生化-0409第十一章蛋白质的生物合成-fuxi

第十一章蛋白质的生物合成第一节 遗传密码l 一、遗传密码和密码单位1. 遗传密码指 mRNA中的核苷酸序列与多肽中氨基酸序列之间的对应关系 , 通常是指核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系 , 故也称三联体密码或密码子 .2. 密码单位密码子或称三联体密码，即 mRNA上决定一个特定氨基酸的三个核苷酸 。密码的第一个碱基5密码的第三个碱基3U CAGUCAGUCAGUCAG密码的第二个碱基112 121212l二、遗传密码的基本特征l 1. 遗传密码的连续性 (commaless) l 密码子之间没有任何起 “ 标点 ” 作用的空格 ,阅读 mRNA时是连续的 ,一次阅读 3个核苷酸 (碱基).2. 遗传密码的不重叠性 (nonoverlapping)在绝大多数生物中 ,阅读 mRNA时是以密码子为单位，不重叠地阅读。 少数大肠杆菌噬菌体的 RNA基因组中部分基因的遗传密码是重叠的。不重叠密码重叠密码l 3.遗传密码具有简并性（ degeneracy）l (1)除 Met(AUG)和 Trp(UGG)外，每个氨基酸都有两个或更多的密码子，这种现象称为密码子的简并性（ degeneracy）。 l (2)同义密码： 同一个氨基酸的不同密码子称同义密码子（ synonyms）。（ 3） 简并性的生物学意义减少有害突变，对生物物种的稳定有一定意义。l （ 4）密码的简并性往往表现在密码子的第三位碱基上4. 密码的变偶性 摆动性 (wobble)tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动， Crick称这种现象称为密码的摆动性或变偶性（ wobble）。如tRNA反密码子第一位的 IA、 U、 C配对。显然 , 密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基起的作用有限 (有较大灵活性 )。所以几乎所有氨基酸的密码子都可以用 和 来表示 .tRNA 反密码子中除 A、 U、 G、 C 四种碱基外 ,还经常在第一位出现 次黄嘌呤 ( I ). I 可以与 A、 U 、 C 三者之间形成碱基对 , 使带有次黄嘌呤的反密码子可以识别更多的简并密码子 .由于变偶性的存在 , 细胞内只需要 32种 tRNA,就能识别 61个编码氨基酸的密码子 .原核和真核细胞都只合成约 30种带有反密码子的 tRNA。l 5.遗传密码的通用性和变异性l (1)通用性 :指各种低等和高等生物 ,包括病毒、 细菌及真核生物 ,基本上共用一套遗传密码 . l (2)密码的变异性 :目前已知线粒 DNA(mtDNA)的编码方式与通用遗传密码子有所不同 .6.密码子有起始密码子和终止密码子 （ 1）起始密码子 :AUG(Met)多数 原核 ,真核生物GUG UUG 少数情况 (2)终止密码子 :UAA、 UAG和 UGA 不编码任何氨基酸 , 又称为无义密码子（nonsense codons） 或终止密码子（ chainterminating codons），它们单个或串联在一起用于多肽链翻译的结束，没有相应的 tRNA存在。关于 SD序列许多 原核生物 在 mRNA的起始密码子上游约10个核苷酸处 (-10区 ), 通常有一段富含 嘌呤核苷酸 的序列 , 与 16S rRNA的 3 端部分 互 补 , 有助于 mRNA与核糖体小 亚 基的 结 合 . 该 序列最初是由 Shine-Dalgarno 发现 的 ,故称之 为 SD序列(Shine-Dalgarno sequence).第二节 核糖体l 一、核糖体是蛋白质合成的工厂l 用放射性同位素标记氨基酸，注射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离心，分离各细胞器，发现核糖体放射性最强，说明核糖体是蛋白质合成部位。l 二、核糖体的结构原核生物真核生物l 三 核糖体的活性位点 (大肠杆菌）l 四、核糖体的功能参与多肽链的启动、延长、终止，并 “移动”含有遗传信息的模板 mRNA第三节 转移 RNA的功能在蛋白质合成中， tRNA起着运载氨基酸的作用，按照 mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。tRNA有两个关键部位： 3端 CCA： 接受氨基酸 ，形成氨酰 -tRNA.需 ATP提供活化氨基酸所需的能量。 与 mRNA结合部位 反密码子部位 (tRNA的接头作用 )(3)识别氨酰 tRNA合成酶的位点 , (4)核糖体识别位点35ICCA-OH5 3CCA-OHG G CC C G密码子与反密码子的阅读方向均为 5 3 ，两者反向平行配对。第四节 蛋白质生物合成的分子机制l 一、肽链延伸合成的方向和速度l （一）方向l N 端 C端l （ 二）速度l 肽链延伸的速度极快，一个核糖体合成一条完整的血红蛋白 -链 (146个 AA)3分钟 , 0.8AA/秒 . 大肠杆菌 20个 AA/秒l 二、 mRNA 上翻译的方向翻译方向： 5 3三、原核生物蛋白质生物合成的分子机制1. 部位 :细胞质2. 酶 :氨酰 -tRNA合成酶 3. 能量 :消耗 2ATP4. 产物 : 氨酰 -tRNA 甲酰化产物 fMet-tRNA(原核生物起始 AA)l氨基酸在掺入肽链前必须活化 ,在 胞液中 进行。l氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的 AA与携带它的相应的 tRNA结合成 氨酰 - tRNA的过程。活化反应在 氨酰 -tRNA 合成酶 的催化下进行。(一 )氨基酸的活化AA+ATP+E AA-AMP-E + PPiMg 2+Mn 2+AA-AMP-E+ tRNA 氨酰 -tRNA +AMP+E5. 活化过程 :1) 氨基酸 -AMP-酶复合物的形成2) 氨基酸从氨基酸 -AMP-酶复合物转移到相应的 tRNA上 v氨基酸活化的总反应式是：氨酰 -tRNA 合成酶氨基酸 +ATP+tRNA +H2O 氨酰 -tRNA+AMP+PPi20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰 -tRNA合成酶。氨酰 -tRNA合成酶具有高度的专一性 ， 它既能识别相应的氨基酸（ L-构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个 tRNA 分子；即使 AA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。 这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。(二 )肽链合成的起始1.70S起始复合物的形成 (1)起始氨基酸及起始 tRNA 起始氨酰 -tRNAi: 甲硫氨酰 -tRNAiMet N-甲酰甲硫氨酰 -tRNAifMet 起始氨基酸原核：甲酰甲硫氨酸 fMet真核：甲硫氨酸 Met 甲酰化后才能与 IF2 结合生成 30S复合物 甲酰化防止 起始氨基酸 进入延伸中的肽链 使 fMet-tRNA i fMet 结合在核糖体 P部位 延长因子 EF-Tu识别未甲酰化的 Met-tRNAl 细菌中的起始因子 :l IF1: 结合在 30S亚基上作为完全起始复合物的一部分，起稳定此复合物的作用。 l IF2:结合到特异的起始 tRNA（ fMet-tRNAifMet ）， 并将起始 tRNA置于小亚基上。 IF3:30S小亚基特异地与 mRNA起始部位结合需要 IF3 .IF3还作为 70S核糖体的解离因素，产生 30S亚基。(2)70S起始复合物的形成l (三 )肽链的延长肽链的延长分为四个步骤：进位 转肽 脱落 移位 -核糖体循环1. 进位： 1) 一个新的 氨酰 -tRNA进入 A位，2) 延长因子参加 :3) 消耗 1个