生物信息的传递(下)——翻译ppt-PowerPoint

(三)肽链的延伸
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(elongation factor, EF) ：
原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合
40S
elF-3
② met
Met Met-tRNAMet-elF-2 -GTP
ATP mRNA
③
elF4E, elF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
④
Met
各种elF释放 GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
● 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
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
(一)氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
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）
无义突变
无义突变使 UUG 变为 UAG
Tyr-tRNA 阅读 UAG 密码子
AUG UUG UAA AAC
AUG UAG UAA
释放因子
AUG UAG UAA
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
S-D序列
3.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。
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4、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。
二、tRNA的结构、功能与种类
（一） tRNA的结构 1、二级结构：三叶草形
二、tRNA的结构、功能与种类
（一） tRNA的结构
2、三级结构： “L”形 氢键
三叶草二级结构具有四个臂
L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直
3’
5’
氨基酸茎
D环
TψC 环
可变环
TψC 环 D环
氨基酸茎 3’
5’
可变环
生物
所有 酵母 果蝇
密码 子 UGA CUA AGA
线粒体DNA编 核DNA编码的
码的氨基酸
氨基酸
色氨酸
终止子
苏氨酸
亮氨酸
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
（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。
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
Байду номын сангаасontents
反密码子环
反密码子环
图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构
（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
3’ 5’
CCAOH
5’
CCG
3'
UAI
UAI
UAI
tRNA
5'
5'
5'
3'
Ile
3'
3'
Ile Ile
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U G AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U G
Contents
● 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
UCU
AUG GGA UAA
AUG AGA UAA
CCU
UCU
抑制突变
Arg
Gly
Gly
图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变
Contents
● 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
三、核糖体的结构与功能
（一）核糖体的结构
I
3’
GGC
tRNA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。
（三） tRNA的种类
1、起始tRNA和延伸tRNA
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）。
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
●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。
（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（synonymous codon）。
减少了变异对生物的影响
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
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
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； ● mRNA 5′端具有m7Gppp帽子结构 ● Met-tRNAMet ● mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都
40S 18S=1874b
蛋白
RNA的特异顺序和功能
31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补
21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补
49种 有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补
33种
和Capm7G结合
三、核糖体的结构与功能
（二）核糖体的功能： 合成蛋白质
第四章 生物信息的传递（下） —从mRNA到蛋白质
复 制 DNA
RNA 复制
转录
RNA
翻译
逆转录
蛋白质
翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位 点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则， 依次合成一条多肽链的过程。
蛋白质合成的场所是 核糖体 蛋白质合成的模板是 mRNA 模板与氨基酸之间的接合体是 tRNA 蛋白质合成的原料是 20种氨基酸
（三） tRNA的种类
2、同工tRNA
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）。
（三） tRNA的种类
3、校正tRNA
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
（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。
摆动配对
U
mRNA 5' AUU
AUC AUA
Contents
● 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
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(triplet coden) 。
(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、
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
IF-1 IF-3
2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。
mRNA 5’ GCU AGU ACA AAA CCU 3’
（二）三联子密码破译
核甘酸序列
氨基酸序列
mRNA 5′ AUCGACCUGAGC
3′
4
20 (×)
mRNA 5′ AUCGACCUGAGC
3′
42=16
20 (×)
mRNA 5′ AUCGACCUGAGC
3′
43=64
20 (√)
遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。
真核生物中，起始氨基酸是： 甲硫氨酸 起始AA-tRNA是： Met-tRNAMet
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
目录
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
目录
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
ATP 氨基酰-tRNA合成酶
UAC
AUC
AUG
抑制突变
Leu
Tyr
Tyr
图 14－17 带有突变反密码子的 tRNA 可抑制无义突变
基因
SupD(su1) SupE(su2) SupF(su3) SupC(su4) SupG(su5) SupU(su7)
表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因
tRNA
野生型
抑制基因
识别的密码子 反密码子 反密码子 识别的密码子
简述密码的简并性（degeneracy)和同义密 码子（synonymous codon) 武汉大学2003年试题
（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。
线粒体与核DNA密码子使用情况的比较
核 糖 体 的 组 成
表14-7 原核和真核生物核糖体的组成及功能
核糖体亚基 细菌
70S 50S 2.5×106D 66%RNA 30S
rRNAs
23S=2904b 5S=120b 16S=1542b
哺乳动物
80S 60S 28S=4718b
4.2×106D
5S=120b
60%RNA
5.8S=160b
Ser UCG
CGA
Gln CAG
CUG
Tyr UAC, UAU GUA
Tyr
UAC/UAU
GUA
Lys
AAA/AAG
UUU
Trp UGG
CCA
CUA CUA CUA UUA UUA UCA
UAG UAG UAG UAA/UAG UAA/UAG UGA/UGG
错义抑制
错义突变
错义突变
AUG AGA UAA
•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(frameshift mutation)。
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)。
需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子
通过延伸因子EF-Ts再生GTP, 形成EF-Tu·GTP复合物
EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts 重新参与下一轮循环
参与形成翻译起始复合物；
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）。
ATP
AMP＋PPi
• 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 (proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
原核生物中，起始氨基酸是： 甲酰甲硫氨酸 起始AA-tRNA是： fMet-tRNAfMet