译-以以mRNA为模板合成蛋白质为模板合成蛋白质 第一节第一节 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质 mRNA-模板模板 rRNA-构成核糖体作为蛋白质合成场所构成核糖体作为蛋白质合成场所 tRNA-搬运工具搬运工具 氨基酸氨基酸-原料原料 蛋白质因子蛋白质因子-(起始因子起始因子IF，延伸因子，延伸因子EF，释放因子，释放因子 RF，等等，等等)酶酶-氨基酰氨基酰-tRNA合成酶，转肽酶，转位酶，等合成酶，转肽酶，转位酶，等 无机离子无机离子-Mg+一、一、mRNA是翻译的直接模板是翻译的直接模板 v原核生物与真核生物原核生

2、物与真核生物mRNA的区别的区别多顺反子多顺反子 单顺反子单顺反子5端帽子结构端帽子结构 3端端polyA尾巴尾巴v三联体密码三联体密码-mRNA上每三个相邻的上每三个相邻的碱基构成一个遗传密码，决定一种氨基碱基构成一个遗传密码，决定一种氨基酸酸.遗传密码的特点遗传密码的特点1.1.连续性连续性:密码子间紧密相连，密码子阅读从起点开始一直读密码子间紧密相连，密码子阅读从起点开始一直读到终点信号为止；插入或删去一个碱基，会产生移码作用，到终点信号为止；插入或删去一个碱基，会产生移码作用，引起移码突变。一般遗传密码不重叠。引起移码突变。一般遗传密码不重叠。ABCDEFG.ABCDEFG.，应，应读

3、为读为ABCABC，DEFDEF，.，很少有，很少有BCDBCD，CDECDE的阅读的阅读2.2.简并性简并性:许多氨基酸可由几组不同的密码子编码。这种由几许多氨基酸可由几组不同的密码子编码。这种由几组密码子编码同一种氨基酸的现象称密码的简并；可以编组密码子编码同一种氨基酸的现象称密码的简并；可以编码相同氨基酸的密码子称同义密码子；色氨酸和甲硫氨酸码相同氨基酸的密码子称同义密码子；色氨酸和甲硫氨酸只有一个密码子（只有一个密码子（UGGUGG和和AUGAUG）3.3.摆动性摆动性:专一性由头两位碱基决定，第三位碱基的专一性不专一性由头两位碱基决定，第三位碱基的专一性不强，这种特性称强，这种特性称

4、“摆动性摆动性4.4.有有起始子起始子(AUG)(AUG)和和终止子终止子(UAG,UAA,UGA)(UAG,UAA,UGA)5.5.通用性通用性:几乎所有生物都共用同一套密码。但线粒体几乎所有生物都共用同一套密码。但线粒体DNADNA则则有所不同（如人线粒体）：有所不同（如人线粒体）：UGAUGA不是终止密码子，而编码色不是终止密码子，而编码色氨酸；氨酸；AGAAGA和和AGGAGG不编码精氨酸，而是终止密码子不编码精氨酸，而是终止密码子二二 核糖体是肽链合成的场所核糖体是肽链合成的场所 核糖体由大、小亚基构成核糖体由大、小亚基构成原核生物原核生物:70s (30s,50s)真核生物真核生物

5、:80s (40s,60s)核糖体核糖体 是蛋白质合成的场所。在细胞中以游离形式存在，或与是蛋白质合成的场所。在细胞中以游离形式存在，或与mRNA结合成串联的多核糖体（原核生物），或与内质网结合结合成串联的多核糖体（原核生物），或与内质网结合而形成粗糙内质网（真核生物）。而形成粗糙内质网（真核生物）。1、结构、结构：由大、小两个在一定条件下可解聚的亚基构成：由大、小两个在一定条件下可解聚的亚基构成（1）原核生物原核生物：30S小亚基小亚基-21种蛋白质和种蛋白质和16S rRNA 50S大亚基大亚基-34种蛋白质和种蛋白质和5S、23S rRNA（2）真核生物真核生物：40S小亚基小亚基-30

6、多种蛋白质和多种蛋白质和18S rRNA；60S大亚基大亚基-50多种蛋白质和多种蛋白质和5S、23S rRNA2、结构模型、结构模型：小亚基小亚基哑铃状，哑铃状，大亚基大亚基椅子状，相互结合形成椅子状，相互结合形成结合面上的一大空隙；小亚基中的结合面上的一大空隙；小亚基中的rRNA识别识别mRNA上多肽合上多肽合成的起始位点，所以能与成的起始位点，所以能与mRNA结合；大亚基上有两个结合；大亚基上有两个tRNA位点：位点：氨酰基位点氨酰基位点（A位点位点）和）和肽酰基位点肽酰基位点（P位点位点），所以），所以能与能与tRNA非专一地结合。另外还有非专一地结合。另外还有E位点位点（即空载（即空

7、载tRNA的结的结合位点）。合位点）。v 多聚核糖体多聚核糖体在一条在一条mRNA链上，多个核糖体呈串链上，多个核糖体呈串珠状排列（间隔珠状排列（间隔80个核苷酸），多个个核苷酸），多个核糖体同时在一条核糖体同时在一条mRNA上进行翻译，上进行翻译，大大加速蛋白质合成的速度，提高了大大加速蛋白质合成的速度，提高了mRNA的利用率的利用率三三 tRNA和氨基酰和氨基酰-tRNA tRNA的反密码子环与的反密码子环与mRNA的密码配对的密码配对 tRNA的的3-端端CCA-OH是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性合成酶具有绝对专一性 校正活性校正活性 氨

8、基酰氨基酰-tRNA的写法的写法氨基酸 +tRNA氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPAMP+PPiArg-tRNAarg fMet-tRNAfmet（原核）（原核）Met-tRNAimet（真核）（真核）Met-tRNAemet 氨基酰氨基酰-tRNA的合成（氨基酸活化）的合成（氨基酸活化）1、氨基酸、氨基酸-AMP-酶复合物的形成：酶复合物的形成：RCHCOOH+ATP+合成酶合成酶 RCHCOAMP 合成酶合成酶+PPi NH2 NH2 氨基酸的羧基通过酸酐键与氨基酸的羧基通过酸酐键与AMP上的上的5-磷酸基相接，形成高能酸酐键磷酸基相接，形成高能酸酐键2、氨基酸从复合物上转移到

9、相应的、氨基酸从复合物上转移到相应的tRNA上：上：氨基酰氨基酰AMP 合成酶合成酶+tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA+合成酶合成酶+AMP 氨基酸的羧基通过酯键连接在氨基酸的羧基通过酯键连接在tRNA 3-末端的末端的AMP（-CCA3）上）上v 反应中形成的反应中形成的PPi水解成正磷酸，所以对每个氨基酸活化来说，净消耗水解成正磷酸，所以对每个氨基酸活化来说，净消耗2个高能磷酸键个高能磷酸键v 合成酶对氨基酸有较高的专一性，包括：专一的氨基酸，只作用于合成酶对氨基酸有较高的专一性，包括：专一的氨基酸，只作用于L-氨氨基酸基酸v mRNA只对只对tRNA识别，与氨基酸无关识别，与氨基酸无关密

10、码子密码子与与反密码子反密码子的配对关系：的配对关系：反密码子中的碱基反密码子中的碱基 密码子中的碱基密码子中的碱基 G U或或C C G A U U A或或G I A，U或或C I：次黄嘌呤核苷：次黄嘌呤核苷（1）结构特点）结构特点：起始密码子常为：起始密码子常为AUG，少，少数为数为GUG；起始密码子上游约；起始密码子上游约10个核苷酸处个核苷酸处有一段富含嘌呤核苷酸的序列有一段富含嘌呤核苷酸的序列(9-12bp)：5-AGGAPuPu UUUPuPuAUG-3，称为，称为Shine-Dalgarno序列序列，它与，它与16S rRNA 3端的端的一段嘧啶核苷酸序列互补；一段嘧啶核苷酸序列

11、互补；（一）原核生物（大肠杆菌）翻译起始（一）原核生物（大肠杆菌）翻译起始 起始氨基酸是起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸，起始的氨基酰，起始的氨基酰-tRNA复合物复合物是是N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf)，由甲酰化酶催化，由甲酰化酶催化Met-tRNAf上甲硫氨酸的上甲硫氨酸的-NH2甲基化而成。甲基化而成。第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程一一 翻译的起始翻译的起始 甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA与与mRNA结合到核糖体形成起始结合到核糖体形成起始复合物复合物IF3 IF150S30SIF3 IF130SIF3 IF1IF3 IF1AUGIF3

12、 IF1IF2AUGMetAUGAUGMetfMet-tRNAfmetIF2 GTP,Mg+30S50S70SIF3,IF1,IF2,GDP+Pi（2）起始过程（起始复合物形成）起始过程（起始复合物形成）：mRNA在在IF3和和IF1（起始因子）参与下与核糖体小亚基结合形成（起始因子）参与下与核糖体小亚基结合形成mRNA-30S-IF3复合物复合物 在在IF2参与下与参与下与fMet-tRNAf和和GTP结合形成结合形成30S-mRNA-fMet-tRNAf复合物复合物（30S起始复合物），并释放出起始复合物），并释放出IF3 再与大再与大亚基结合形成亚基结合形成70S起始复合物起始复合物，同

13、时，同时GTP水解并释放出水解并释放出IF1和和IF2。此时，此时，fMet-tRNAf占据核糖体上的肽酰位点（占据核糖体上的肽酰位点（P位点），空着的氨位点），空着的氨酰酰-tRNA位点（位点（A位点）准备接受另一个氨酰位点）准备接受另一个氨酰tRNA。(二二)真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点eIF 111 甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNAimet mRNA的的5端有帽子结构，端有帽子结构，3端有端有poly核糖体为核糖体为80起始密码子起始密码子AUG之前的前导序列中有一段之前的前导序列中有一段嘧啶核苷酸序列，与嘧啶核苷酸序列，与18SrRNA的一段嘌呤的一段嘌呤核苷酸互补配对核苷酸

14、互补配对先结合上先结合上甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNAimet，再结合，再结合mRNAMetAUG80S80S核糖体 +eIF3 40S小亚基eIF3 +60S大亚基 eIF4Met-tRNAimet+GTP+eIF2Met-tRNAimet-eIF2-GTP辅eIF240S-Met-tRNAimet-GTP-40S-Met-tRNAimet-mRNA-GTPeIF1eIF4A,4BeIF4E(帽结合因子)mRNAATPADP+PieIF5eIF5GDP+Pi80S-Met-tRNAimet-mRNAeIF4D活化80S起始复合物MetAUG80SeIF2:使使Met-tRNAmet与小亚基结合与

15、小亚基结合eIF4E:与与mRNA 5-帽子结合帽子结合eIF3:与与AUG识别识别eIF4A,B:促使促使ATP水解而提供反应能量水解而提供反应能量eIF5:诱导诱导eIF2和和eIF3的释放，并使的释放，并使eIF2-GTP中的中的GTP水解水解E二肽链的延长二肽链的延长 延长因子延长因子(EF)原核生物 功能 真核生物 EF-Tu 协助氨基酰-tRNA进入 EF-1 EF-Ts A位；结合GTP （）EF-G 转位酶，协助mRNA前移 由A位进入P 位；游离 EF-2 tRNA的释放核糖体循环核糖体循环:注册，成肽，转位注册，成肽，转位1.注册注册 氨基酰氨基酰tRNA进入进入A位位,需

16、要需要EF-T协助协助 （-GTP）延伸因子延伸因子EF-T(Tu-Ts)与与GTP结合结合 再与氨酰再与氨酰-tRNA结结合成氨酰合成氨酰tRNA-Tu-GTP复合物复合物(释放出释放出Ts)复合物与核糖复合物与核糖体结合并释放出体结合并释放出Tu-GDP，氨酰，氨酰tRNA结合到结合到A位上位上 Tu-GDP再与延伸因子再与延伸因子Ts反应而重新形成反应而重新形成EF-T(Tu-Ts)。2.成肽成肽 转肽酶转肽酶OCCHNH2OROCCHNH2OH3CSCH2CH2OCCHNHCCHOOH3CSCH2CH2RA位P位A位P位转肽酶NH2肽链合成方向肽链合成方向 N端端C端端 在肽酰转移酶作

17、用下肽酰基从在肽酰转移酶作用下肽酰基从P位点转移到位点转移到A位点，位点，并通过其羧基与并通过其羧基与A位点上的氨酰位点上的氨酰tRNA上的氨基形成新的上的氨基形成新的肽键肽键 P位点上的位点上的tRNA成为空载，成为空载，A位点上位点上tRNA携带一携带一个二肽。个二肽。3.转位转位 转位酶转位酶 （-GTP）mRNA向前移动一个密码子的位置向前移动一个密码子的位置耗能耗能 核糖体沿核糖体沿mRNA 5 3方向作相对移动（方向作相对移动（每次移动一个密码子）每次移动一个密码子）原来原来P位点上的空载位点上的空载tRNA经经E位点离开核糖体位点离开核糖体 A位点上的肽酰位点上的肽酰-tRNA又

18、回到又回到P位点位点 A位点又空出以接受新的位点又空出以接受新的氨酰氨酰tRNA。mRNAmRNA指导的蛋白质的合成指导的蛋白质的合成核糖体核糖体tRNAtRNAtRNAtRNAmRNAmRNA(a)(a)起始复合物的形成起始复合物的形成(b)(b)肽键生成肽键生成 (c).tRNA(c).tRNA脱离脱离(d)(d)移位作用移位作用三三 肽链合成的终止肽链合成的终止终止密码的辨认，肽链从肽链终止密码的辨认，肽链从肽链-tRNA上水解出，上水解出，mRNA从核糖体中分离，大小亚基拆开。从核糖体中分离，大小亚基拆开。都需要都需要RF(1,2,3)和和RR参与终止，参与终止，RF的作用是的作用是

19、辨认终止密码辨认终止密码 促进肽链促进肽链C端与端与tRNA3-OH酯键的水解（通过转肽酯键的水解（通过转肽酶的酯酶活性）酶的酯酶活性）。RR的作用的作用 把把mRNA从核蛋白体上游离出来从核蛋白体上游离出来 释放因子释放因子RF1和和RF2识别终止信号，使识别终止信号，使P位点上的肽酰转位点上的肽酰转移酶的活力转变为水解活力，使多肽从移酶的活力转变为水解活力，使多肽从tRNA上水解下来上水解下来 tRNA从核糖体上脱落从核糖体上脱落RR使核糖体离开使核糖体离开mRNA 核糖体大核糖体大、小亚基解离开、小亚基解离开释放因子释放因子RF3与分离开的小亚基结合，防止与分离开的小亚基结合，防止大、小

20、亚基结合。大、小亚基结合。原核生物：原核生物：RF-1识别识别UAA及及UAG RF-2识别识别UAA及及UGA RF-3能促进能促进RF-1和和RF-2对核糖体的结合。对核糖体的结合。是酯酶的激活物是酯酶的激活物转肽酶转肽酶 酯酶活性酯酶活性第三节第三节 翻译后的加工翻译后的加工翻译后加工翻译后加工-肽链从核蛋白体释放后，经过肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质成熟蛋白质一、高级结构的修饰一、高级结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合四级结构四级结构 Hb(22)（二）辅基连接（二）辅基连接结合蛋白结合蛋白二、一级结构的

21、修饰二、一级结构的修饰（一）切除（一）切除N-端的甲酰基或端的甲酰基或N-甲硫氨酸甲硫氨酸:脱脱甲酰基酶或氨基肽酶甲酰基酶或氨基肽酶（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰羟脯氨酸羟脯氨酸,羟赖氨酸的羟化羟赖氨酸的羟化;含含-OH的丝氨酸的丝氨酸,苏氨酸苏氨酸,酪氨酸的磷酸化酪氨酸的磷酸化;多肽链二硫键的形成多肽链二硫键的形成（三）水解修饰（三）水解修饰 鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)NC信号肽103肽ACTH-LT-MSHEndophin-MSH三、蛋白质合成后的靶向输送三、蛋白质合成后的靶向输送v 蛋白质合成后的去向蛋白质合成后的去向留在胞浆留在胞浆进入核、线粒体或其它细

22、胞器进入核、线粒体或其它细胞器 分泌至体液，输送至靶器官分泌至体液，输送至靶器官 靶向输送靶向输送-蛋白质合成后，定向地到蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点达其执行功能的目标地点v蛋白质透过膜性结构的条件蛋白质透过膜性结构的条件信号肽信号肽 蛋白质自身的结构特点蛋白质自身的结构特点转运的机构转运的机构 信号肽：信号肽：N-端的一段疏水氨基酸端的一段疏水氨基酸 1040 N端端 带正电荷的碱性氨基酸带正电荷的碱性氨基酸疏水核心区疏水核心区 中性氨基酸中性氨基酸C端端 小分子氨基酸（信号肽酶裂解部位）小分子氨基酸（信号肽酶裂解部位）蛋白质自身结构特点：蛋白质自身结构特点：多数为酶原多数为

23、酶原分泌性蛋白质转运的机制分泌性蛋白质转运的机制信号识别体（信号识别体（SRP）输送过程：输送过程：肽链生物合成中首先翻译出肽链生物合成中首先翻译出信号肽信号肽，此时多，此时多肽链的其余部分还在翻译中。肽链的其余部分还在翻译中。信号肽信号肽（N-端的新端的新生肽链）与生肽链）与信号识别体（信号识别体（SRP）结合（即结合（即SRP与与核糖体结合），肽链的延伸就暂时停止或延缓；核糖体结合），肽链的延伸就暂时停止或延缓；SRP-核糖体复合体核糖体复合体移动至内质网上与那里的移动至内质网上与那里的SRP受体停泊蛋白受体停泊蛋白结合，然后肽链延伸又继续；由此结合，然后肽链延伸又继续；由此核糖体被送入多

24、肽移位装置，核糖体被送入多肽移位装置，SRP释放到胞质中，释放到胞质中，多肽边进入内质网边延伸多肽边进入内质网边延伸第四节第四节 基因表达的调节基因表达的调节原核生物基因表达的调节（乳糖操纵子）原核生物基因表达的调节（乳糖操纵子）E.coliE.coli（大肠杆菌）中与乳糖代谢有关的酶，通常是被阻（大肠杆菌）中与乳糖代谢有关的酶，通常是被阻遏的。只有当以乳糖为唯一碳源时，这些酶才能被诱导合成。遏的。只有当以乳糖为唯一碳源时，这些酶才能被诱导合成。操纵子：基因表达的协调单位，包括操纵子：基因表达的协调单位，包括调控区调控区和和结构基因结构基因乳糖操纵子：乳糖操纵子：调控区调控区包括：启动子（包括

25、：启动子（p）操纵基因（操纵基因（o）调节基因（调节基因（lacI）：产生阻遏蛋白）：产生阻遏蛋白结构基因结构基因包括包括：lacZ基因基因（编码（编码-半乳糖苷酶）半乳糖苷酶）lacY基因基因（编码（编码-半乳糖苷通透酶）半乳糖苷通透酶）lacA基因基因（编码（编码-半乳糖苷乙酰基转移酶）半乳糖苷乙酰基转移酶）阻遏蛋白阻遏蛋白上的结合位点：结合上的结合位点：结合操纵基因操纵基因 结合结合诱导物诱导物（乳糖乳糖）在没有诱导物存在下，在没有诱导物存在下，阻遏蛋白阻遏蛋白处于活性形式而与处于活性形式而与操纵基操纵基因因结合，所以基因不能转录；当加入诱导物后，结合，所以基因不能转录；当加入诱导物后，

26、诱导物诱导物与阻遏与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白发生构象上的改变而影响其结合操纵基蛋白结合，使阻遏蛋白发生构象上的改变而影响其结合操纵基因位点的活力，转录就被诱导。因位点的活力，转录就被诱导。但阻遏不是绝对的，具有基础水平转录，否则诱导前但阻遏不是绝对的，具有基础水平转录，否则诱导前诱导诱导物物就不能进入细胞了。就不能进入细胞了。第四节第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制一、抗生素一、抗生素 抗生素 作用点 作用原理 四环素族 核蛋白体小亚基 阻碍氨酰-tRNA与小亚基结合(金霉素,四环素,土霉素)(30S,40S)不能透过真核细胞膜链霉素,新霉素,卡那霉素 30S亚基 抑

27、制启动;引起读码错误氯霉素,林可霉素 50S亚基 抑制转肽酶活性嘌呤霉素 真核生物 抑制转肽酶放线菌酮 与酪氨酰-tRNA结构类似 干扰翻译二、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质二、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质v白喉毒素白喉毒素 对真核生物剧毒对真核生物剧毒 可对可对EF-2起共价修饰作用起共价修饰作用v干扰素干扰素(interferon，IF)是细胞感染病毒是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质后产生的一类蛋白质.可抑制病毒繁殖可抑制病毒繁殖,保保护宿主护宿主.干扰素+双链RNA多个ATP25pppA（pA）n（25）25A合成酶核酸内切酶（无活性）核酸内切酶（无活性）核酸内切酶（有活性）mRN

28、A降解蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（有活性）eIF-2-Pi蛋白质合成启动受抑制ATP本章小节本章小节 1、掌握遗传密码的特点，、掌握遗传密码的特点，mRNA、tRNA 及核糖体在蛋白质合成中的作用。及核糖体在蛋白质合成中的作用。2、熟悉、熟悉 SD序列概念、核糖体循环。序列概念、核糖体循环。3、了解蛋白质生物合成的主要过程。蛋、了解蛋白质生物合成的主要过程。蛋白质翻译后加工，抗生素对翻译的抑制作白质翻译后加工，抗生素对翻译的抑制作用用。思考题思考题 1 1、下列关于氨基酸密码子的描述哪一项、下列关于氨基酸密码子的描述哪一项是错误的？是错误的？A A、密码子有种属特异性，故不同生、密码子有种属特

29、异性，故不同生物合成不同的蛋白质物合成不同的蛋白质 B B、密码子阅读有方向性，、密码子阅读有方向性，5353C C、一种氨基酸可有一组以上的密码、一种氨基酸可有一组以上的密码子子 D D、一组密码子只代表一种氨基酸、一组密码子只代表一种氨基酸E E、密码子第三位碱基在决定掺入氨、密码子第三位碱基在决定掺入氨基酸的特异性方面重要性较小基酸的特异性方面重要性较小 2 2、下列关于蛋白质合成的描述哪一项是、下列关于蛋白质合成的描述哪一项是错误的？错误的？A A、氨基酸须活化成活性氨基酸、氨基酸须活化成活性氨基酸 B B、氨基酸的羧基被活化、氨基酸的羧基被活化 C C、体内所有的氨基酸都有密码、体内所有的氨基酸都有密码D D、活化的氨基酸被搬运到核糖体上、活化的氨基酸被搬运到核糖体上 E E、tRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA密码子按密码子按碱基配对原则结合碱基配对原则结合 3 3、名词解释、名词解释：翻译：翻译 遗传密码的简并遗传密码的简并性性 三联体密码三联体密码 4 4、试述核酸在蛋白质合成中的作用、试述核酸在蛋白质合成中的作用。5 5、试述蛋白质翻译后加工的生物学意义，、试述蛋白质翻译后加工的生物学意义，并列出有哪些加工方式？并列出有哪些加工方式？