大分子分子生物学

大分子分子生物学第1页/共106页第2页/共106页●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents第3页/共106页一、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(tripletcoden)

。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’第4页/共106页（二）三联子密码破译mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列第5页/共106页●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。第6页/共106页（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（synonymouscodon）。第7页/共106页第8页/共106页减少了变异对生物的影响第9页/共106页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例外第10页/共106页简述密码的简并性（degeneracy)和同义密码子（synonymouscodon)

武汉大学2003年试题第11页/共106页（三）遗传密码的性质2、普遍性与特殊性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。第12页/共106页生物密码子线粒体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甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较第13页/共106页（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码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。第14页/共106页基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。第15页/共106页从mRNA5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，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。

第16页/共106页（三）遗传密码的性质4、摆动性转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA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则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。第17页/共106页U摆动配对第18页/共106页第19页/共106页密码子、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,CUG第20页/共106页●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents第21页/共106页二、tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

1、二级结构：三叶草形第22页/共106页第23页/共106页二、tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

2、三级结构：

“L”形氢键第24页/共106页第25页/共106页第26页/共106页（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—反密码子部位第27页/共106页3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCGtRNA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。第28页/共106页1、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（P111）。第29页/共106页P111、P120：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-tRNAfMet第30页/共106页2、同工tRNA（三）tRNA的种类代表同一种氨基酸的tRNA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（P112）。第31页/共106页3、校正tRNA（三）tRNA的种类第32页/共106页无义突变：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）第33页/共106页无义突变第34页/共106页第35页/共106页错义抑制第36页/共106页●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents第37页/共106页三、核糖体的结构与功能（一）核糖体的结构第38页/共106页核糖体的组成第39页/共106页

表14-7原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能

细菌

70S50S23S=2904b31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

顺序(AGGAGG)互补

哺乳动物

80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33种和Capm7G结合

第40页/共106页三、核糖体的结构与功能（二）核糖体的功能：合成蛋白质第41页/共106页在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。●mRNA结合部位——小亚基●结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基●结合或接受肽基tRNA的部位——大亚基●肽基转移部位（P位）——大亚基●形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基

第42页/共106页第43页/共106页●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents第44页/共106页四、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第45页/共106页(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第46页/共106页氨基酰-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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第47页/共106页原核生物中，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-tRNAMet第48页/共106页第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目录第49页/共106页第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录第50页/共106页

tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第51页/共106页(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、第52页/共106页IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：

（P122）1.核蛋白体大小亚基分离第53页/共106页2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。AUG5'3'IF-3IF-1第54页/共106页S-D序列第55页/共106页IF-3IF-1IF-2GTP3.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。AUG5'3'第56页/共106页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、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。AUG5'3'第57页/共106页IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第58页/共106页真核生物翻译起始的特点

●核糖体较大,为８０Ｓ；●起始因子比较多；●mRNA5′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；

第59页/共106页真核生物翻译起始复合物形成(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80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物（P120）。第60页/共106页met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第61页/共106页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(elongationfactor,EF)：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链的延伸第62页/共106页1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子第63页/共106页第64页/共106页通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu·GTP复合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环第65页/共106页2、肽键形成

是由转肽酶/肽基转移酶催化

第66页/共106页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延伸因子第67页/共106页延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。第68页/共106页fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录第69页/共106页第70页/共106页原核肽链合成终止过程

（四）肽链的终止第71页/共106页

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：具GTP酶活性，刺激RF1和

RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物只有一个终止因子（eRF）第72页/共106页(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除第73页/共106页新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质第74页/共106页2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫键氧化第75页/共106页3、特定氨基酸的修饰磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化第76页/共106页4、切除新生肽链中非功能片段第77页/共106页前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图第78页/共106页(六)蛋白质合成抑制剂第79页/共106页●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制Contents第80页/共106页五、蛋白质的运转机制第81页/共106页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、类囊体中的蛋白质第82页/共106页

第83页/共106页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）。第84页/共106页●信号序列特点：（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在其C-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酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。第85页/共106页第86页/共106页●信号肽假说内容：第87页/共106页第88页/共106页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第89页/共106页2、翻译后运转机制第90页/共106页(1)线粒体蛋白质跨膜运转第91页/共106页(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转第92页/共106页（3）核定位蛋白的运转机制第93页/共106页第94页/共106页复习体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、亮氨酸

D．色氨酸、甲硫氨酸

E．天冬氨酸和天冬酰胺（D）第95页/共106页2．tRNA分子上结合氨基酸的序列是

A．CAA-3′B．CCA-3′C．AAC-3′D．ACA-3′E．AAC-3′（B）第96页/共106页3．遗传密码

A．20种氨基酸共有64个密码子

B．碱基缺失、插入可致框移突变

C．AUG是起始密码

D．UUU是终止密码

E．一个氨基酸可有多达6个密码子(B、C、E）第97页/共106页4、tRNA能够成为氨基酸的转运体、是因为其分子上有

A．-CCA-OH3′末端

B．3个核苷酸为一组的结构

C．稀有碱基

D．反密码环