生物信息的传下.doc
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1、生物信息的传递(下)从mRNA到蛋白质主要内容4.1 遗传密码三联子4.2 tRNA4.3 核糖体4.4 蛋白质合成的生物学机制4.5 蛋白质转运机制4.1 遗传密码三联子密码(三联子密码,codon) mRNA上每3个nt翻译成蛋白质多肽链上的1个AA,这3个nt就成为密码。ORF(可译框架) 由起始密码子开始到终止密码子结束的nt序列4.1.1 三联子密码及其破译4.1.1 三联子密码及其破译1. 以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板指导多肽合成1)1961年,Nirenberg: polyU做模板,UUUPhe polyC做模板,CCCPro polyA做模板,AAALys2)
2、Nirenberg和Ochoa:随机共聚物和特定序列的共聚物为模板以只含A、C的共聚物为模板,任意排列可出现8种三联子: CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA 获得Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6种AA组成得多肽。以多聚二核苷酸做模板可合成由2个AA组成的多肽:PolyUG 5.UGU GUG UGU GUG UGU GUG 3 CysValCysValCysVal以多聚三核苷酸做模板:polyUUG 5UUG UUG UUG UUG UUG 3 Trp- Trp- Trp- Trp- Trp 5 UGU UGU UGU UGU UGU 3 Cys-
3、 Cys- Cys- Cys- Cys 5 GUU GUU GUU GUU GUU3 Val- Val- Val- Val- Val2. 核糖体结合技术 Nirenberg 和 leder 以人工合成的三核苷酸如UUU等为模板,在含有核糖体、AA-tRNA的适当 离子强度的反应液中保温,然后使反应液通过硝酸纤维素滤膜。游离的AA-tRNA可通过滤膜,与模板和核糖体结合的AA-tRNA留在滤膜上 将游离的AA-tRNA与结合到核糖体上的AA-tRNA分开用20种AA-tRNA作20组实验,每组含有20种AA-tRNA和1种三核苷酸, 只有1种AA用14C标记。4.1.2 遗传密码的性质1.密码的
4、连续性:无间断也无重叠2.密码的简并性(degeneracy) 由一种以上密码子编码同一AA的现象。 编码同一个AA的密码子称为同义密码子3.密码的通用性与特殊性 通用性:无论在体内还是在体外,无论对病毒、细菌、动物、植物都是通用的 特殊性:少数例外 支原体:UGATrp 四膜虫:UAA Gln 人、牛及酵母线粒体也有例外线粒体与核DNA密码子使用情况比较生物密码子线粒体DNA编码的AA核DNA编码的AA所有UGATrp终止子酵母CUAThrLeu果蝇AGASerArg哺乳动物AGA/G终止子Arg哺乳动物AUAMetIle4. 密码子与反密码子的相互作用摆动假说 在密码子与反密码子的配对中,
5、前两对严格遵守碱基配对原则,第三个碱基有一定的自由度,可以摆动,可使某些tRNA识别1个以上的密码子。反密码子的第一位碱基ACGUI密码子的第三位碱基UGU,CA,GA,U,C4.2 tRNA结构:1) 受体臂(acceptor arm)杆状结构, 3端为CCA,其余手臂由杆状结构和套索状结构组成2)TC臂(表示拟尿嘧啶)3)反密码子臂4)D臂,含二氢尿嘧啶(D)4.2.1 tRNA的L型三级结构 tRNA三级结构与AA-tRNA合成酶对tRNA的是别有关,靠三级氢键维持。4.2.2 tRNA的功能 是mRNA和AA之间的接合体,起解码作用4.2.3 tRNA的种类1. 起始tRNA和延伸tR
6、NA起始tRNA:特异识别mRNA模板上起始密码子 原核生物:fMet-tRNA 真核生物:Met-tRNA2. 同工tRNA(cognate tRNA):代表相同AA的tRNA 同工tRNA 均专一于相同的AA-tRNA合成酶3. 校正tRNA 无义突变(nonsense mutation):在DNA序列中任何导致编码AA的三联密码子转变为终止密码子的突变,它使蛋白质合成提前终止,合成无功能的或无意义的多肽。 错义突变(missense mutation):由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种 AA的密码变成另一种AA 的密码。无义突变的校正: 无义突变的校正tRNA通过改变反密码子区校正无
7、义突变错义突变的校正 错义突变的校正tRNA通过反密码子区的改变把正确的AA加到肽链上, 合成正常的蛋白质例子:大肠杆菌细胞中Trp合成酶中 GGA(Gly密码子)AGA(编码Arg)校正: Gly校正tRNA校正基因使其反密码子CCU UCU 野生型 突变型大肠杆菌 5 GGA(Gly)3 5 AGA(Arg) 3校正tRNA 3 CCU 5 3 UCU 5影响校正效率的因素1)无义突变的校正tRNA必须与释放因子竞争识别密码子 无义突变的校正tRNA不仅能校正无义突变,还会抑制该基因3正常的终止密码,导致翻译的通读,合成更长的蛋白质,对细胞造成伤害!2)错义突变的校正tRNA必须与该密码的
8、正常tRNA竞争 可能导致另一个基因的错误翻译! 校正效率不会超过50%4.2.4 氨酰-tRNA合成酶 催化AA与tRNA结合的特异性酶 AA+tRNA+ATPAA-tRNA+AMP+PPi两步反应: 1)AA+ATP+酶(E) E-AA-AMP+PPi 2) E-AA-AMP+tRNA AA-tRNA+ E+AMP氨酰-tRNA合成酶既能识别AA又能识别tRNA 如何去识别结构非常相似的AA? 仍无定论!4.3 核糖体核糖体RNA(rRNA)1)5S rRNA 两个高度保守的区域:CGAAC5S rRNA与tRNA相互识别的序列, 与tRNA分子TC序列相互作用的部位GCGCCGAAUGG
9、UAGU5S rRNA与50S大亚基相互作用的位点 与23S rRNA互补2)16S rRNA 3端一段ACCUCCUUA保守序列,与mRNA5翻译起始区富含嘌呤的序列互补 3端还有一段与23S rRNA序列互补,在30S与50S亚基结合中起作用3)23S rRNA第1984-2001nt存在一段能与tRNAMet序列互补的片段 表明大亚基23S rRNA可能与tRNAMet的结合有关第143-157nt存在一段12nt序列与5S rRNA 第72-83nt互补 表明在50S大亚基上这两种RNA之间存在相互作用4)5.8S rRNA真核核糖体大亚基特有 含有与原核5S rRNA中的保守序列CG
10、AAC相同的序列,识别tRNA 说明 5.8S rRNA可能与原核5S rRNA功能相似5)18S rRNA4.4 蛋白质合成的生物学机制1)AA的活化2)肽链合成的起始、延伸、终止 核糖体循环3)多肽合成的折叠和加工4.4.1 AA的活化原核生物 1) Met+tRNAMet+ATPMet-tRNAfMet+AMP+PPi2)N10-甲酰四氢叶酸 + Met-tRNAfMet四氢叶酸+ fMet-tRNAfMet真核生物 有两类tRNA 1)起始tRNAi:Met-tRNAiMet 2)延伸tRNA: Met-tRNAMet4.4.2 翻译的起始原核生物:分三步1)30S+IF-1+IF-2
11、 通过SD序列与mRNA结合SD序列:原核mRNA起始密码子AUD上游7-12nt处的一种保守片段 (5-AGGAGGU-3,富含嘌呤),它与16S rRNA 3端反向互补(5-GAUCACCUCCUUA-3,富含嘧啶)1)30S+IF-1+IF-22) fMet-tRNAfMetP位3)30S起始复合物 (tRNA、mRNA、起始因子)与50S大亚基结合形成70S起始复合物(翻译起始复合物)(70SmRNA fMet-tRNAfMet )2.真核生物翻译的起始与原核生物的区别:1)40S先与Met-tRNAiMet结合,再与mRNA结合,最后与60S结合生成 80SmRNA Met-tRNA
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