第六章蛋白质生物合成

第六章蛋白质生物合成翻译：RNA参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列转变为氨基酸序列的过程。蛋白质合成的场所是：蛋白质合成的模板是：模板与氨基酸之间的接合体是：蛋白质合成的原料是：核糖体mRNAtRNA20种氨基酸第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第一节遗传密码1遗传密码遗传密码（geneticcode）：mRNA中蕴藏遗传信息的碱基顺序。密码子(codon)：mRNA中每个相邻的三个核苷酸的三联体。为什么是三联体密码子？遗传密码的破译乔治·伽莫夫(1904～1968)（GeorgeGamor）乌克兰裔美国核物理学家马歇尔.尼伦贝格（1927－）MarshallNirenberg德裔美国生物化学家奥乔亚（1905-1993）SeveroOchoa西班牙裔美籍生物化学家柯拉那（美国）HarGobindKhorana,1922~霍利（美国）RobertHolley,1922-1993•1966年:阐明遗传密码遗传密码表2遗传密码的特点（1）起始码和终止码（2）密码无标点符号（3）密码的简并性（4）密码的通用性2遗传密码的特点：（1）起始码与终止码：AUG是起始密码，多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；少数细菌也用GUG做为起始码。真核生物偶尔也用CUG作起始密码。UAA，UAG，UGA是终止密码，无意义密码子。翻译是沿着mRNA分子5′→3′方向进行的。（2）密码无标点符号：两个密码子之间没有任何核苷酸隔开。（3）简并性：几组密码子代表一种氨基酸的现象。同义密码子。密码子的简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定。除AUG(Met)和UGG(Try)外，每个氨基酸都有一个以上的密码子；简并密码子使用的频率并不相等。（4）密码的通用性：密码表是生物界通用的。具有四大生物系统（病毒、细菌、动植物）的通用性和保守性（Mt除外）。Arg起始tRNA反密码子第一个碱基mRNA密码子第三个碱基（5）反密码子的摆动性反密码子：与mRNA相应的三联体密码子碱基互补。摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基不严格遵守配对规则。第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第二节tRNA的功能1tRNA的结构2tRNA的功能3tRNA对氨基酸的识别4tRNA的种类1tRNA的结构tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。最小的RNA，4S70~80个base，其中22个碱基是恒定含有10%的稀有碱基1.1tRNA的空间结构1964Holly.R.鉴定出tRNAphe的二级结构为三叶草形（77个NT）（1）三叶草的二级结构a、氨基酸接受臂（acceptorarm）•tRNA的5’与3’-末端7bp碱基配对形成•3’端永远为不配对的XCCA序列•最后的A的3’或2’-OH可以被氨酰化功能：负责携带氨基酸。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’TψC环氨基酸茎3’5’氨基酸茎5’D环D环TψC环可变环可变环反密码子环反密码子环图14-15tRNA由三叶草型折叠成L型三维结构b、TψC臂特殊的碱基ψ（假尿嘧啶），5bp茎环的配对功能：负责和核糖体上的rRNA识别结合；c、反密码子臂5bp茎环的配对，反密码子功能：负责对mRNA上的密码子的识别与配对。d、D环茎区常为4bp，含有特殊的碱基D（双氢尿嘧啶）功能：起连接作用e、额外环可变性大，从4Nt到21Nt不等，功能：在tRNA三维结构中连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂）。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’TψC环氨基酸茎3’5’氨基酸茎5’D环D环TψC环可变环可变环反密码子环反密码子环图14-15tRNA由三叶草型折叠成L型三维结构TψC环额外环反密码子环D环aa接受臂f、含丰富的稀有碱基（2）“L”形三级结构三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。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’TψC环氨基酸茎3’5’氨基酸茎5’D环D环TψC环可变环可变环反密码子环反密码子环图14-15tRNA由三叶草型折叠成L型三维结构---TΨC和D环位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定---“L”结构中碱基堆积力大使其拓扑结构趋于稳定反密码子：位于“L”结构末端堆积力小自由度大使碱基配对摇摆第二节tRNA的功能1tRNA的结构2tRNA的功能3tRNA对氨基酸的识别4tRNA的种类2tRNA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’ICCA-OH5’3’GGCCCGtRNA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。第二节tRNA的功能1tRNA的结构2tRNA的功能3tRNA对氨基酸的识别4tRNA的种类tRNA怎样接受特定的氨基酸?氨基酰－tRNA合成酶(AARS)蛋白质合成的真实性主要决定于AARS是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。氨基酰-tRNA合成酶(AARS)怎样识别tRNA？tRNA中的哪些结构和接受特定氨基酸有关？3tRNA对氨基酸的识别3.1AA–tRNA合成酶（AARS）★模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是AA。★氨基酸进入蛋白质合成途径是通过氨基酰-tRNA合成酶(AARS)，这种酶将氨基酸和特异的tRNA连接起来，成为氨基酰tRNA。Prok中AARS有20种，对AA及tRNA高度专一，准确结合；★大小：40kDa~100kDa之间，有单聚体、二聚体和四聚体。★需要三种底物AAtRNAATP★因此有三个位点aabindingsitetRNAbindingsiteATPsite（1）AARS识别tRNA的反应：★反应：活化：氨基酸+ATP+E→氨基酰-ATP-E+PPi转移：氨基酰-ATP-E+tRNA→aa-tRNA+AMP+E（2）AARS可分为两类：反应机制的差别：Ⅰ类酶先将氨酰基转移到tRNA3’端A的2’-OH然后通过转酯反应转移到3’-OH上。Ⅱ类酶直接将氨酰基转移至3’-OH上。AARS上有四种活性区域：催化区域：ATP和氨基酸结合位点tRNA接受臂螺旋结合区域tRNA反密码子结合区域聚合区域（II类没有聚合）（3）AARS识别tRNA的活性区域；(4)两类酶与tRNA反应时－－接近模式不同蛋白沿L型分子的一侧束缚tRNA（tRNA的两端被束缚）tRNA两个端点与合成酶结合，大部分的序列并不被合成酶识别。I类和II类合成酶与tRNA的相互作用有所区别。经晶体结构分析，两类酶与tRNA接触的方位正好相反，3.2tRNA上与接受特定氨基酸有关的结构同工tRNA由同一氨酰tRNA合成酶识别，应该有共同特征，但是发现合成酶对不同tRNA识别的结构基础不同tRNA分子上的关键位点很少，为1-5个碱基，反密码子的突变通常很少影响AARS对其的识别。20种AARS对不同tRNA识别有各自的规律。表14--5每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质tRNAtRNA合成酶识别的碱基一类氨基酰tRNA合成酶Val反密码子上的三个碱基Met反密码子上的三个碱基Ile反密码子上的C34修饰碱基GlnU35（反密码子）;U1-A72和G73（受体臂）二类氨基酰tRNA合成酶Phe（酵母）反密码子上的三个碱基，G20(D环);A73(末端)SerG1-C72;G2-C71;A3-U70(受体臂);C11-G24(D环)AlaG3-U70(受体臂)第二节tRNA的功能1tRNA的结构2tRNA的功能3tRNA对氨基酸的识别4tRNA的种类4tRNA的种类4.1起始tRNA和延伸tRNA4.2同工tRNA4.3校正tRNA4tRNA的种类4.1起始tRNA和延伸tRNA起始tRNA:Prok：tRNAfmet，fMet-tRNAfmetEuk：tRNAimet，Met-tRNAimet延伸tRNA：tRNAmmet，m可省略4.2同工tRNA（isoacceptingtRNAs）携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA；不同的反密码子识别AA的同义密码；同功tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要tRNA和次要tRNA。主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子，而次要tRNA中反密码子识别mRNA中的低频密码子。GlyGGGAGGArg。4.3.1突变(mutation)移码突变:mRNA上的编码顺序中插入(或缺失)一个(或更多)碱基，引起密码子翻译读框改变。无义突变:指正常密码子改变为终止密码子，引起翻译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质失去功能。TyrUAC和UAUUAG。4.3校正tRNA4.3.2抑制突变/校正突变（suppressormutation）：编码tRNA的基因发生某种突变，以“代偿”或校正mRNA上密码子的原有突变所产生的不良后果。校正tRNA：这类tRNA称为抑制tRNA/校正tRNA。包括：无义抑制错义抑制1）无义抑制（nonsensesuppressor）无义抑制或无义校正：通过抑制tRNA识别无义突变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。无义抑制通过三个不同的途径进行：（1）tRNA反义密码子的突变；（2）tRNA其它结构的改变；（3）tRNA反密码子化学修饰。无义突变使UUG变为UAGTyr-tRNA阅读UAG密码子AUGUUGUAAAUGUAGUAAAUGUAGUAAUACAACAUCAUG释放因子抑制突变LeuTyrTyr图14－17带有突变反密码子的tRNA可抑制无义突变AUCAUG表14-6由反密码子突变而产生的无义抑制基因野生型抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC,UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG2）错义抑制抑制tRNA识别错义突变位点，通过插入原来的氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能完全恢复或部分恢复蛋白质活性。两种方式可以形成抑制型tRNA：1）tRNA反密码子发生突变，2）tRNA其他的结构变化或是氨酰tRNA合成酶的突变而改变了其荷载氨基酸的变化。错义突变错义突变AUGAGAUAAAUGGGAUAAAUGAGAUAAUCUCCUUCU抑制突变ArgGlyGly图14-18反密码子发生突变可抑制错义突变3）抑制突变的特点：1）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看氨基酸取代的情况。2）校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率很低，通常为1~5%。第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第三节mRNA的特点1mRNA分子的组成2原核生物mRNA的特征2真核生物mRNA的特征1mRNA分子的组成：转录启动区5’UTRAUG之前的5’端非编码区（前