生物信息的传递(下)——从mRNA到蛋白质

1、1生物信息的传递（下）生物信息的传递（下） 从从mRNAmRNA到蛋白质到蛋白质DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制2 翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。(1)翻译的起始 核糖体与mRNA结合并与氨酰tRNA生成起始复合物；(2)肽链的延伸 由于核糖体沿mRNA 5端向3端移动，开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段；(3)肽链的终止及释放 核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。34蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体m

2、RNAtRNA20种氨基酸5在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与l 在真核生物细胞中有 70种以上的核糖体蛋白质， 20种以上的氨酰tRNA合成酶(AAtRNA合成酶) 10多种起始因子、延伸因子及终止因子， 50种左右的tRNA，各种rRNA、mRNA 100种以上翻译后加工酶参与蛋白质合成和加工过程。l 蛋白质合成是一个需能反应，要有各种高能化合物的参与 在真核生物中有将近300种生物大分子与蛋白质的生物合成有关，细胞用来进行合成代谢的总能量的90消耗在蛋白质合成过程中，而参与蛋白质合成的各种组分约占细胞干重的35。 6 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类

3、的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents7一、遗传密码三联子（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden) 。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 38（二）三联子密码破译mRNA5 AUCGACCUGAGC3420 ()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620 ()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420 ()核甘酸序列氨基酸序列9 为什么3个核苷酸决定一个

4、氨基酸呢？l mRNA中只有4种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸，若以一种核苷酸代表一种氨基酸，只能代表4种(41=4)。若以两种核苷酸作为一个密码（二联子），能代表42=16种氨基酸。而假定以3个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43=64种密码，满足了编码20种氨基酸的需要。三联子密码三联子密码1050-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果： （1）Paul Zamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后取其肝脏，进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。 如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都带有放射性标记的

5、蛋白质; 如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含有核糖体颗粒的细胞质成份中。遗传密码的破译遗传密码的破译11l2）Francis Crick等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含在由AUGC四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由20种不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。实验实验1:1: 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4噬菌体rII位点上的两个基因，使之发生移码突变（frame-shift），就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。12密码子的实验证明13l实验实验2:2: 研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，相应的

6、RNA片段长1200个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。14l实验实验3:3: 以均聚物为模板指导多肽的合成。 在含有tRNA、核糖体、AA-tRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。 1961年，Nirenberg等以poly（U）作模板时发现合成了多聚苯丙氨酸，从而推出UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以poly（C）及poly（A）做模板分别得到多聚脯氨酸(Pro)和多聚赖氨酸(Lys)。15l实验实验4:4: 以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二

7、核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽，5UGU GUG UGU GUG UGU GUG3,不管读码从U开始还是从G开始，都只能有UGU（半胱氨酸,Cys）及GUG（缬氨酸,Val）两种密码子。16l 实验实验5:5: 以共聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组成的多肽。如以多聚（UUC）为模板，可能有3种起读方式： 5UUC UUC UUC UUC UUC3或 5UCU UCU UCU UCU UCU3或 5CUU CUU CUU CUU CUU3分别产生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）. 多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2种多肽：5GUA GUA GUA GUA GU

8、A3或5UAG UAG UAG UAG UAG3或5AGU AGU AGU AGU AGU3由第二种读码方式产生的密码子UAG是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生GUA（缬氨酸,Val）或AGU（丝氨酸,Ser）。17l实验6: 以随机共聚物指导多肽合成。Nirenberg及Ochoa等又用各种随机的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含A、C的多聚核苷酸作模板，任意排列时可出现8种三联子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，获得由天冬酰胺(Asn)、(组氨酸)His、脯氨酸(Pro)、谷胺酰胺(Gln)、苏氨酸(Thr)、赖氨酸(Lys)等6种氨基酸组成的多肽

9、。18l3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技术。 如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性RNA分子（transfer RNA，tRNA）上。现将氨基酸活化后的产物称为氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA），并把催化该过程的酶称为氨基酰- tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA Synthetase）。 以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这样可把已结合与未结合的

10、AA-tRNA分开。19l 氨基酸是蛋白质合成的原料，常见的有20种氨基酸，称-氨基酸；氨基酸氨基酸CCOONH3RH+-.结构通式：氨基酸是兼性离子，不同种氨基酸，R基的不同，带电情况不一样，各性质也有所差异。20氨基酸氨基酸20种氨基酸主要特征分析种氨基酸主要特征分析21至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。22（三）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。23减少了变异对生物的

11、影响终止密码子终止密码子:UAA, UGA, UAG241:甲硫氨酸甲硫氨酸(ATG), 色氨酸色氨酸(UGG) 2: 9种种; 3:异亮氨酸异亮氨酸; 4: 5种种; 6:精氨酸精氨酸, 亮氨酸亮氨酸, 丝氨酸丝氨酸25编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外26 简述密码的简并性（degeneracy)和同义密码子（synonymous codon) 武汉大学2003年试题27（三）遗传密码的性质2、通用性与特殊性l 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。l 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。28生物密码子线粒体DNA编码的

12、氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较29（三）遗传密码的性质3、 连续性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连续阅读，密码间既无间断也无重叠。码连续阅读，密码间既无间断也无重叠。 30基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 31从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止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，称为可

13、译框架(open reading frame, ORF)或可读框。 32（三）遗传密码的性质4、摆动性转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA上上的反密码子需要通过碱基的反密码子需要通过碱基互补与互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动摆动”，这，这种现象称为密码子的摆动性。种现象称为密码子的摆动性。 33U摆动配对摆动配对34mRNA5AUUAUUAUCAUCAUAAUA3UAIUAIIleIl

14、e5UAIUAIIleIle5UAIUAIIleIle5tRNA33335密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG36 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents37二、tRNA的结构、功能与种类ltRNA在蛋白质合成中处于关键地位， 为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体， 为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体，l它

15、又被称为第二遗传密码。 tRNA参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识别，这就决定了它们在结构上存在大量的共性。38（一） tRNA的结构 1、二级结构：三叶草形39l 由于小片段碱基互补配对，三叶草形tRNA分子上有4条根据它们的结构或已知功能命名的手臂：l 受体臂(acceptor arm)， 主要由链两端序列碱基配对形成的杆状结构和3端未配对的34个碱基所组成，其3端的最后3个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的3或2自由羟基(一OH)可以被氨酰化。l 其余手臂均由碱基配对产生的杆状结构和无法配对的套索状结构所组成， TC臂是根据3个核苷酸命名的，其中表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥有

16、的不常见核苷酸。 反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的。 D臂是根据它含有二氢尿嘧啶(dihydrouracil)命名的。40与氨基酸结合与氨基酸结合多余臂是区分多余臂是区分tRNA的主要特征的主要特征所有的所有的tRNA都能与核糖体的都能与核糖体的P位点和位点和A位点结合。位点结合。通过反密码子：密码子的配对与通过反密码子：密码子的配对与 mRNA结合，而结合，而3端恰好端恰好将氨基酸送到正在延伸的多肽上。将氨基酸送到正在延伸的多肽上。41二、tRNA的结构、功能与种类（一） tRNA的结构 2、三级结构： “L”形氢键42三叶草二级结构具有四个臂 L 型三 维结构两个双螺旋区相

17、互垂直3 TC 环 氨基酸茎 3 5 氨基酸茎 5 D 环D 环 TC 环 可变环可变环反密码子环 反密码子环 图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构4344（二） tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位4535ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。46如何证明模板mRNA特异性识别tRNA而非氨基酸?14C-Cys + tRNACys + ATP

18、 14C Cys-tRNACys + AMP + PPi14C- Cys-tRNACys 14C Ala-tRNACys Ni蛋白质合成系统蛋白质合成系统471、起始tRNA和延伸tRNA（三） tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。48真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet492、同工tRNA（三） tRNA的种类 代表同一种氨基酸的tR

19、NA称为同工tRNA。 同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别。503、校正tRNA（三） tRNA的种类51 无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸）52无义突变使 UUG 变为 UAG Tyr-tRNA 阅读

20、UAG 密码子AUG UUG UAA AUG UAG UAA AUG UAG UAA UACAAC AUC AUG 释放因子 抑制突变 Leu Tyr Tyr图 1417 带有突变反密码子的 tRNA 可抑制无义突变无义突变53表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因 野生型 抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC, UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AA

21、GUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG54错义抑制 错义突变 错义突变AUG AGA UAA AUG GGA UAA AUG AGA UAAUCU CCU UCU 抑制突变 Arg Gly Gly图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变55氨酰tRNA合成酶 l 氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反应式如下： AA+tRNA+ATPAAtRNA+AMP+PPil 它实际上包括两步反应：第一步是氨基酸活化生成酶氨酰腺苷酸复合物。 AA+ATP+酶(E) EAAAMP+PPil 第二步是氨酰基转移到tRNA

22、3末端腺苷残基的2或3羟基上。 EAAAMP+tRNAAAtRNA+E+AMP56 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents57三、核糖体的结构与功能 l 核糖体核糖体像一个能沿像一个能沿mRNAmRNA模板移动的工厂，执行着模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体核糖体RNARNA（ribosomal RNAribosomal RNA，rRNArRNA）组成的亚细）组成的亚

23、细胞颗粒。一个细菌细胞内约有胞颗粒。一个细菌细胞内约有2000020000个核糖体，而个核糖体，而真核细胞内可达真核细胞内可达106106个，在未成熟的蟾蜍卵细胞个，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达内则高达10121012。核糖体和它的辅助因子为蛋白质。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。合成提供了必要条件。l 核糖体核糖体可以散布在细胞质中，称为自由核糖体；可以散布在细胞质中，称为自由核糖体；也可以与细胞质中的膜结构结合，称为膜结合核也可以与细胞质中的膜结构结合，称为膜结合核糖体。两种核糖体合成的蛋白质以不同的方式被糖体。两种核糖体合成的蛋白质以不同的方式被转运。转运。58结合核糖体

24、59核糖体由蛋白质和核糖体核糖体由蛋白质和核糖体RNA(tRNA)组成。组成。核糖体蛋白约占原核细胞总蛋白的核糖体蛋白约占原核细胞总蛋白的10%，占细胞内总，占细胞内总RNA80%。真核生物中，比重有所下降，但仍占据总。真核生物中，比重有所下降，但仍占据总RNA绝大绝大部分。核糖体的含量与细胞蛋白质合成活性有关。部分。核糖体的含量与细胞蛋白质合成活性有关。60核糖体成分l大亚基约为小亚基相对分子质量的两倍。l每个亚基包含一个主要的rRNA成分和许多不同功能的蛋白质分子，这些分子大都以单拷贝的形式存在。l大亚基除了含有主要rRNA组分外，还有一些相对分子质量较小的RNA。 61核糖体成分62沉降

25、系数l沉降系数：颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。l沉降系数是以时间表示的。蛋白质，核酸等生物大分子的S实际上时常在10-13秒左右，故把沉降系数10 -13 秒称为一个Svedberg单位，简写S，量纲为秒。 63三、核糖体的结构与功能 （一）核糖体的结构l 核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为两个亚基，l 每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。这些大分子rRNA能在特定位点与蛋白质结合，从而完成核糖体不同亚基的组装。l 原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占35，蛋白质占25 。6465rRNA核糖体RNAl5

26、S rRNA l16S rRNAl23S rRNAl5.8S rRNA l18S rRNAl28S rRNA66核核糖糖体体的的组组成成6768三、核糖体的结构与功能 （二）核糖体的功能：合成蛋白质69核糖体的功能l在多肽合成过程中，不同的tRNA将相应的氨基酸带到蛋白质合成部位，并与mRNA进行专一性的相互作用，以选择对信息专一的AAtRNA。核糖体还必须能同时容纳另一种携带肽链的tRNA，即肽基tRNA(peptidyltRNA)，并使之处于肽键易于生成的位置上。 70核糖体的活性中心l 核糖体上有不止一个的活性中心，每一个这样的中心都由一组特殊的蛋白质构成。 虽然有些蛋白质本身具有催化功

27、能，但若将它们从核糖体上分离出来时，催化功能就会完全消失。l 核糖体是一个许多酶的集合体，单个酶或蛋白只有在这个总体结构内才拥有催化性质，它们在这一结构中共同承担了蛋白质生物合成的任务l 核糖体中许多蛋白质(可能还包括rRNA)的主要功能可能就是建立这种总体结构，使各个活性中心处于适当的相互协调的关系之中。71活性中心lmRNA结合部位l结合或接受AAtRNA部位(A位)l结合或接受肽基tRNA的部位l肽基转移部位(P位)l形成肽键的部位(转肽酶中心)。 此外，还应有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。 72活性功能位置l 核糖体小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别，如起始部分的识别、

28、密码子与反密码子的相互作用等，mRNA的结合位点也在小亚基上。 大肠杆菌中与翻译的真实性有关的蛋白质S4及S12也属小亚基。l 大亚基负责携带氨基酸及tRNA的功能，肽键的形成、AAtRNA、肽基tRNA的结合等，A位、P位、转肽酶中心等主要在大亚基上。 7374 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents75四、蛋白质合成的过程l氨基酸的活化l翻译的起始l肽链的延伸l肽链的终止l蛋白质前体的加工76蛋白质合成各阶段所需物质蛋白质合成各阶段所需物质

29、77(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶78第一步第一步:氨基酸与氨基酸与 ATP 作用作用, 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸形成氨基酰腺嘌呤核苷酸氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 录录79第二步第二步: :氨基酰基转移到氨基酰基转移到tRNA的的 3-OH 端上端上, 形成氨基酰形成氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E80l 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。l 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proo

30、freading activity) 。l 氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 81原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet82 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP83(二)翻译的起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex) 84l原核生物原核生物的起始的起始

31、tRNA是是fMet-tRNA翻译的起始翻译的起始fMet以细菌为例，讲解原核生物翻译的起始以细菌为例，讲解原核生物翻译的起始所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3. 翻译起始分为三步完成。翻译起始分为三步完成。85IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：1. 核蛋白体大小亚基分离862、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-187S-D序列序列 8889IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-t

32、RNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G5390IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G5391IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi92翻译的起始翻译的起始l 真核生物真核生物中，任何一条多肽链都是从生成 甲硫氨酸tRNAi 开始，因为甲硫氨酸的特殊性，体内存在两种tRNA 。 只有甲硫氨酸tRNAi 才能与40S小亚基相结合，起始肽链合成，普通tRNAi中携带的甲硫氨酸只能被别掺入正在延

33、伸的肽链中。 真核生物的翻译起始机制与原核生物基本相同，差异主要是核糖体较大，有较多的起始因子参与。MetMetMet真核生物真核生物的起始tRNA是Met-tRNAMet93真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为；起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物； 94真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物) 原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S

34、小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。95mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程96 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、 肽键的生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF

35、-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 (三)肽链的延伸971、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子9899通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环1002、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化1013、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子102延长因子EF-G有转位酶( translocase )活

36、性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。103fMetA U G53fMetTuGTP104105原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 （四）肽链的终止l 终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AAtRNA能与之结合l 释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解P位上多肽链与tRNA之间的二酯键l 新生的肽链和tRNA从核糖体上释放，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成结束l 释放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核糖体解离。106 RF1：识别终止密码子UAA和UAG 终止因子 RF2：识别终止密码子UAA和UGA RF3：

37、具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）n一旦RF与终止密码相结合，它们就能诱导肽基转移酶把一个水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽链上。真核生物只有一个终止因子（eRF）107(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除1081092、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH -SH-SH -SH-SH 二硫键氧化110二硫键的形成111特定氨基酸的修饰l 磷酸化(如核糖体蛋白质)l 糖基化(如各种糖蛋白)l 甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质)l 乙基化(如组蛋白)l 羟基化(如胶原蛋白)l 羧基化l 112生物体内常见的修饰113114切除新生肽链中非功能片段115

38、(六)蛋白质合成抑制剂116 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents117五、蛋白质的运转机制118l蛋白质运转可分为两大类蛋白质运转可分为两大类:l 1、翻译运转同步机制：蛋白质的合成和运转同、翻译运转同步机制：蛋白质的合成和运转同时发生时发生; l 2、翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上释放后、翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上释放后才发生运转才发生运转119蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运

39、输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 几种主要蛋白质的转运机制1201、翻译-运转同步机制信号肽假说信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。121信号肽122信号序列特点：（1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；（2 2）在靠近该序列）在靠近该序列N-N-端常常有端常常有1 1个或数个带正电个或数个带正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；（3

40、 3）在其）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。123信号肽假说内容： 编码分泌蛋白的mRNA合成信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被信号肽酶水解，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。124SRP(信号识别蛋白) DP(停靠蛋白，又称SRP受体蛋白) 125l关于信号肽假说的结论l 完整的信号肽是保证蛋白质运转的必要

41、条件l 仅有信号肽还不足以保证蛋白质运转发生l 信号序列的切除并不是运转所必须的l 并非所有的运转蛋白都有可降解的信号肽126新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程核糖体组装、翻译起始位于蛋白质N端的信号肽序列首先被翻译SRP与核糖体、GTP以及带有信号肽的新生蛋白质相结合，暂时中止肽链延伸核糖体-SRP复合物与膜上的受体相结合GTP水解，释放SRP并进入新一轮循环肽链重新开始延伸并不断向内腔运输信号肽被切除多肽合成结束，核糖体解离并恢复到翻译起始前的状态1272、翻译后运转机制l 与在同步转运机制中存在信号肽相比，翻译后转运机制中，存在有前导肽。l 前导肽的作用与性质l 作用：使

42、新生蛋白质被识别后，由前体转变成成熟蛋白。l 一般性质：带正电荷的碱性氨基酸含量非常丰富，它们分散于不带电荷的氨基酸序列之间；缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸含量较高；有形成两亲-螺旋结构的能力。128 前导肽的作用与性质129。l前导肽(leader peptide) 。l需能过程；l蛋白质通过线粒体膜运转 首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的待运转多肽 通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔线粒体蛋白质的跨膜转运线粒体蛋白质的跨膜转运130线粒体蛋白质的跨膜转运线粒体蛋白质的跨膜转运前导肽与线粒前导肽与线粒体膜上的复合体膜上的复合受体结合，打

43、受体结合，打开膜通道开膜通道前导肽切除后，前导肽切除后，多肽变成有活多肽变成有活性蛋白质性蛋白质131叶绿体蛋白质的跨膜转运叶绿体蛋白质的跨膜转运与线粒体转运类似，叶绿体中也存在有前导肽。所不同的是，蛋白质进入叶绿体要经过两层膜结构：叶绿体双层膜、类囊体膜。蛋白质跨过叶绿体蛋白质跨过叶绿体膜进入基质，切除膜进入基质，切除部分前导肽部分前导肽跨类囊体膜，切跨类囊体膜，切除另一部分前导除另一部分前导肽，经折叠后，肽，经折叠后，蛋白质成熟蛋白质成熟132核蛋白的转运机制核蛋白的转运机制l 核定位蛋白的特殊之处在于它的信号肽-称做核定位序列（NLS）一般不被切除。l 这一过程需要核转运因子和一个相对分子质量较低的GTP酶。亚基与核定位序亚基与核定位序列结合，列结合，亚基结亚基结合在合在上上在在GTP水解释