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分子生物学第5章蛋白质翻译

分子生物学第5章蛋白质翻译

---aa 接受臂 ;
loading aa at 3‟ end ---TΨ C loop; contact with 5s rRNA
---DHU loop;
contact with AARS ---anti-codon loop;
34
---extra loop;
分类标准
tRNACys表示转运半胱氨酸的tRNA Cys-tRNACys 表 示 携 带 了 半 胱 氨 酸 的 tRNACys

●
Paracodon ---由若干Nt组成，存在于tRNA不定位置上 ---与AARS侧链基团的分子发生特异的“契合” ---成为tRNA准确负载氨基酸的机制之一
●
tRNA的“L”三维结构与功能 “L”构型的结构力 ---二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键 ---二级结构中非双链区在“L”结构中，形成氢键结合
成为核糖体识别第一个 AUG的信号
细菌 16S
AMEAMECCUGCGGUUGGAUGACCUCCUU
哺乳动物 18S rRNA AMEAMECCUGCGGAAGGAUGAUUA
高度相似
5.2.3. mRNA
mRNA分子5‟端的序列对于起始密码子选择 有重要作用
● In Prokaryote
poly-cistron
a) 简并现象的概念； ---一种氨基酸受2个或2个以上codon编码的遗传现象 ---编码一种aa的4个codon间, 仅3rd Nt 不同, 称为codon family 例；Ser (6 codons) 1 codon family & 2 extra codons
密码子的简并性
b) 简并现象的机理；
5.3. Genetic Code

生物化学分子生物学部分课件--蛋白质代谢

生物化学分子生物学部分课件--蛋白质代谢
• 很快，密码子CCC对应Pro, AAA对应Lys, 但 poly(G)没有得到结果（高级结构的缘故）。
用统计 法尝试 确定含 多种核 苷酸的 密码子 的碱基 组份
1964年Nirenberg等发现将核苷酸三联体与对应 的AA-tRNA放在一起，AA-tRNA就会结合到 核糖体上去。
核糖体结合 实验:
Decoding of the Genetic code
Proteins are synthesized at rough ER
核糖体 20世纪50年代Paul Zamecnik通过将同位素标记的氨基酸注射 到大鼠体内，按不同时间取肝脏分析同位素标记的氨基酸跑到 哪里去了。时间长了会在任何地方都有同位素标记，但在注射 后数分钟就检测，同位素全部跑到了含有RNA的小颗粒中（即 核糖体， ribosome)。
密码的特点
• 连续性 • 兼并性
在不同生物中使用同义密码子的频率是不相同 的——偏爱密码
• 摆动配对（变偶现象） • 通用性
– 线粒体的密码有一定的差别 – AUG—起始密码和甲硫氨酸 – UAG、UAA、UGA—终止密码
硒半胱氨酸是大肠杆菌的第21个拥有密码子 的氨基酸（识别UGA）
高浓度时取代 正常Cys，用 在同步辐射实 验中
丙氨基酰tRNA：Ala-tRNAala 精氨基酰tRNA：Arg-tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA： Met-tRNAmet
起始密码子AUG编码的Met由tRNAimet （真 核） 或tRNAfmet（原核）转运。 真核细胞起始密码子编码的Met不须甲酰化 大肠杆菌起始密码子编码的Met须甲酰化
The final solution
几乎同时，Gobind Khorana成功地合成了 非随机重复的多聚核苷 酸。当这些多聚物得到 的结果与 Nirenberg的 结果进行比较时，得到 了确切的密码子信息。 如 (AC)n得到的结果是 H和T等量参入，而密 码的分布是等量的CAC 和ACA,因此CAC对应 H, ACA对应T.

分子生物学--蛋白质的翻译课件

分子生物学--蛋白质的翻译课件
[70S•mRNA•fMet-tRNAf]+GDP+Pi
Initiation requires factors and free subunits
(2)细菌中有三种起始因子 IF-3：稳定30S亚基；辅助 30S亚基与mRNA上起始点特 异性结合； IF-1：与30S亚基结合在A位， 阻止氨酰-tRNA进入；阻止 30S与50S亚基结合。 IF-2：结合特定起始因子 tRNA，控制它进入核糖体； 有核糖体依赖GTP酶活性；
5.1.2 氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误
◆蛋白质合成真实性主要决定于：
tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的 正确位置。 ◆氨酰-tRNA合成酶会引入两种错误：
一种是将错误的氨基酸加在正确的tRNA上； 另一种是将正确的氨基酸加在错误的tRNA上。 前者现错的可能性更大。
Error rates differ at each stage of gene expression
Eplroontegiantibo5yn.2tRr.ai3bno蛋ssfoe白rmfer质omm合ovpee成spta的idloyn三l-gtR个mNRA阶NtAo段，aem简xitne介onadcinygl-tRNA
Termination Polypeptide chain is released from tRNA, and ribosome dissociates from mRNA
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中，mRNA的编码方向是 5`→3`，从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后，密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格，直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA

分子生物学-第四章蛋白质的翻译

分子生物学-第四章蛋白质的翻译

教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求：掌握遗传密码的构成及特点。

遗传密码的破译；密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；遗传密码的突变；重叠密码。

掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。

核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。

重点：密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；重叠密码。

核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌难点：核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。

思考题：1、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制。

2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。

3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。

4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。

第四章蛋白质翻译（Protein Translation）概述：蛋白质翻译是基因表达的第二步，tRNA在翻译过程中起“译员”的作用，参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA 和mRNA；tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体，tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现，tRNA通过其自身的anticodon而识别codon，密码子有自身的特性，三联体前两个重要通用性摇摆性，有一定的使用效率；多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性。

分子生物学蛋白质生物合成

分子生物学蛋白质生物合成

目录
翻译的本质： mRNA 分子中A G C U四种核苷酸序列编码的 遗传信息转换成蛋白质一级结构中20种氨基酸的排 列顺序。
目录
生物学意义
（1）维持多种正常生命活动（生长、发育） （2）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖 的利用） （3）参与组织的更新和修复
目录
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
氨基酰-tRNA合成酶的作用特点
原核、真核生物翻译过程的异同
分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式
信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点 抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制
目录
蛋白质生物合成的概念
定义
蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称 翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板， 按照 mRNA 分子中核苷酸的排列顺序所组成的 密码信息合成蛋白质的过程。
目录
和原核生物和真核生物mRNA的比较
目录
（二）遗传密码
密码子（codon）
在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这 种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。 起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG（或甲硫氨酸） 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA
密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
目录
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
通用密码 AUA AGA 异亮 精 线粒体密码 蛋、起始 终止
AGG
UGA
精

分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成

分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成
8
1.遗传密码种类：
• mRNA 分子有4种碱基：A、G、C、U，可组合成64个密 码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸
• 遗传密码共有43=64种， 64: UAA、UAG、UGA 终止密码 61: AUG 起始密码 代表Met 60: 代表19种氨基酸
9
遗传密码表 第一碱基
（5/-端）
第二碱基
43
一、起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物的形成
参与的物质： 核糖体50S和30S大小两类亚基 mRNA 起始作用的fMet-tRNAfMet GTP供能 起始因子（IF1、IF2、IF3）
44
起始过程：
• 核糖体大小亚基解离 • 小亚基与mRNA结合：
16sRNA识别mRNA的SD序列
• fMet-tRNAfMet与mRNA起始密码子AUG结合 • 核糖体大小亚基形成起始复合物
tRNAphe Phe-tRNAphe
• 肽链起始和延长的甲硫氨酰-tRNA：
真核生物：起始： Met-tRNAiMet 延长： Met-tRNAMet
原核生物： 起始：fMet-tRNAfMet 延长：Met-tRNAMet
39
40
第三节 肽链的合成过程
41
整个翻译过程可分为 ：
• 翻译的起始 • 翻译的延长 • 翻译的终止
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G AC
U, C, A A, G U, C U G
17
摆 动 配 对
32 1
U
123
18
• ⑤遗传密码的通用性
从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

分子生物学-蛋白质的翻译课件


详细描述
核糖体通过识别mRNA上的起始密码子与mRNA结合，形成 翻译起始复合物。这个过程需要消耗能量，以确保核糖体正 确地定位在起始密码子上。
起始复合物的形成
总结词
起始复合物的形成是翻译过程的重要步骤，它涉及到多个蛋白质和RNA分子的相互作 用。
详细描述
起始复合物的形成涉及多个步骤。首先，核糖体与mRNA结合后，需要招募翻译起始 因子，如IF3和IF2。这些因子帮助核糖体正确地定位在起始密码子上，并确保翻译的准 确性。随后，氨酰-tRNA结合到核糖体的A位点上，准备开始多肽链的合成。至此，起
肽链的延长
01
02
03
肽键的形成
氨基酸在加入到肽链中后， 通过肽键的形成相互连接， 形成多肽链。
转肽酶的作用
转肽酶在肽键形成过程中 起催化作用，促进氨基酸 之间的连接。
核糖体的移动
随着肽链的延长，核糖体 沿着mRNA移动，确保下 一个密码子被正确识别和 翻译。
终止密码子的识别
终止密码子的种类
终止密码子有UAA、UAG和UGA三种，它们作为翻译终止的信号 被核糖体识别。
翻译的起始
02
起始密码子
总结词
起始密码子是mRNA上的一个特定 序列，用于标记蛋白质合成的起始位 置。
详细描述
起始密码子是mRNA上的三个连续的 核苷酸，通常为AUG。它不仅标记了 翻译开始的位点，还决定了从这里开 始合成多肽链的方向。
核糖体与mRNA的结合
总结词
核糖体是负责蛋白质合成的细胞器，它通过与mRNA的结合 开始翻译过程。
无意义校正是指当mRNA上的终止密码子提前出现时，核 糖体会提前终止多肽链的合成。这种机制有助于减少多肽 链的错误合成。

分子生物学-蛋白质


胰岛素前体及其激活

人的胰岛素最初由胰腺细胞合成时，是一条由 110个氨基酸残基组成的前胰岛素原肽链；

其N端有一个约24个氨基酸残基组成的信号肽， 富含疏水氨基酸，因此可穿过内质网膜，将新生肽链 输送到内质网腔，经内质网膜上的信号肽酶作用，剪 去信号肽序列，形成胰岛素原（proinsulin)
胰岛素原是一条有86个氨基酸残基组成的多肽链， B 链在前，A 链在后，C 链〈连接肽〉插在中间 当胰岛素原在高尔基体包装并分泌时，A 、B 链 间的 C 链才被切除，生成由A链与B链组成的具有生 物活性的胰岛素。
布称为三级结构。
（六）模序（模体motif）

随着蛋白质三级结构研究的进展，在许多蛋白
质分子中，可发现2个或3个具有二级结构的肽段，
在空间上相互接近，形成立体形状或拓扑结构颇为 类似的，具有特殊功能的局部区域，被称为模序。

每个模序都有特征性的氨基酸序列，并发挥特 殊功能。

如：钙结合模序、锌指模序、亮氨酸拉链。都 具有结合DNA的功能。
1.分子伴侣 (molecular chaperon)
2.蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)
3.肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)
1. 分子伴侣: （ molecular chaperon） 分子伴侣（ molecular chaperon）是 细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功 能域和整体蛋白质的正确折叠的保守性蛋白质。 分子伴侣有以下功能： ①封闭待折叠蛋白质所暴露的疏水区段； ②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠 互不干扰； ③促进蛋白质折叠和去聚集； ④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。 分子伴侣主要有： (1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) (2) 伴侣蛋白(chaperonin)

蛋白质翻译总结

氨基酸的活化a.起始信号（AUG-甲硫氨酸密码子）和缬氨酸（GUG）极少出现i.真核生物起始氨基酸—甲硫氨酸，原核生物-甲酰甲硫氨酸ii.SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守片段，与16srRNA3’端反向互补。

功能将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。

1)原核生物的SD序列：原核mRNA起始密码子上一段可与核糖体结合的序列。

30s小亚基首先与翻译因子IF-1（与30s结合）和IF-3（稳定小亚基，帮助其与mRNA结合位点的识别）结合，通过SD序列与mRNA模板相结合。

iii.真核生物依赖于结合5'帽，核糖体小亚基沿mRNA5'端帽子结构扫描到RBSiv.在IF2起始因子和GTP的帮助下，fMet-tRNA进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对。

v.小亚基复合物与50s大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子vi.翻译的起始b.后续氨基酸与核糖体的集合：第二个氨酰-tRNA与EF-Tu.GTP形成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP形成新的循环。

i.肽键的生成：AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA占据P位，在肽基转移酶的催化下，A位上的AA-tRNA转移到P位，P位上的起始tRNA转移至E位，与fMet-tRNA上的氨基酸生产肽键。

起始RNA随后离开。

ii.移位：核糖体通过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3'末端移动一个密码子，二肽基-tRNA完全进入P位点iii.肽链的延申c.当终止密码子UAA,UAG，UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与其结合，而释放因子能识别密码子并与之结合，水解P位上的多肽链与tRNA之间的二酯键，然后新生的肽链释放，核糖体大小亚基解体i.肽链的终止d.N端fMet或Met的切除i.二硫键的形成ii.特定氨基酸的修饰iii.新生肽段非功能片段的切除iv.蛋白质前体的加工e.无义突变：DNA序列中任何导致编码氨基酸的三联密码子突变转变为终止密码子UAA,UGA,UAG中的突变，使得蛋白质合成提前终止，合成无功能或无意义的多肽。

分子生物学 蛋白质的生物合成


▪ SD序列后到AUG起始密码间的序列
mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸 序 列 （ 可 被 核 蛋 白 体 小 亚 基 蛋 白 rpS-1 识 别并结合。
3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
过程。 由核酸四种碱基组成的语言翻译成蛋白质
由20种氨基酸组成的语言
反应过程 （1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
生物学意义
（1）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复
第一节 蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
▪ AUG:起始密码：有SD序列 延伸密码：无SD序列
（二）延长
▪ 指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次 进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。
➢ 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又 称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包 括以下三步：
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
1. 方向性(directional) 翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，
即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’ 的方向逐一阅读，直至终止密码子。
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2.2 tRNA
2.2.1 tRNA的基本结构
tRNA折叠 为紧凑的L 型三级结构。
2.2.2 tRNA的生物学功能
tRNA is an adaptor
tRNA特异性只取决于反密码子,与携带的氨基酸无关P111
2.2.3 tRNA的分类
（1）起始tRNA和延伸tRNA： 一类能特异识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始 tRNA；其它tRNA称为延伸tRNA。
第八章 蛋白质的翻译
1 遗传密码 2 蛋白质合成中使用的RNA 3 核糖体 4 蛋白质合成中使用的20种氨基酸 5 蛋白质合成的生物学机制 6 蛋白质合成的抑制 7小结
重点内容： ① 基本概念：遗传密码、密码子、摇摆假说； ② 遗传密码的性质； ③ 核糖体结构组成及几个活性部位生物学功能； ④ 原核生物蛋白质合成起始的深刻理解； ⑤ 真核生物蛋白质合成起始时几种复合物变换； ⑥ 原核生物和真核生物蛋白质合成起始性比较； ⑦ 肽链延伸的机理； ⑧ 释放因子终止肽链合成的机理。
Changes in the genetic code usually involve Stop/None signals
1.4.3 密码子-反密码子识别的摇摆性
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，而第三对碱基有一定 的自由度，可以“摆动”。
Third bases have least meaning
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中，mRNA的编码方向是 5`→3`，从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后，密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格，直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA
概述
mRNA：蛋白质的DNA序列信息的中间体。 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。
1 遗传密码
1.1 两个概念 1.2 破译简史 1.3 遗传密码字典 1.4 遗传密码性质
1.1 两个概念
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。
密码子(codon)： mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨基
Eukaryotic mRNA is modified and exported
2) The life cycle of Eukaryotic mRNA messenger RNA:
expression of mRNA in animal cells requires transcription, modification, processing, nucleo-cytoplasmic transport, and translation.
（2）同工tRNA: 代表相同氨基酸的tRNA称同工tRNA。 （3）校正tRNA：通过tRNA中反密码子改变来校正密码子
突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。 无义突变(nonsense mutation): 指DNA上任何代表氨基 酸的密码子变为终止密码子的改变。 错义突变 (missense mutation): 指DNA分子中的核 苷酸置换后改变了mRNA上遗传密码，从而导致合成 的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。
核糖体结合技术
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
1.3 遗传密码字典
1.4 遗传密码的性质
1.4.1 简并性与兼职性
简并性： 许多氨基酸对应的密码子不止一种。
密码子与反密码子的识别
r
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。
Anticodon 3` G-C-I G-C-I G-C-I 5`
Codon
5` C-G-A C-G-U C-G-C 3`
Protein synthesis uses three types of RNA
3` 5`
2.1 mRNA
2.1.1 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Байду номын сангаас质
Eukaryotic mRNA
2.1.2 原核生物mRNA与真核生物mRNA生命周期比较
酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。
1.2 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。
兼职性： AUG（Met)和GUG（Val)两个密码子除
代表特定氨基酸外，还兼作起始密码子。
Amino acids have 1-6 codons each
1.4.2 普遍性与特殊性
普遍性： 遗传密码无论在体内还是体外，无论是对病毒、
细菌、动物还是植物而言都通用； 特殊性：
遗传密码的个例很少见；基因组中编码含义 的改变常涉及到对终止密码子的解读；密码子系 统性改变只存在于线粒体中。
Ribosomes are large ribo-nucleoprotein particles that contain more RNA than protein and dissociate into large and small subunits.
3 核糖体
3.1 核糖体的基本结构 3.2 核糖体在细胞中的占有比例 3.3 核糖体的生物学功能
3.1 核糖体的基本结构
/80S /60S /40S
Size comparisons show that the ribosome is large enough to bind tRNAs and mRNA.