生物化学翻译.ppt
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1、十二章、基因表达的调控蛋白质合成,一、参与蛋白质生物合成的主要物质二、蛋白质生物合成的过程三、翻译后的加工修饰和折叠四、蛋白质合成与医学的关系,本章主要内容,Figure 7-24 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),一、蛋白质生物合成体系,n 氨基酸 蛋白质,mRNA、tRNA、rRNA,酶、蛋白质因子、ATP、GTP,(一)、mRNA 是蛋白质/多肽链合成的模板,密码子:mRNA上3个相邻的核苷酸编码一种氨基酸,这3个连续的核苷酸则被称为三联体密码(triplet code)或密码子(codon),61个密码子编码20种氨基酸 3个无意
2、义密码子,为终止密码子(termination codon),mRNA含有64种密码子,Figure 7-24 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),共有64(43)个密码子,起始密码子,终止密码子,mRNA的氨基酸密码子,遗传密码的特性,(1)简并性 几种密码子编码一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。如ACN(ACU、ACC、ACA、ACG)都编码Threonine,那么这4种密码子就称为Threonine的简并密码。只有Met和Trp没有简并密码。一般情况下密码子的简并性只涉及第三位碱基。,(2)通用性:密码子在不同物种间几乎是完全通用的
3、。目前只发现线粒体和叶绿体内有例外情况,但是不同生物往往偏爱某一种密码子。,遗传密码的特性,Figure 7-25 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),缺失碱基,移码,突变,沿5 3方向连续阅读,插入碱基,遗传密码的特性,(3)方向性(4)连续性,通常从起始密码子到终止密码子构成一个完整的读码框架,又称开放阅读框架(ORF),遗传密码的特性,Figure 6-53 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),编码同一氨基酸的不同密码子互称为同义密码子。同义密码子第3位碱基与tRNA
4、反密码子不严格遵守碱基配对规律,而是摆动碱基配对。,(5)摆动性,(二)、tRNA转运活化的氨基酸,Figure 7-28 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),tRNA具有4个与蛋白质合成的位点:反密码子位点 氨基酸的接受位点D环:识别氨基酰-tRNA合成酶位点 T环:核糖体识别位点,T环,D环,同功tRNA:运载同一种氨基酸的一组不同tRNA,tRNA的三维结构,3,5,3,5,T环,D环,T环,D环,tRNA的三维结构,Figure 7-30 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),(三
5、)、rRNA,原核和真核生物核糖体的结构和组成,5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 49 proteins,18S rRNA 33 proteins,60S大亚基,40S小亚基,5S rRNA23S rRNA34 proteins,50S大亚基,16S rRNA 21 proteins,30S小亚基,70S 核糖体,80S核糖体,核糖体的聚合和解离,大小亚基一般以游离状态存在,只有当小亚基和mRNA结合后大小亚基才结合,形成完整的核糖体。核糖体是一种动态结构,当参与翻译过程时,大小亚基结合,蛋白质合成结束,大小亚基解体。,1.当Mg2+浓度为110mmol/L时,大、小亚基聚
6、合成单核糖体。2.当Mg2+浓度小于1mmol/L时,单核糖体解离为大、小亚基。3.当Mg2+浓度大于10mmol/L时,两个单核糖体结合成二聚体,与mRNA 结合部位:小亚基上(16S rRNA)A位点(受位):氨酰基位点,可与新进入的氨基酰-tRNA结合P位点(供位):肽酰基位点,可与延伸中的肽基-tRNA结合E位点:肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点,核糖体的活性部位,与tRNA结合的位点,一、参与蛋白质生物合成的主要物质二、蛋白质生物合成的过程三、翻译后的加工修饰和折叠四、蛋白质合成与医学的关系,本章主要内容,蛋白质合成的过程,氨基酸的活化与转运肽链合成的起始(initiatio
7、n)肽链的延伸(elongation)肽链合成的终止(termination),氨酰tRNA合成酶的特异性,氨酰tRNA合成酶(aminoacyl tRNA synthetase):特异性强,催化特定氨基酸与特异的tRNA结合,每种氨基酸由特异的合成酶催化,此种特异性保证了遗传信息翻译的准确性。,同功tRNA:运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tRNA,一组同功tRNA由同一种氨酰tRNA合成酶催化,Figure 6-59 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),氨基酰tRNA合成酶含有两个位点1.结合位点:结合正确的A.
8、A 活化2.水解位点:保证A.A序列的正确性,氨酰tRNA合成酶的校对功能,Figure 6-56 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),氨基酸的活化氨基酸与tRNA的结合,1.氨基酸+ATP 氨基酰-AMP+PPi2.氨基酰-AMP+tRNA 氨基酰-tRNA+AMP,Figure 7-29 Essential Cell Biology(Garland Science 2010),蛋白质合成的过程,氨基酸的活化与转运肽链合成的起始(initiation)肽链的延伸(elongation)肽链合成的终止(termination)
9、,(一)、原核生物肽链合成的起始,所需条件:1.mRNA 5端的起始信号2.起始 tRNAtRNAimet3.游离的核糖体大小亚基4.GTP5.三种可溶性起始因子(IF1、IF2、IF3),起始tRNA-tRNAimet:原核生物以N-甲酰甲硫氨酸的形式,真核生物以甲硫氨酸的形式只能识别翻译起始信号AUG只能结合于核糖体的肽位 普通tRNA-tRNAmet:在翻译延长中发挥作用只能结合于核糖体的氨基酰位,起始甲硫氨酸与普通甲硫氨酸,原核生物的SD序列(shine-Dalgarno序列)1.位于起始密码上游813个碱基处2.序列富含嘌呤的一段序列(5-AGGAGGU-3)。3.能和原核生物16s
10、 rRNA相应的富含嘧啶序列互补。4.在IF3、IF1促进下和30S亚基结合。,SD sequence,起始密码,原核生物翻译起始复合物的形成,1.IF1促进IF3与核糖体30S小亚基结合,在IF3的介导下,30S小亚基结合mRNA,形成IF3-30S亚基-mRNA 三元复合物。2.在IF2作用下形成前起始复合物,IF2-30S亚基-mRNA-fMet-tRNAifmet-3.IF2具有 GTP酶的活性,催化GTP水解,释放起始因子,大小亚基结合,形成70S起始复合物,结果Met-tRNAfmet位于核糖体的P位上,Figure 6-73 Molecular Biology of the Ce
11、ll(Garland Science 2008),细菌的mRNA结构,(1)、真核生物mRNA的结构真核生物mRNA通常是单顺反子 当5端具有数个AUG时,其中只有一个AUG为主要开放阅读框架的翻译起点。起始AUG具有二个特点:1.AUG上游的-3经常是嘌呤,尤其是A。紧跟AUG的+4常常是G。2.起始AUG邻近序列中,以ANNAUGGN的频率最高。若-3不是A,则+4必须是G。真核mRNA5端具有m7GpppN帽子结构,无SD序列。,(二)、真核生物肽链合成的起始,真核生物翻译起始因子,包含两个核心亚基,eIF-4E:帽子结合蛋白(Cap Binding Protein,CBP)结合于mRN
12、A的5末端帽子结构,eIF-4G:,C-末端与起始因子eIF3(协助形成预起始复合物)与核糖体相连N-末端通过eIF-4E与mRNA的5末端相连,eIF4F:一种依赖RNA的ATP酶,促进mRNA与预起始复合物结合,核糖体,eIF3,eIF-4G,eIF4E,mRNA 5帽子结构,核糖体与mRNA的 5 末端结合,然后沿着mRNA扫描直至AUG。在此过程中,末端的 5 帽子结构对翻译起始极为重要。越来越多的实验表明,其重要性依赖于起始因子eIF4F复合物。,eIF4E亚基结合5帽结构上,eIF4G亚基的C端和eIF3相互作用,而eIF3 和40S 亚基结合在一起,从而使核糖体富集于mRNA的
13、5 端的帽子结构上。2.帽子结构和Poly(A)尾都通过它们的共同目标eIF-4G而相互作用,使40S小亚基富集于mRNA,(2)、翻译起始复合物形成过程,Figure 6-72(part 1 of 5)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),(1)形成43S核糖体复合物;由40S小亚基与elF3和elF4c组成。(2)形成43S前起始复合物:即在43S核糖体复合物上,连接elF2-GTP-Met-tRNAMet(3)形成48S前起始复合物:由mRNA及帽结合蛋白1(CBP1)、elF4A、elF4B和elF4F共同构成一个mRN
14、A复合物。mRNA复合物与43S前起始复合物作用,形成48S前起始复合物。,+eIF3,Figure 6-72(part 2 of 5)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),(4)48S前起始复合物沿着mRNA扫描一直到抵达第一个AUG处再开始翻译。该过程需消耗ATP,Figure 6-72(part 3 of 5)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),(5)形成80S起始复合物:在elF5的作用下,48S前起始复合物中的所有elF释放出,并与60S大亚基结合,最
15、终形成80S起始复合物,即40S亚基-mRNA-Met-tRNAMet-60S亚基。,Figure 6-72(part 4 of 5)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),(6)第二个tRNA携带的氨基酸结合到A位上,开始肽链的延伸阶段,特异的起始型tRNA为Met-tRNAi,不需要N末端的甲酰化2.Met-tRNAi和GTP与eIF2形成一个可分离的复合物,不依赖于小亚基。而在原核细胞IF1与Met-tRNAi结合在30S小亚基上。3.Met-tRNAi 与40S小亚基的结合先于与mRNA的结合。相反,在原核细胞Met-tR
16、NAi与30S小亚基的结合后于mRNA与30S小亚基的结合。4.mRNA的结构:原核生物含有SD序列;真核生物有5端帽结构5.真核生物的IF的种类多,真核与原核生物肽链合成起始阶段的比较,蛋白质合成的过程,氨基酸的活化与转运肽链合成的起始(initiation)肽链的延伸(elongation)肽链合成的终止(termination),肽链的延伸包括:进位 转肽 移位肽链合成的延伸需:延长因子:原核生物为EF-Tu和EF-G 真核生物为EF1和EF2 GTP供能,肽链延伸的过程与所需条件,Figure 6-67(part 2 of 7)Molecular Biology of the Cell
17、(Garland Science 2008),结合在mRNA上的fMet-tRNAiMet(肽酰-tRNA)占着P位,新的氨酰-tRNA和EF-Tu及GTP形成的aa-tRNA.EF-Tu三元复合体。这样的三元复合体才能进入A位。,进位,Figure 6-67(part 3 of 7)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),Figure 6-67(part 4 of 7)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),Figure 6-67(part 5 of 7)Molec
18、ular Biology of the Cell(Garland Science 2008),转肽,Figure 6-67(part 6 of 7)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),移位,延长因子EF-G与GTP形成复合物并结合上核糖体,Figure 6-67(part 7 of 7)Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008),由于核糖体的移动,使下一个密码子定位于A位,原来处于A位上的肽酰tRNA 转移到P位上,空出A位来,留给下个氨酰-tRNA的加入,在EF-G
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