第四章 生物信息的传递(下)——翻译a

1、第四章 生物信息的传递（下） 从mRNA到蛋白质DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制 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。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mRNAtRNA20种氨基酸Contents（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 AUG AGU ACA AAA CCU、 3（二）三联子密码破译mRNA5 AUCGACCU

2、GAGC3420 ()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620 ()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420 ()核甘酸序列氨基酸序列（1 1）19541954年年GamowGamow首先对遗传密码进行了探讨；首先对遗传密码进行了探讨； （2 2）19611961年年Crick Crick 证明三联体密码子是正确的；证明三联体密码子是正确的；（3 3）19611961年，年，NirenbergNirenberg以以均聚物、随机共聚物、特定均聚物、随机共聚物、特定序列的共聚物序列的共聚物作模板合成多肽，破译遗传密码；作模板合成多肽，破译遗传密码；（4 4）19641964年

3、年Nirenberg Nirenberg 用用核糖体结合技术核糖体结合技术研究遗传密研究遗传密码，直接测出三联体对应的氨基酸；码，直接测出三联体对应的氨基酸；（5 5）到）到19661966年，遗传密码全部破译。年，遗传密码全部破译。遗传密码破译简史遗传密码破译简史核糖体结合技术保温 硝酸纤维滤膜过滤硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的分析留在滤膜上的核糖体核糖体-AA-AA-tRNAtRNA 确定与核糖体结合的确定与核糖体结合的AAAA特定特定三核苷酸为模板三核苷酸为模板 + + 核糖体核糖体 + 20 + 20 种种AA-AA-tRNAtRNA遗传密码字典遗传密码字典（三）遗传密码的性质（三）

4、遗传密码的性质基因损伤引起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)。 （三）遗传密码的性质（三）遗传密码的性质2、 简并性简并性同义密码子一般不是随同义密码子一般不是随机分布的，因为其第一、机分布的，因为其第一、第二位核苷酸往往是相第二位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸同的，而第三位核苷酸的改变并不一定影响所的改变并不一定影响所编码的氨基酸，这种安编码的氨基酸，这种安排减少了变异对生物的排减少了变异对生物的影响。影响。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，CG双联子出现的频率较低。 简述密码的简并

5、性（degeneracy)和同义密码子（synonymous codon) 及其在生物上的重要性 武汉大学2003年试题（三）遗传密码的性质（三）遗传密码的性质生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核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（三）遗传密码的性质（三）遗传密码的性质U摆动配对摆动配对mRNA5AUUAUUAUCAUCAUAAUA3UAIUAIIleIle5UAIUAIIleIle5UAIUAIIleIle5tRNA333I: 次黄嘌呤次黄嘌呤密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码

6、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, CUG1 1、由、由Francis CrickFrancis Crick提出的密码子与反密码子配对的摆动假说提出的密码子与反密码子配对的摆动假说是指（是指（ ）A A 反密码子的反密码子的55端碱基允许互补碱基有摆动端碱基允许互补碱基有摆动B B 反密码子的反密码子的33端碱基允许互补碱基有摆动端碱基允许互补碱基有摆动C C 密码子的密码子的33端碱基允许互补碱基有摆动端碱基允许互补碱基有摆动D D 密码子的密码子的55端碱基允许互补碱基有摆动端碱基允许互补碱基有摆动2 2、反密码子中哪个碱

7、基对参与了密码子的简并性（摇摆）？、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性（摇摆）？（ ）A.A.第一个第一个 B. B. 第二个第二个 C. C. 第三个第三个 D. D. 第一个与第三个第一个与第三个3 3、反密码子、反密码子IGCIGC可以识别的密码子是可以识别的密码子是( )( )A . GCG B. GCA C. ACG D. ICGA . GCG B. GCA C. ACG D. ICG4、与tRNA中的反义密码子为GCU反向配对的mRNA中的密码子是（ ）A.UGA B. CGA C. AGU D. AGI5、( )的密码子可以作为起始密码子.A.酪氨酸 B. 甲硫氨酸 C.

8、色氨酸 D. 苏氨酸6、只有一个密码子的氨基酸是（ ）A.亮氨酸和丝氨酸 B. 色氨酸和苏氨酸C.甲硫氨酸和色氨酸 D. 甘氨酸和色氨酸7、终止密码子包括（）（）（） 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Contents二、tRNA的结构、功能与种类（一） tRNA的结构1、二级结构：三叶草形二、tRNA的结构、功能与种类（一） tRNA的结构2、三级结构： “L”形氢键（二） tRNA的功能tRNA is an adaptor35ICCA-OH53CCA-

9、OHG G CC C GtRNAtRNA凭借自身的反密码子与凭借自身的反密码子与mRNAmRNA链上的密码子相链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。tRNA特异性特异性只取决于反密码子只取决于反密码子,与携带的氨基酸无关与携带的氨基酸无关1 1、起始、起始tRNAtRNA和延伸和延伸tRNAtRNA（三） tRNA的种类能特异地识别能特异地识别mRNAmRNA模板上起始密码子的模板上起始密码子的tRNAtRNA称起称起始始tRNAtRNA，其他，其他tRNAtRNA统称为延伸统称为延伸tRNAtRNA（P119P119）。）。（三） tRNA

10、的种类3、校正tRNA（三） tRNA的种类基基因因间间的的校校正正突突变变GluH2NCOOH 第一个突变：由于第一个突变：由于DNA突变使突变使mRNA分分子中子中GAG变为变为UAGGAG(Glu) UAG（终止密码）（终止密码）H2NCOOHTyrH2NCOOH 第二个突变：第二个突变：tRNATyr可以将终止密码可以将终止密码 UAG读读作作Tyr：突变突变tRNATyr可以将终止密可以将终止密码码 UAG读作读作Tyr3 -A-U-C- 5 5 -U-A-G- 3 突变突变tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为的反密码子（正常时应为3 -A-U-G- 5 ）此终止密码被读作此终止

11、密码被读作Tyr校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子一般校正效率不会超过50%(四)氨酰tRNA合成酶 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Contents三、核糖体的结构与功能 （一）核糖体的结构P121:几十种蛋白质+几种rRNA/80S/40S/60SSize comparisons show that the ribosome is large enough to bind tRNAs and mRNA.Ribosomes

12、are large ribonucleoprotein particles that contain more RNA than protein and dissociate into large and small subunits. 细胞器核糖体：细胞器核糖体：与胞质中的存在明显差异，与胞质中的存在明显差异，并具不同形式。有时与细菌核糖体大小相当并具不同形式。有时与细菌核糖体大小相当（70% rRNA70% rRNA），），有时仅有时仅60 S60 S（ 30% rRNA 30% rRNA） 核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。虽然在不同生物内其

13、虽然在不同生物内其大小有别大小有别，但，但组织结构基本组织结构基本相同相同，而且执行的，而且执行的功能也完全相同功能也完全相同。NOTE： 表14-7 原核和真核生物核糖体的组成及功能P123-126核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能 细菌 70S 50S 23S=2904b 31种(L1-L31）含CGAAC和GTCG互补2.5106D 5S=120b66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补 哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 49种 有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4

14、.2106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b 33种 和Capm7G结合 三、核糖体的结构与功能 （二）核糖体的功能：合成蛋白质 mRNA结合部位；结合部位； 结合结合AA-tRNA部位（部位（A位）；位）； 结合肽基结合肽基 tRNA部位（部位（P位）；位）； 空载空载tRNA移出部位（移出部位（E位）；位）； 形成肽键的部位。形成肽键的部位。 此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质因子结合部此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质因子结合部位。位。 大小亚基的生物学功能大小亚基的生物学功能小亚基：小亚基： 通过密码子与反密码子的配对，识别并结合通过密

15、码子与反密码子的配对，识别并结合模板模板mRNAmRNA，蛋白质合成中，蛋白质合成中A A位、位、P P位、位、E E位的一部分等。位的一部分等。大亚基：大亚基： 结合结合多肽链多肽链，催化肽键形成、蛋白质合成中，催化肽键形成、蛋白质合成中A A位、位、P P位、位、E E位的一部分等。位的一部分等。 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Contents四、蛋白质合成的过程氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止 蛋白质前体的加工(一)氨基酸的活化氨基酸氨

16、基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E 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

17、ATP(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：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、IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步： （P130）1. 核蛋白体大小亚基分离2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-1S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet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 G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPP

18、i4 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 G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2GTPGDPPi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-tRNAiMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物； 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

19、真核生物中，40S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（P131）。mRNA 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 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

20、 (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 (三)肽链的延伸1、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2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化3、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延伸因子延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结

21、合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。fMetA U G53fMetTuGTP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 RF1：识别终止密码子UAG和UAA 释放因子 RF2：识别终止密码子UGA和UAA RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物的I、II类只有一种释放因子（eRF1，3）(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质2、二硫键的形成（对稳定蛋白质的天然构象具有重要作用）两个半胱氨酸-SH-SH -SH-SH -SH-SH 二硫键氧化3、特定氨基酸

22、的修饰（P137） 磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化等前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图4、切除新生肽链中非功能片段5、蛋白质的折叠分子伴侣：辅助新生肽链正确折叠的蛋白质。序列上无相关性但有共同功能的保守性蛋白质。包括： 热休克蛋白 伴侣素6、蛋白质合成的抑制剂 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Contents五、蛋白质的运转机制蛋白性质 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-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解

23、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 几类主要蛋白质的转送机制 1、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）。能启动蛋白质转运的任何一段多肽。信号序列特点：（1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个个疏水疏水氨基酸；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个或数个带个或数个带正电正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；（3 3）在其）在其

24、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数个极性极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基氨基酸，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）。信号肽假说内容：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 P1462、翻译后运转机制叶绿体线粒体(1)(1)线粒体蛋白质跨膜运转线粒体蛋白质跨膜运转(2)(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体蛋白质的跨膜运转（3 3）核定位蛋白的运转机制）核定位蛋白的运转机制（4）蛋白质的降解大肠杆菌：Lon蛋白酶真核生物：泛蛋白复习体1 多数氨基酸都有两个以上密码子，下列哪组氨基酸只有一个密码子？ A苏氨酸、甘氨酸 B脯氨酸、精氨酸 C丝氨酸、