参与蛋白质合成的物质

参与蛋白质合成的物质第1页/共44页一、mRNA和遗传密码二、tRNA与氨基酸的转运三、核糖体与肽链装配第一节参与蛋白质合成的物质第2页/共44页

蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需要数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。第3页/共44页翻译：以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。第4页/共44页一、mRNA和遗传密码1、遗传密码及其破译遗传密码：mRNA上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链的一个氨基酸，这三个核苷酸称为一个密码，也称为三联子密码。第5页/共44页

翻译从起始密码子AUG开始，沿mRNA5'→3'方向连续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定序列的多肽链——蛋白质。第6页/共44页翻译：是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。第7页/共44页mRNA的核苷酸有4种，对应的氨基酸有20种。若一种核苷酸代表一种氨基酸，41=4＜20若两种核苷酸代表一种氨基酸，42=16＜20若三种核苷酸代表一种氨基酸，43=64＞20第8页/共44页1966年，确定了61种密码子编码20种氨基酸，另外3个密码子用作翻译的终止信号。第9页/共44页若在模板mRNA中插入或删除一个碱基，会改变该密码子以后的全部氨基酸序列。若同时对模板进行插入和删除试验，保证后续密码子序列不变，翻译得到的蛋白质序列就保持不变（除了发生突变的那个密码子所代表的氨基酸之外）。第10页/共44页第11页/共44页2、遗传密码的性质（1）遗传密码的连续性（2）遗传密码的简并性（3）遗传密码的摆动性（4）遗传密码的普遍性与特殊性（5）遗传密码的防错功能第12页/共44页遗传密码的连续性

不重叠、无标点的三个相邻核苷酸组成的三联子，若插入或删除一个核苷酸，就会使以后的读码发生错位。第13页/共44页遗传密码的简并性存在61种密码子而只有20种氨基酸，所以许多氨基酸有多个密码子。实际上除色氨酸（UGG）和甲硫氨酸（Met）只有一个密码子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子，其中9种氨基酸有2个密码子，1种氨基酸有3个密码子，5种氨基酸有4个密码子，3种氨基酸有6个密码子。第14页/共44页密码子的简并性：同一种氨基酸具有两个或更多个密码子的现象。同义密码子：对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子。第15页/共44页生物学意义：减少变异对生物的影响同义突变：由于遗传密码的简并性，在一个基因中发生许多变化（突变）并不影响该基因产物的氨基酸组成，这种变化称为同义突变或沉默突变。在遗传中的大多数简并发生在密码子的第三位碱基上。第16页/共44页遗传密码的摆动性

在密码子与反密码子配对时，前面两对碱基严格按碱基配对原则，而第三时碱基允许有一定的自由度——摆动假说（变偶假说）。第17页/共44页遗传密码的普遍性与特殊性

遗传密码无论在体内还是体外，也无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言都是适用的，所以，密码子具有普遍性。已经查明，在支原体中，终止密码子UGA被用来编码色氨酸；在嗜热四膜虫中，另一个终止密码子UAA被用来编码谷氨酰胺。密码子具有特殊性。第18页/共44页遗传密码的防错功能

密码子中一个碱基被置换，其结果或者是编码相同的氨基酸，或者是以物化性质最近的氨基酸取代，从而使基因突变可能造成的危害降至最低。是进化过程中获得的一种最佳选择。第19页/共44页遗传密码的总结：(1)遗传密码是三联体密码。(2)遗传密码无逗号。(3)遗传密码是不重叠的。(4)遗传密码具有普遍性。(5)遗传密码具有简并性。(6)密码子有起始密码子和终止密码子。(7)反密码子中的“摆动“第20页/共44页二、tRNA与氨基酸的转运tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还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，故tRNA又被称为第二遗传密码。第21页/共44页1、tRNA的结构tRNA的二级结构----三叶草结构tRNA的三级结构---倒L形折叠式结构第22页/共44页tRNA的二级结构----三叶草结构不同tRNA在结构上存在大量的共性，由小片段碱基互补配对形成三叶草形分子结构，有4条根据结构或已知功能命名的手臂。第23页/共44页各种tRNA均含有70-80个碱基，其中22个碱基是恒定的。具五臂四环结构。1.受体臂：其3’端的最后3个碱基序列永远是CCA。此臂负责携带特异的氨基酸。2.TψC臂:是根据3个核苷酸命名的，其中ψ表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥有的不常见核苷酸。常由5bp的茎和7Nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合。第24页/共44页3.反密码子臂：常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。4.D臂:是根据它含有二氢尿嘧啶命名的。茎区长度常为4bp。负责和氨基酰tRNA聚合酶结合.5.多余臂:可变性大.其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂）。第25页/共44页最常见tRNA分子有76个碱基，相对分子质量约为2.5×104，不同的tRNA分子可有74～95个核苷酸不等。第26页/共44页tRNA的三级结构---倒L形折叠式结构酵母和大肠杆菌tRNA的三级结构都呈L形折叠式，这种结构是靠氢键来维持的。第27页/共44页第28页/共44页2、tRNA的功能转录过程是信息从一种核酸分子（DNA）转移到另一种结构上极为相似的核酸分子（RNA）的过程，信息转移靠的是碱基配对。翻译阶段遗传信息从mRNA分子转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联密码子形式存在的，在这里起作用的是tRNA的解码机制。第29页/共44页（1）识别mRNA链上的密码子（2）携带活化的氨基酸到生长肽链的正确位置，起转移氨基酸作用。第30页/共44页3、tRNA的种类（1）起始tRNA和延伸tRNA

能特异性识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。第31页/共44页（2）同工tRNA

将代表相同氨基酸的不同tRNA称为同工tRNA。在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的氨基酰-tRNA合成酶。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AA-tRNA合成酶识别。第32页/共44页

（3）校正tRNA：分为无义突变及错义突变校正tRNA

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。第33页/共44页

错义突变是由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。错义突变的校正tRNA通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。第34页/共44页第35页/共44页三、核糖体与肽链装配

核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNA（rRNA）所组成的亚细胞颗粒。第36页/共44页1、核糖体的结构核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为两个亚基，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。第37页/共44页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3/5，蛋白质占2/5。原核生物、真核生物细胞质及细胞器中的核糖体存在着很大差异。第38页/共44页2、rRNA（1）5SrRNA：细菌5SrRNA含有120个核苷酸（革兰氏阴性菌）或116个核苷酸（革兰氏阳性菌）。第39页/共44页（2）16SrRNA：其长度为1542个核苷酸。（3）23SrRNA：由2904个核苷酸残基组成。（4）5.8SrRNA：是真核生物核糖体大亚基特有的，长度为160个核苷酸，含有修饰碱基。（5）18SrRNA：（6）28SrRNA：长度3890-4500bp,功能不清。第40页/共44页3、核糖体的功能

在多肽合成过程中，由不同的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AA-tRNA。核糖体还必须能同时容纳另一种携带肽链的tRNA，即肽基tRNA，并使之处于肽键易于生成的位置上。第41页/共44页

核糖体上至少有5个活性中心，即mRNA结合部位、结合或接受AA