NJUST 分子生物学ppt课件 09RNA的翻译蛋白质的生物合成.ppt

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1、9 RNA的翻译蛋白质的生物合成,9.1 核糖体及核糖体核糖核酸结构,9.1.1.tRNA,mini RNA,4s,tRNA phe,77Nt cloverleaf form(1964 Holly R.),5 arms&4 loops,Nt more modified by methylation,-aa accept arm;loading aa at 3 end,-DHU loop;contact with AARS,-anti-codon loop;34th is wobble base,-TC loop;contact with 5s rRNA,-extra loop;classifi

2、cation marker?,Paracodon,-由若干Nt组成，存在于tRNA不定位置上,-与AARS侧链基团的分子发生特异的“契合”,-成为tRNA准确负载氨基酸的机制之一,tRNA的”L”三维结构与功能,“L”构型的结构力,-二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键,-二级结构中非双链区在“L”结构中，形成氢键结合,“L”结构域的功能,-anti-codon arm 位于”L”另一端，与结合在核糖体 小亚基上的codon of mRNA配对,-TC loop&DHU loop 位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定,-“L”结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构趋于稳定 wobble bas

3、e 位于“L”结构末端，堆积力小，自由度 大，使碱基配对摇摆,-anti-codon arm 位于”L”另一端，与结合在核糖体 小亚基上的codon of mRNA配对,-“L”结构中碱基堆积力大 使其拓扑结构趋于稳定 wobble base 位于“L”结构末端 堆积力小 自由度大 使碱基配对摇摆,-TC loop&DHU loop 位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定,More hairpin structue,9.1.3.mRNA,In Prokaryote,5-end;300Nt leading seq.(A/G-AUG),S.D seq-AUG,poly-citron,9Nt

4、betterrich A,U,In Eukaryote,mono-cistron,9.1.4.核糖体,核糖体rRNA的结构,E.coli 的16SrRNA的一级结构是非常保守的，二级结构具有更高的保守性臂环结构。,核糖体小亚单位rRNA的二级结构(a)E.coli 16S rRNA；（红色为高度保守区）(b)酵母菌18S rRNA，它们都具有类似的40个臂环结构(图中140)(Darnell et al.，1990),9.2 氨基酸的激活与氨酰dRNA的合成,in Prok.f MettRNA metf&Met-tRNA metm,AminoacyltRNAaa,in Euk.MettRNA

5、metI&Met-tRNA mete,非特异结合位点 TC+5srRNA特异结合位点 paracodan,9.3 原核生物的蛋白质的生物合成,9.3.1.direction of peptide elongation N C,a.Initiation Enzyme of translation in Prok.,IF-1 9.5kd 加强IF-2，IF-3的酶活IF-2 95kd-117kd 促使fMet-tRNA fmet 选择性的结合 在30S亚基上IF-3 20kd 促使30S亚基结合于mRNA起始 部位 具有解离30S与50S亚基的活性,d.Processing initiation,

6、?,S.D.Sequence,?,Scanning sequence,A,Temperate S,Terminatio of peptide,-When stop codon into ribosome A site,-stop codon usage,-UAA stop codon 终止效率高,UAG易被漏读,E.coli 165 genesBacillus 52 genesYeast 105 genes,-4 Nt终止密码？！,终止密码后多数具有U 提出终止密码可能为(UAAU,UAGU,UGAU)4 Nt stop codon,471 UAA,200 UGA前的密码,NANUAA(AAA

7、/G)LysUAA with high frequencyUNNUAG(UCN/UUC)Ser/PheUAG with high freq.,Brown（1990）分析了826个基因,保证peptide准确翻译的机制,DNA replication=10-11RNA transcription=10-4,Peptide translation P(准确率)=（1）n(氨基酸的数目),N P(=10-2)P(=10-3)P(=10-4)100 36%91.5%99%200 4.9%84%97%1000 0.004%36%90%,MACHENISM?,氨基酸与tRNA间的负载专一性,a)氨基酰tR

8、NA合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与结合,aa binding site 对结构相似的氨基酸的双筛作用,In vitro Ile&Val 浓度相等的情况下,Val-tRNAIle 错误负载机率 1/200!,In vivo Val:Ile=5:1,但实际测定的错译机率仅为1/3000?!,Val-tRNAIle 错误负载机率 1/40!,How?,aa+ATP,Mis-activation aa-AMP+tRNAaa,AARS,aa-tRNAaa,aa binding site 具有结合位点（B）和水解位点（H）(双筛位点),Ile/Val 进入B 位点,Ile 分子构型大于Val,Il

9、e进入B 位点但不能进入H 位点 Val进入B 位点并进入H 位点而被降解,H 位点柔性部位小,KineticComformationalChemical,I,V,ValAMP,aa-tRNA binding site,aa-tRNA loading,V,I,V,I,I,无相似结构的氨基酸间 其特异AARS分子无双筛位点,例；aa site of Tyr-RS 只能与Tyr发生诱导契合，无双筛位点,在AARS 的介导下 tRNA 的副密码子(paracodon)对aa 的负载,su-&Su+gene tDNA mutation,anti-codon mutation 不影响对tRNA的负载,P

10、aracodon(副密码子)的概念；,tRNA中决定负载特定氨基酸的空间密码 tRNA中的特定序列与AARS 的tRNA binding site的特异基团间的分子契合,AARS,anti-codon 对codon 的准确识读,对第一个Met(AUG)的准确起译,Prok.mRNA-S.D.seq-AUG-,Euk.mRNA cap-CCACC-A-3-AUGG+4-,GGAGGPairing with 16srRNA 3-end,72Nt&富含 AT 最佳富含G,将阻止起译过程,不同的mRNA cap 要求 eIF4F 的相对浓度差异,保证从第一个AUG 起译,Two times proof

11、reading for aa-tRNAaa at A site,成肽键前对aa-tRNAaa的正误进行最后的校对,=10-4 的错译原因,随机发生的错译现象,a)功能相同的蛋白质，氨基酸序列并非100%一致,不同物种间，功能相同的蛋白质存在一定的相似度,isozyme,enzyme非活性中心区的氨基酸错译,消耗能量，付出代价。无关宏旨，多此一举,b)准译率上升，错译率下降，有时产生负效应,Bacterial S12核糖体蛋白,StrR mut.,c)sense codon mis-reading,氨基酸饥饿时(10 X)氨基酸非饥饿时,e.g.CGY(Arg)-(R starved)-UGY(

12、Cys)CAY(His)-(H starved)-CAR(Gln)AUA(Ile)/AUU(Ile)-(I starved)-AUG(Met)=3%,并非饥不择食,9.4 GTP在蛋白质合成中的作用,EF-Tu结合GTP和氨酰tRNA并进入核糖体A位 点，然后水解释放；促使转位（形成肽键）；EF-G结合GTP并进入核糖体,水解GTP释放能量使核糖体向mRNA3移动，空载tRNA退出核糖体。,9.5 真核生物的蛋白质的生物合成,真核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。,真核生物翻译起始因子,真核生物翻译起始的特

13、点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5帽子和3poly A尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA,真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。,真核生物延长过程,9.6 蛋白质折叠与蛋白质生物 合成中多肽链的修饰,热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。,蛋白二硫键异构酶（PDI）,二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较

14、大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。,肽-脯氨酰顺反异构酶,肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。,9.7 蛋白质的易位与分泌,信号序列(signal sequence)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列。,分泌蛋白的靶向输送,真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。,本章结束，谢谢！,