第二讲生物信息的传递下从mRNA到蛋白.ppt
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1、第二讲 生物信息的传递(下) 从mRNA到蛋白质,一、氨基酸的活化 二、翻译的起始 三、肽链的延伸 四、肽链的终止 五、蛋白质前体的加工,第四节 蛋白质合成的生物学机制,原核生物蛋白质的合成 一、氨基酸的活化,蛋白质合成 AA-tRNA合成酶活化 AA-tRNA生成 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子相互识别并配对,二、起始(initiation),可分为三步: 1、30 S 核糖体小亚基与mRNA结合 2、 与fMet-tRNAfMet相结合 3、与50 S大亚基结合,1、30 S 核糖体小亚基与起始因子IF 1和IF-3相结合,小亚基通过16 S rRNA 3端与mRNA中AUG上游
2、712个碱基处SD序列的互补序列结合mRNA。,核糖体小亚基上16 S rRNA 3-端有一段序列: 5-ACCUCCUUA-3,可与mRNA中AUG上游保守序列AGGAGGU(SD)互补。将起始密码子AUG(或GUG,UUG)带到核糖体的起始位置上 。,2、复合体与IF-2-GTP复合物及fMet-tRNAfMet 结合,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,形成中间复合体。,只有fMet-tRNAfMet能与第一个P位点相结合,3、上述复合物再与50 S大亚基结合,GTP水解,释放翻译起始因子。,起始因子的功能,IF-3分子量为20k
3、D, 具有解离30S与50S亚基的活性;是30S亚基与mRNA起始位点的特异结合所必需的。,IF-2分子量为95 kD117kD,促使fMet-tRNAfMet选择性地结合到30S亚基上。 IF-1分子量为9.5 kD,是起始复合体的一部分;阻止氨酰tRNA的进入,可能和起始复合物的稳定性有关。,问题:为什么其它Met-tRNAs不能进入起始位点?,是由于两种tRNA本身的差别导致的,(1) fMet-tRNAfMet在受体臂末端的一对碱基是CA,Met-tRNAmMet是GC, CA中的C可以和延伸因子IF-2结合。 (2)tRNAfMet的反密码子环上的是A,tRNAmMet是烷基化腺嘌呤
4、。 (3)tRNAfMet TC环端是A,tRNAmMet的相应位置是G。,肽链的延长需要一些延伸因子(EF),原核生物的EF主要有EF-T和EF-G两类:,EF-T:开始误认为这类延伸因子有肽基转移酶的活性,所以取转移酶的第一个字母“T” 。,三、肽链的延伸(elongation),原核生物的蛋白质合成,EF-G:这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP,当GTP水解时,这类延伸因子就从核糖体上解离下来,由于涉及GTP,所以用GTP的第一个字母“G”表示。,EF-T有两种:Tu和Ts EF-Ts:s是stable的意思,是稳定蛋白质, EF-Tu: u是unstable,不稳定蛋白质。 EF-T
5、u直接参加了氨酰-tRNA与核糖体的结合。,氨酰-tRNA进入核糖体的A位 肽键的形成 移位,肽链的延伸包括3步:,EF-Tu先与GTP结合,再与氨酰-tRNA结合形成一个复合物,最后与70S起始复合物相结合(A位),并释放出EF-Tu-GDP, EF-Tu-GDP再与EF-Ts及GTP反应,重新形成不稳定EF-Tu-GTP,进入下一轮循环。 EF-Ts能结合fMet-tRNA,1、氨酰-tRNA进入核糖体的A位,。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GDP,Tu-GTP,TuTs 循环,肽基转移酶,2、肽键的形成 肽基转移酶(transpeptidase),3、移位(Transloca
6、tion),EF-G有移位酶(translocase)活性,可结合并水解1分子GTP,促进核糖体向mRNA的3端移动,fMet,fMet,四、肽链合成的终止,识别 水解 解离,RF1:作用于UAA、UAG RF2:作用于UGA、UAA RF3:促进RF1和RF2从核糖体中释放。具有GTP酶活性。,RF,真核生物的蛋白质合成,一、氨基酸的活化 二、翻译的起始 起始tRNA:为MettRNAMet,m7Gppp,AAAAAA,AUG,eIF4E,5帽子结构参与形成翻译起始复合物,3PolyA参与形成翻译起始复合物,1、40S小亚基识别mRNA 5端AUG上游的帽子结构,与其结合。 2、复合物移动到
7、AUG处,与mRNA稳定结合。 Kozak:扫描模型 3、与60S亚基结合,起始因子多,至少9种,结合的顺序 需要ATP,特点:,真核生物翻译起始复合物形成过程,三、肽链的延伸 原核:每次反应需3个延伸因子 真核:2个 EF-1, EF-2 四、肽链的终止 原核:释放因子3个 真核:2个:eRF1和eRF3,真核与原核生物翻译的比较,mRNA 核糖体 tRNA起始 起始因子 延伸因子 释放因子,原核生物 5端:SD序列 70S fmet-tRNAfmet 三种 三种 三种,真核生物 5端:帽子 3端:尾巴 80S Met-tRNAimet 多 二种 二种,小结:原核生物与真核生物翻译的差别,(
8、1)真核生物mRNA具有m7GpppNp帽子结构,mRNA分子5端的“帽子”和3端的多聚A都参与形成翻译起始复合物。 (2)原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet,而真核生物是Met-tRNAMet; (3)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80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。,(4)原核生物mRNA上5末端通过SD序列与核糖体结合;真核生物核糖体上有专一位点或因子识别mRNA的帽子,使
9、mRNA与核糖体结合。除了帽子结构以外,40S小亚基还能识别mRNA上的起始密码子AUG。 (5)真核生物mRNA与核糖体小亚基结合时需要ATP,可能蛋白质合成中消除二级结构需水解提供能量。,指肽链从核糖体释放后,经过细胞内各种修饰处理,成为有活性的成熟蛋白质的过程。 1. N端fMet或Met的切除: 去甲酰化: 甲酰化酶 甲酰甲硫氨酸-肽 甲酸 + 甲硫氨酸-肽 去甲硫氨酰基: 甲硫氨酸氨基肽酶 甲硫氨酸-肽 甲硫氨酸 + 肽,五、蛋白质前体的加工,有些动物病毒如脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链,含多种病毒蛋白,经蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。,2二硫键的
10、形成 mRNA中没有胱氨酸的密码子,而不少蛋白质都含有二硫键,蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。如胰岛素的形成。,3特定氨基酸的修饰 氨基酸侧链的修饰作用包括磷酸化(如核糖体蛋白质)、糖基化(如各种糖蛋白)、甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质)、乙基化(如组蛋白)、羟基化(如胶原蛋白)和羧基化等,这些是生物体内最普遍发生的氨基酸修饰作用。,4切除新生肽链中非功能片段,六、蛋白质的折叠,分子伴侣(molecular chaperone),指一些结合在肽链或蛋白质上,帮助它们正确折叠或防止它们聚集的蛋白质,在蛋白的组装、运转和降解中发挥重要作用。序列不相关但具有共同的功能。 细胞内有两类分子
11、伴侣家族:热休克蛋白和伴侣素。,生物学功能:,(1)帮助新生蛋白质正确折叠 (2)防止或纠正蛋白的错误折叠。,热休克蛋白:应激反应蛋白,如HSP70、HSP40和GrpE家族,促使能自发折叠的蛋白质正确折叠。 伴侣素:如HSP60和HSP10,主要为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的微环境。,Chaperones bind to interactive regions of proteins as they are synthesized to prevent random aggregation. Regions of the protein are released to inter
12、act in an orderly manner to give the proper conformation.,七、蛋白质合成的抑制剂 抗生素能够抑制蛋白质的合成。它们对蛋白质合成的作用主要是阻止mRNA与核糖体结合(氯霉素),或阻止AA-tRNA与核糖体结合(四环素类),或干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读(链霉素、新霉素、卡那霉素等),或作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。,白喉毒素(diphtheria toxin),对真核生物剧毒,实质是一种修饰酶,对真核生物的EF-2起共价修饰作用,使其失活。 由于肿瘤细胞对白喉毒素比正常细胞更敏感,故用它与抗肿瘤细胞的特异抗原结合以消灭肿瘤细
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