翻译医学知识宣讲培训课件.ppt
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1、目目 录录l蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成,即,即翻译翻译,就是将核酸中由,就是将核酸中由 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息,通过编码的遗传信息,通过遗传密码遗传密码破译的破译的方式解读为蛋白质一级结构中方式解读为蛋白质一级结构中20种种氨基酸的排列顺氨基酸的排列顺序序。翻译医学知识宣讲10/12/20221目目 录录第第 一一 节节 翻译医学知识宣讲10/12/20222目目 录录原料:原料:20种氨基酸种氨基酸rRNA和蛋白质组成的核糖体是合成蛋白质的和蛋白质组成的核糖体是合成蛋白质的场所场所。tRNA:结合、转运氨基酸结合、转运氨基酸。mRNA:翻译的直接模板:翻译的直接模板
2、酶:酶:氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 转肽酶转肽酶(肽酰转移酶)(肽酰转移酶)转位酶转位酶蛋白质因子:蛋白质因子:IF、EF、RF能量:能量:ATP、GTP无机离子:无机离子:Mg2+翻译医学知识宣讲10/12/20223目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/20224目目 录录l mRNA是遗传信息的携带者和传递者是遗传信息的携带者和传递者l是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板mRNA种类多,大小不一,半衰期短种类多,大小不一,半衰期短占占RNA总量总量12一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码翻译医学知识宣讲10/12/20225目目 录录l mRNA上
3、存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向,由方向,由AUG开开始,每始,每3个核苷酸为一组,决定肽链上某一个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号,个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号,称为称为三联体密码三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden):AUG 终止密码终止密码(termination coden):UAA,UAG,UGA 氨基酸密码:氨基酸密码:61种种翻译医学知识宣讲10/12/20226目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/20227目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/20
4、228目目 录录从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连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,称为续排列编码一个蛋白质多肽链,称为开放阅读开放阅读框架框架(open reading frame,ORF)。开放阅读框架开放阅读框架翻译医学知识宣讲10/12/20229目目 录录l通用性(通用性(universalityuniversality)l方向性(方向性(directionalitydirectionality)l连续性(连续性(commalessnesscommalessness)l简并性(
5、简并性(degeneracydegeneracy)l摆动性(摆动性(wobblewobble)l遗传密码的特点遗传密码的特点翻译医学知识宣讲10/12/202210目目 录录 蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类都通用。人类都通用。已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。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密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。翻译医学知识宣讲10/12/202211目目 录录5 端:起始密码子端:起始密码子3 端:终止密码子端:终止密码子密码子方向
6、:密码子方向:5 3 翻译过程模板阅读方向:翻译过程模板阅读方向:5 3 翻译过程多肽链延长方向:翻译过程多肽链延长方向:N端端C端端翻译医学知识宣讲10/12/202212遗传密码中,除色氨酸和甲硫氨酸仅遗传密码中,除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外,其余氨基酸有有一个密码子外,其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。多个密码子编码一个多个密码子编码一个AA的现象的现象密码子简并性的生物学意义:减少有害突变。密码子简并性的生物学意义:减少有害突变。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。目目 录录翻译医学知识宣讲10/1
7、2/202213目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202214目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202215目目 录录编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码从码从5 35 3连续阅读,密码间既无间断也连续阅读,密码间既无间断也无交叉。无交叉。翻译医学知识宣讲10/12/202216目目 录录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失,可能导致框移突变插入或缺失,可能导致框移突变(frameshift mutation)。翻译医学知识宣讲10/12/202217目目 录录转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通
8、过的反密码需要通过碱基互补与碱基互补与mRNA上的遗传密码上的遗传密码反向配对反向配对结结合,但反密码与密码间不严格遵守常见的碱合,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。基配对规律,称为摆动配对。翻译医学知识宣讲10/12/202218U摆动配对摆动配对反密码第一位与反密码第一位与密码第三位不严密码第三位不严格配对格配对U目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202219目目 录录tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG翻译医学知识宣讲10/12/202220目目 录录反密码环反密码环氨基酸臂氨基
9、酸臂氨基酸的氨基酸的运载体运载体翻译医学知识宣讲10/12/202221目目 录录ltRNAtRNA是蛋白质生物合成过程中是蛋白质生物合成过程中氨基酸氨基酸的转运工具的转运工具l tRNAtRNA分子分子33末端的末端的CCACCA序列是氨基酸序列是氨基酸结合部位。结合部位。每一种特异的每一种特异的tRNAtRNA只能转载只能转载特异的氨基酸。特异的氨基酸。翻译医学知识宣讲10/12/202222目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202223目目 录录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S4
10、0S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS 21种种rpL 34种种rpS 33种种rpL 50种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 三、三、rRNArRNA参与组成核蛋白体参与组成核蛋白体翻译医学知识宣讲10/12/202224目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202225原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位:氨基酰位位:氨基酰位(aminoacyl site)P位:肽酰位位:肽酰位(peptidyl site)E位:排出位位:排出位
11、(exit site)目目 录录转肽酶转肽酶(肽酰转移酶肽酰转移酶)活性部位活性部位翻译医学知识宣讲10/12/202226目目 录录四、参与蛋白质合成的酶类1.氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶l 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminocyl-tRNA synthetase)催化催化tRNA的的3-末端末端CCA-OH与氨与氨基酸羧基形成基酸羧基形成酯键酯键,生成氨基酰,生成氨基酰-tRNA。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物合成酶对底物AA和和tRNA都有都有高度高度特异性特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性。翻译医学知识宣讲10/12/20222
12、7目目 录录 2.转肽酶(肽酰转移酶)转肽酶(肽酰转移酶)将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNAtRNA,形成肽键;,形成肽键;l在原核生物中,肽酰转移酶是大亚基的在原核生物中,肽酰转移酶是大亚基的23S 23S rRNArRNA的成分;在真核生物中,该酶是的成分;在真核生物中,该酶是大亚基大亚基28S 28S rRNArRNA的成分。的成分。l它们均是它们均是核酶核酶。3.转位酶转位酶翻译医学知识宣讲10/12/202228目目 录录 第第 二二 节节 翻译医学知识宣讲10/12/202229目目 录录l蛋白质生物合成过程包括三大步骤:蛋白质生物合成
13、过程包括三大步骤:氨基酸的活化与搬运;氨基酸的活化与搬运;活化氨基酸在核蛋白体上的缩合组装;活化氨基酸在核蛋白体上的缩合组装;多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。翻译医学知识宣讲10/12/202230目目 录录氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶1.1.氨基酸氨基酸 +ATP-E +ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E+-AMP-E+PPiPPi2.2.氨基酰氨基酰-AMP-E+-AMP-E+tRNAtRNA 氨基酰氨基酰-tRNAtRNA+E+AMP+E+AMP 一、氨基酸的活化与搬运一、氨基酸的活化与搬运翻译医学知
14、识宣讲10/12/202231目目 录录第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi翻译医学知识宣讲10/12/202232目目 录录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翻译医学知识宣讲10/12/202233目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202234目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法:的表示方法:Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet l起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA真核生物真核生物:Met-tRNAiMet原核生物原核生物:fMet-t
15、RNAifMet注:肽链延长中携带甲硫氨酸的注:肽链延长中携带甲硫氨酸的tRNAtRNA表示表示为为tRNAtRNAMetMet翻译医学知识宣讲10/12/202235目目 录录Met-tRNAimet+N10-CHO-FH4转甲酰基酶转甲酰基酶fMet-tRNAifmet翻译医学知识宣讲10/12/202236目目 录录指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别分别与核蛋白体结合而形成与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物(translational initiation complex)。二、原核生物蛋白质合成二、原核生物蛋白质合成翻译医学知识宣讲10/12/202237
16、目目 录录l核蛋白体大小亚基分离;核蛋白体大小亚基分离;lmRNA在小亚基定位结合;在小亚基定位结合;lfMet-tRNAfMet的结合;的结合;l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。翻译医学知识宣讲10/12/202238目目 录录IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目目 录录起始因子起始因子IFIF3 3使大小亚基分离,使大小亚基分离,IFIF1 1协助协助70s70s核糖体核糖体30s30s小亚基小亚基+50s+50s大亚基大亚基 翻译医学知识宣讲10/12/202239目目 录录A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合翻译医
17、学知识宣讲10/12/202240目目 录录mRNA AUGmRNA AUG上游上游S-DS-D序列(序列(AGGAAGGA)与小亚基)与小亚基16s rRNA16s rRNA上上UCCUUCCU序列互序列互补,紧接补,紧接AGGAAGGA的小段又可以被核糖体小亚基蛋白(的小段又可以被核糖体小亚基蛋白(rps-1rps-1)辨认)辨认结合,即结合,即RNA-RNARNA-RNA、RNA-RNA-蛋白质相互辨认。蛋白质相互辨认。翻译医学知识宣讲10/12/202241目目 录录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifmet)结合到结合到小亚基小亚基A
18、 U G53 IF IF2 2(GTPGTP)作用下,)作用下,fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet反密码子与反密码子与mRNAmRNA分子分子中密码子中密码子AUGAUG配对结合,形成配对结合,形成30S30S起始复合物,需要起始复合物,需要GTPGTP和和MgMg2+2+参与。参与。翻译医学知识宣讲10/12/202242目目 录录IF-3IF-1IF-2GTPGDP Pi4.核蛋白体大亚基结合,起始复合物形成核蛋白体大亚基结合,起始复合物形成A U G53 50S 50S大亚基与上述的大亚基与上述的30S30S前起始复合物结合,同时前起始复合物结合,同时IFIF2 2脱落
19、,形成脱落,形成70S70S起始复合物起始复合物,即,即核糖体大小亚基核糖体大小亚基-mRNA-fMet-tRNAmRNA-fMet-tRNAfMetfMet复合物复合物。fMet-tRNA fMet-tRNA占据着占据着50S50S大亚基的大亚基的P P位。位。A A位留空位留空 。翻译医学知识宣讲10/12/202243目目 录录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202244目目 录录指根据指根据mRNA密码序列的指导,依次添加密码序列的指导,依次添加氨基酸从氨基酸从N端向端向C端延伸肽链,直到合成终止端延伸肽链,直
20、到合成终止的过程。的过程。l肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行,又肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行,又称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle),每次循环,每次循环增加一个氨基酸,包括以下三步:增加一个氨基酸,包括以下三步:进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)翻译医学知识宣讲10/12/202245目目 录录l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)原核生物:原核生物:EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真
21、核生物:真核生物:EF-1、EF-2 翻译医学知识宣讲10/12/202246目目 录录原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位,位,GTPaseeEF-1-EF-TsGTP交换蛋白交换蛋白eEF-1-EF-G有有转位酶活性转位酶活性,促进,促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位,位,促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 翻译医学知识宣讲10/12/2022471.1.进位进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导,一组遗传密码指导,使相应氨基酰使相
22、应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202248目目 录录延长因子延长因子EF-T催化进位(原催化进位(原核生物)核生物)翻译医学知识宣讲10/12/202249Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录录翻译医学知识宣讲10/12/202250目目 录录由由转肽酶转肽酶(transpeptidase)催化催化P位上氨基酸位上氨基酸-COOH基与基与A位氨基酸的位氨基酸的-NH2形成肽键。形成肽键。翻译医学知识宣讲10/12/202251目目 录录大亚基大亚基具有转肽酶活性,成肽反应在具有转肽酶活性,成肽反应在A位位上进上进
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