《医学遗传与胚胎发育》翻译与翻译后修饰整合课程.ppt

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1、蛋白质的生物合成-翻译(translation),2,翻译（蛋白质的生物合成）:以氨基酸为原料以mRNA为模板以tRNA为运载工具以核糖体为合成场所起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与合成后加工成为有活性蛋白质,3,第一节 参与蛋白质生物合成的物质,氨基酸mRNAtRNA核糖体酶及蛋白质因子ATP、GTP,4,一、mRNA与遗传密码遗传密码（genetic code)-共64个遗传密码（DNA）mRNA 5AUG UCC ACC GUA UAA 3 蛋白质 Ser Thr Val三联体=一个密码子/暗码子 一个氨基酸起始密码-AUG终止密码-UAA/UGA/UAG,6,*遗传密码的基本特点,方向

2、性与无间隔性简并性,连续阅读从mRNA5 3 肽链合成N端 C端阅读框移位（frame shift），蛋白功能丧失 一个A.A有多个密码密码上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可改变如：UCU UCC UCA UCG 都代表Ser,8,兼职性通用性,AUG：起始信号 Met的密码子 从最简单的生物（病毒）到人类，使用同一套遗传密码,9,二.氨基酸的“搬运工具”-tRNA,作用,是氨基酸的 特异“搬运工具”1A.A-26特异 tRNA起“接合器”作用和 mRNA摆动配对,二级结构,三级结构,反密码环,氨基酸臂,tRNA的构象,12,1、密码子与反密码子的摆动配对,反密码子与密码子的相互作用 前二对

3、 严格碱基配对第三对 摆动配对,13,密码,mRNA,5,3,3,5,反密码,tRNA,G,C,U,C,G,I,C,A,tRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对,1,2,3,1,2,3,自由度的大小由tRNA反密码子第一位碱基的种类决定,14,种类,起始tRNA-tRNAimet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,2、起始tRNA与普通tRNA,15,原核生物起始tRNA延长tRNA真核生物起始tRNA延长tRNA,起始密码只能辨认 甲酰甲硫氨酸（fMet)fMet-tRNAifmet延长识别 M

4、et时为Met-tRNAmet起始密码只能辨认甲硫氨（Met)Met-tRNAimet延长识别Met时为Met-tRNAemet,16,三、肽链合成的“装配机”-核糖体,核糖体结构核糖体种类(胞质中),由大小二亚基组成 P位：起始时，tRNAimet结合于核糖体的肽位 延长成肽后，肽链转到此位。A位：延长成肽时，氨基酰tRNA就加入此位。游离的核糖体-合成细胞固有蛋白 与粗面内质网结合的核糖体-合成带有信号肽的分泌性蛋白质,17,多核糖体,一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链,Molecular components of ribo

5、some of prokaryotes,Three sites on ribosomes,A site,P site and E site,22,四、可溶性蛋白质因子,起始因子延长因子释放因子,initiation factors IFeukaryote initiation factors eIFelongation factors EFeukaryote elongation factors eEFrelease factors RF,五、能量与酶 ATP、GTP,多种酶,23,第二节 蛋白质合成的过程,原核生物氨基酸的活化与转运肽链合成的起始肽链的延长“核糖体循环”肽链合成的终止蛋白质的

6、加工、修饰,24,一、氨基酸的活化与转运,酶 催化反应,氨基酰tRNA合成酶绝对专一性 1个A.A1个氨基酰tRNA合成酶活化A.A-活化“-COOH”消耗2个ATP活化A.A+tRNA 氨基酰tRNA,25,酶的两个位点,结合位点结合正确的A.A 活化水解位点保证A.A序列的正确性,第一步反应,第二步反应,消耗2ATP,3-CCA-OH,Activation of amino acid,Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet,Activated amino acid,29,二、肽链合成的起始,所需的条件,游离的核糖体大小亚基mRNA 5端的起始信号起始tRNA-t

7、RNAimetGTP三种可溶性起始因子(IF),30,三种起始因子IF1IF2 IF3,辅助IF3有GTP酶活性特异识别fmet-tRNAimet形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP促进30S小亚基结合mRNA终止时：促使核糖体解离,31,30s起始复合物形成1.核糖体亚基的拆离2.mRNA在小亚基上就位3.fmet-tRNAfmet的结合,起始序列（SD 序列）30S小亚基与mRNA识别、结合IF1、IF3协助 fmet-tRNAfmet-IF2-GTP 通过其反密码与mRNA上的起始密码AUG相配对,32,SD序列(shine-Dalgarno序列):-原核生物1.位于起始密码上

8、游25个核苷酸，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）的一段序列。3.能和原核生物16s 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。,起始密码,SD序列,34,70s起始复合物形成1.IF3脱落2.50S大亚基结合3.GTP GDP+Pi 4.IF2、IF1脱落,70s起始复合物组成1.大小亚基2.mRNA3.fmet-tRNAimet（结合于核糖体的 P位）,36,三.肽链的延长（进位、成肽、移位）,所需的条件,70S起始复合物延长tRNA转运氨基酸延长因子(EF)GTP,37,1.进位 氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核糖体的受位。,参与的延长

9、因子EF-TuEF-Ts,协助AA-tRNA进入受位 具有GTP酶活性促进EF-Tu的再利用,39,2.转肽,酶肽键位置,转肽酶（大亚基）催化形成肽键P位：f-met-（肽酰）的-COO-+A位：氨基酰的-NH4+形成肽键A位：反应在此位上进行（P位上的f-met退至A位）生成的二肽在A位上。P位：无负载tRNA,41,3.移位 在A位的二肽链连同mRNA从A位进入P位,酶位置方向,转位酶-EFG有GTP酶活性协助mRNA前移,游离tRNA释放P位：肽-tRNA-mRNAA位：空留,下一个AA进入 mRNA：从5 3 移动1个带有肽链的tRNA：从A位 P位肽链合成：从N端 C端延长,43,4

10、.脱落：给位上无负载的tRNA在肽键形成前从E位脱落。,44,5.延长的特点：,“摇摆前进”延长时的能量,保证蛋白质合成的连续性。防止肽酰tRNA脱落形成无活性的未成熟蛋白质。每合成一个肽键，消耗4个高能磷酸键活化：2个ATP进位：1个GTP移位：1个GTP,45,四.肽链合成的终止,终止密码的辨认肽链从肽酰-tRNA水解出mRNA从核糖体中分离及大小亚基的拆开蛋白质因子的参与,UAA、UAG、UGAGTP GDP+PiIF3结合30小亚基RF1：作用于UAA、UAGRF2：作用于UAA、UGA RF3：促进释放 结合GTP/GTP酶活性,47,五.真核生物翻译的特点：,48,真核生物翻译起始

11、复合物形成过程,49,50,52,第三节 翻译后加工,多蛋白的加工一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质/多肽,鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰,分子伴侣（Chaperons）对蛋白质折叠作用,亚基的聚合,56,Protein Targeting,57,信号肽颗粒识别、结合,胞浆,带有信号肽的分泌蛋白,粗面内质网,通道识别,信号肽酶切除信号肽,肽链合并,高尔基体,进一步加工,分泌出胞外,带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程,Secretory protein,59,信号肽(signal peptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白质中,可被 细胞转运系统识别的特征性氨

12、基酸序列,约15-30 AA(含疏水AA较多)。(2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜 与粗面内质网膜结合(信号肽序列识别、结合)把合成的蛋白质送入粗面内质网膜(3)信号肽对靶向输送有决定作用。,胰岛素的加工过程,Signal sequences,Mitochondrial protein,Nuclear protein,64,第四节 蛋白质合成与医学,一、分子病：蛋白质分子中氨基酸序列异常的遗传病。例如：镰刀红细胞贫血原因：珠蛋白的基因发生单一碱基突变。正常：基因的第6位密码子 GAG,编码谷氨酸,突变：基因的第6位密码子 GTG,编码缬氨酸,HbAHbS.,65,正常人Hb(HbA)：

13、链N端第6个氨基酸为Glu,HbS：链N端第6个氨基酸为Val导致：HbS携氧能力下降,缺氧时RBC呈镰刀状，脆性增加，溶血,66,二、蛋白质生物合成的阻断剂1、抗菌素类阻断剂,67,2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素,68,白喉毒素,白喉杆菌产生的毒蛋白，A、B两条链组成。本质：A链-修饰酶 B链识别受体，协助A链作用机制:eEF2 A链 eEF2-腺苷二磷酸衍生物(无活性),酶,(无活性),Diphtheria toxin,71,（1）干扰素（interferon）干扰素 真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。干扰素的抗病毒机制：干扰素 eIF2-P（-）蛋白质合成+双链RNA 2-5A合成酶（-）蛋白质合成,(诱导产生),3、作为蛋白质合成阻断剂的其他蛋白质类物质,Interferon,mRNA,分子生物学的中心法则(central dogma)DNA RNA 蛋白质,74,复制,转录,翻译,逆转录,RNA复制,