蛋白质翻译及翻译后修饰.ppt
第15章 蛋白质翻译 Protein Biosynthesis(Translation),本章主要内容,翻译系统蛋白质生物合成的过程多肽链翻译后的修饰蛋白质的到位,基因在原核和真核细胞中最终得到表达,原核,真核,原料氨基酸，20种mRNA是合成蛋白质的“蓝图（或模板）”tRNA是原料氨基酸的“搬运工”rRNA与多种蛋白质结合成核糖体,作为合成多肽链的“装配机（操作台）”,1 蛋白质的翻译系统,蛋白质翻译系统示意图,mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码，genetic code），是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子（codon）的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。mRNA占细胞总RNA的5-10%，不稳定，寿命短。原核的mRNA 是多顺反子;真核的mRNA 是单顺反子。,1.1 信使RNA(mRNA),遗传密码,上世纪60年代，利用均聚核苷酸实验，破译了遗传密码。遗传密码为三联体（每三个碱基代表一个氨基酸），由5到3阅读，无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架（open reading frame,ORF）仍按此原则。起始密码为AUG,终止密码为UAA，UAG和UGA。5AUG CCA UGC ACC CGG GUU.CAA UAG 3 Pro Cys Thr Arg Val.Gln 密码有简并性（degeneracy），即一个氨基酸可由几个密码子表示；通用性，大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。,遗 传 密 码 表,原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-90个核苷酸，并有多种稀有碱基。tRNA是最小的RNA，占细胞总RNA 的15%左右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草”形的典型结构。,注意：3端CCA氨基酸受位和反密码子环,1.2 转运RNA(tRNA),tRNA的结构“四环一臂”倒L形的三级结构,tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3CCA氨基酸接受位点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。每一个氨基酸有其相应的tRNA携带,氨基酸的羧基与tRNA的 3 CCA-OH 以酯键结合。而tRNA的反密码子可以与mRNA上相应的密码 子互补结合,以使氨基酸正确“对号入座”（因为密码子的序列对应于多肽链上 的氨基酸序列）。密码子与反密码子的配对方式,变偶性或摆动性反密码子5端的碱基与 密码子的第三位配对不严格,核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、释放因子（RF）等。原核的核糖体（70S）=30S小亚基+50S大亚基 30S小亚基:16S rRNA+21种蛋白质 50S大亚基:23S，5SrRNA+34种蛋白质 真核的核糖体（80S）=40S小亚基+60S大亚基 40S 小亚基:18S rRNA+33种蛋白质 60S 大亚基:28S，5.8S，5SrRNA+45种蛋白质,1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA,沉降系数 S 生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的沉降速度是个定值，称为沉降系数（sedimentation coefficient）。蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之间。为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。,rRNA只有4-5种，但占细胞RNA 的大部分。图为原核生物的两种RNA16S rRNA和5S rRNA 的结构,核糖体的结构,核糖体有4个基本功能1.容纳mRNA，并能沿着mRNA由53 移动，由tRNA解读其密码；2.氨基酰位点（A位点），可结合氨基酰-tRNA（AA-tRNA）；3.肽酰基位点（P位点），可结合肽酰基-tRNA（肽-tRNA）；4.脱氨基酰tRNA的出口位(E位点);5.肽酰基转移酶中心，是形成肽键的位点等。,所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的氨基酰-tRNA合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的氨基酸和选择其所对应的tRNA，使两者连接起来（利用ATP）。反应如下：氨基酸的羧基与tRNA 的3端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自由的。,2 蛋白质的生物合成过程,2.1 氨基酸的活化,氨基酸与tRNA的 连接方式,翻译起始时，第一个氨基酸一般是甲硫氨酸，其氨基要甲酰化成为甲酰甲硫氨酸，予以保护。,甲酰FH4,甲酰基,Met,tRNAfmet,fMet-tRNA合成酶,fMet-tRNA,酯键,首先IF3、IF1帮助30S小亚基与mRNA结合，IF2和GTP帮助甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配对，接着IF3脱离，形成30S起始复合物。50S大亚基进入，IF1和IF2脱离，形成70S起始复合物，需要GTP。甲酰甲硫氨酸-tRNA处于P位。,2.2 起始复合物的形成,起始密码AUG上游的S.D序列(一个嘌呤丰富区)与其核糖体小亚基中16S rRNA的3端互补结合有利于30S起始复合物的形成,一个嘌呤丰富区 起始密码,2.3 肽键的形成和延伸,（注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动）,氨酰基tRNA进入A位 新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助,肽键的形成 肽键的形成由肽酰基转移酶催化（此酶具有核酶的活性）,原核生物肽链的延长,核糖体沿着mRNA 53方向移位，多肽链沿着N端向着C端延伸，须有EF-G因子和GTP参与，空载的tRNA从E位点离开,氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA的53 方向移位，循环往复，新合成的肽链由N端向着C端不断延长，直至mRNA上出现终止密码，相应的肽链释放因子RF1（对应UAA、UAG），RF2（对应UAA、UGA）占据A位。肽链的合成终止，并从核糖体上释放。核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。,2.4 肽链的终止,多个核糖体结合在同一条mRNA上，由53进行翻译，形成多核糖体（polyribosome），以提高翻译的效率,3 多肽链的修饰和加工,(1)N端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。(2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活(3)氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。(4)糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译后的肽链上以共 价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。,分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制 信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。,本章结束,
