第四章生物信息的传递(下)1

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二、tRNA的三级结构
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tRNA折叠 为紧凑的L 型三级结构。
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三、tRNA的功能
在蛋白质合成中，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。
•3’端CCA－OH上的氨基酸接受臂 •识别氨酰tRNA合成酶的位点 •核糖体识别位点 •反密码子位点
20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子
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蛋白质生物合成的过程
•氨基酸的活化 •肽链合成的起始 •肽链的延长 •肽链合成的终止和释放 •新合成多肽链的折叠和加工处理
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一、氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
IF-1
2) mRNA在小亚基的精确定位结合：
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
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SD sequence
The site for ribosome binding
细菌、动物还是植物而言都通用。
•在真核细胞线粒体中， •UGA不是终止密码子，是Trp的密码子； •AUA不是Ile的密码子，而是Met的密码子； •AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。
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第二节 tRNA
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概述
mRNA：蛋白质的DNA序列信息的中间体 。
第四章 生物信息的传递（下） 从mRNA到蛋白质
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第一节 遗传密码－三联子
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（一）三联子密码及其破译
• 遗传密码 (genetic code): DNA（或mRNA ）中核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之 间的对应关系。
tRNA：运送特定氨基酸到核糖体上合成 蛋白质。
rRNA：核糖体的组成元件。
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Protein synthesis uses three types of RNA
3` 5`
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mRNA
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原核生物mRNA与真核生物mRNA结构比较
Prokaryotic mRNA 核糖体可以不从mRNA上解离连续合成三个蛋白质
起始密 码子
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4、密码的摆动性
1966年，Crick提出摆动假说（Wobble hypothesis） •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，这种现象称 为密码的摆动性或变偶性（wobble）。 •I（肌苷，次黄嘌呤核苷）A、U、C配对。
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AUC
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G-U pairs form at the third codon base
在密码子第三位碱基 与反密码子第一位碱 基之间，碱基配对的 摆动允许形成G-U配 对。
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5、密码的普遍性与特殊性
•遗传密码无论在体内还是体外，无论是对病毒、
（二）同工tRNA
携带相同氨基酸而反密码子不同的 一组tRNA称为同功受体tRNA
原因：tRNA 的数目（>20余种）大于氨基酸数目
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同工tRNA的特性：
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.
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Missense suppression
五、氨酰-tRNA合成酶
* 氨 基 酸 ＋ tR N A
氨 基 酰 － tR N A
ATA P M P + P P i
绝 对 专 一 性
*氨 基 酰 － tR N A合 成 酶 校 正 活 性
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氨基酰tRNA合成酶催化的反应：
（三）校正tRNA（suppressor tRNA） 校正tRNA的类型： •错义突变校正 •无义突变校正
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1、无义突变与无义突变校正
▪ 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. ▪tRNA可通过改变反密码子区校正无义突变。
氨基酰- tRNA
பைடு நூலகம்
ATP
AMP＋PPi
•第一步：活化 •第二步：转移
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氨基酰tRNA合成酶催化的反应：
第一步：活化反应 氨基酸 ＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：转移反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
tRNA与 酶结合的 模型
甲酰基转移酶 四氢叶酸
fMet-tRNAfMet
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二、翻译的起始
mRNA和起始氨酰-tRNA分别与核蛋白体 结合而形成翻译起始复合物. • 原核生物翻译起始复合物形成 • 真核生物翻译起始复合体形成
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(一)原核生物翻译起始复合物形成
1、翻译起始需要的几种成分：
1) 30S小亚基 2) 模板mRNA 3) fMet-tRNAfMet 4) 三个翻译起始因子（IF-1、IF-2 、 IF-3） 5) GTP 6) 50S大亚基 7) Mg 2＋
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移码突变
2、密码的简并性
•大多数氨基酸都存在几个密码，由一种以上 密码子编码同一个氨基酸的现象称为密码子的 简并性（degeneracy）。密码子碱基数确 定和对应性（64个密码子对20种氨基酸） •确定同一个氨基酸的不同密码称为同义密码 （synonymous codons）。
原核生物 真核生物
原核生物翻译过程中核糖体结构模式
P位：肽酰位 (peptidyl site)
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)
E位：排出位 (exit site)
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三、核糖体的功能
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活性中心： •mRNA结合部位 •结合或接受AA-tRNA部位 •结合或接受肽基tRNA的部位 •肽基转移部位 •形成肽键的部位（转肽酶的中心） •负责肽链合成的各种因子的结合位点
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2、翻译起始包括以下几个步骤：
➢核糖体大小亚基分离； ➢mRNA在小亚基定位结合； ➢起始氨酰-tRNA的结合； ➢核糖体大亚基结合。
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1） 核糖体大、小亚基分离
IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核糖体大、小亚 基拆离，为新一轮合成作准备。
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IF-3
特定三核苷酸为模板 + 核糖体 + 20 种AA-tRNA
(其中一种AA-tRNA的氨基酸被14C标记）
保温 硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA
确定与核糖体结合的AA和模板
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遗传密码
阅读方向为5‘-3’
（二）遗传密码的性质
•1.密码的连续性 •2.密码的简并性 •3.密码的方向性 •4.密码的摆动性 •5.密码的普遍性与特殊性
expression of mRNA in animal cells requires transcription, modification, processing, nucleocytoplasmic transport, and translation.
一、tRNA的二级结构
•二级结构：三叶草型 •三级结构：倒L型 •稀有核苷含量多
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第三节 核糖体
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一、核糖体的结构
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二、rRNA
•5S rRNA •23S rRNA •16S rRNA •5.8S rRNA •5S rRNA •28S rRNA •18S rRNA
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Eukaryotic mRNA
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2.1.2 原核生物mRNA与真核生物mRNA生命周期比较
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Eukaryotic mRNA is modified and exported
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2) The life cycle of Eukaryotic mRNA messenger RNA:
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大肠杆菌无义突变的校正tRNA
Nonsense suppressor
2、错义突变与错义突变校正
▪ 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外一种氨基酸的密码. ▪ 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
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遗传密码破译简史
（1）1954年Gamow首先对遗传密码进行了探讨； （2）1961年Crick 证明三联体密码子是正确的； （3）1961年，Nirenberg以均聚物、随机共聚物、特
定序列的共聚物作模板合成多肽，破译遗传密码； （4）1964年Nirenberg 用核糖体结合技术研究遗传
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
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氨基酰-tRNA的表示方法 Ala-tRNAAla 真核生物： Met-tRNAiMet Ser-tRNASer 原核生物： fMet-tRNAifMet Met-tRNAMet
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原核生物： fMet-tRNAifMet
Met + tRNA +ATP → Met-tRNAfMet +AMP +PPi
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功能位点
AAC
肽酰-tRNA
肽酰结合位 点（P位）
肽基转移 酶位点
mRNA结 合位点
EPA
氨酰接受位 点 （A位）
大亚基
UAC
氨酰-tRNA
小亚基
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第四节 蛋白质合成的生物学机制
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参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA –mRNA（messenger RNA, 信使RNA） –rRNA（ribosomal RNA, 核糖体RNA） –tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
第一步：活化反应 氨基酸 ＋ATP+E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：转移反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
氨基酰-tRNA的表示方法 Ala-tRNAAla 真核生物： Met-tRNAiMet Ser-tRNASer 原核生物： fMet-tRNAifMet Met-tRNAMet
• 密码子(codon)： mRNA上每3个核苷酸破 译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个 核苷酸就称为三联子密码。
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• 翻译从起始密码子AUG开始，沿着5’→3’方 向连续阅读密码子，直至终止密码子为止 。
• 若以3个核苷酸代表一个氨基酸，有43=64 种密码子，满足了编码20种氨基酸的需要 。
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• 密码的简并性可以减少碱基突变造成的有 害效应。
• 在标准遗传密码表中，只有一个密码子的 氨基酸是Trp和Met。
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遗传密码的简并性
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3、密码的方向性
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时，
只能沿5’→3’方向进行。
5‘
3‘
密码，直接测出三联体对应的氨基酸； （5）到1966年，遗传密码全部破译。
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遗传密码的破译
1.制备E.coli无细胞合成体系，以均聚物、随机共聚 物和特定序列的共聚物模板指导多肽的合成。 •多聚同一核苷酸的翻译 •多聚重复核苷酸的翻译
2.核糖体结合技术
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核糖体结合技术
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tRNA特异性只取决于反密码子,与携带的氨基酸无关
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四、tRNA的种类
（一）起始tRNA和延伸tRNA
一类特异地识别mRNA模板上起始密码子的 tRNA叫起始tRNA，其他tRNA为延伸tRNA.
•原核起始tRNA携带fMet •真核起始tRNA携带Met
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1、密码的连续性
5‘
3‘
起始密 码子
•读码无标点、无重叠，阅读方向为5’→3’
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遗传密码的连续性
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open reading frame, ORF
从mRNA 5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(open reading frame, ORF)。