1、第9章遺傳密碼與蛋白質(zhì)的生物合成,9.1遺傳密碼的破譯,遺傳密碼是指dna鏈上的核苷酸與蛋白質(zhì)鏈上的氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。密碼子（codon）是指mrna鏈上三個連續(xù)的核苷酸決定一個特定的氨基酸，mrna上特定的核苷酸序列對應(yīng)蛋白質(zhì)鏈上特定的氨基酸序列。1966年全部64個密碼子得到破譯。遺傳密碼表,遺傳密碼表,9.2遺傳密碼的基本特性,遺傳密碼編碼在核酸分子上，其基本單位是53方向編碼、不重疊、無標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體密碼子。起始密碼子：aug（極少數(shù)為gug）終止密碼子：uaa、uag、uga簡并性：同一種氨基酸具有兩個或更多密碼子的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性（degeneracy）。同義密碼子、同工trn

2、a,密碼子簡并性,密碼子與反密碼子的相互作用,變偶性（搖擺性）：遺傳密碼的專一性主要取決于前兩位堿基，第三個堿基具有一定的變動范圍。（反密碼子的第一位如果是u，可以和密碼子第三位a和g配對；反密碼子第一位如果是g可以和密碼子第三位u和c配對。反密碼子第一位如果是i，可以和u、c、a配對。）通用性：所有的低等和高等生物，基本上共用一套遺傳密碼子。變異性：線粒體dna（mtdna)的編碼方式與通用密碼有所不同，某些細(xì)胞基因組密碼也有一定的變異。,6.突變的效應(yīng)及遺傳密碼的防錯系統(tǒng),遺傳密碼的進(jìn)化方式以突變影響的最小化為目的。同義密碼子在密碼表中的分布具有其規(guī)則，而且密碼子的堿基順序與其相應(yīng)的氨基酸

3、物理化學(xué)性質(zhì)之間存在一定關(guān)系。氨基酸的極性通常由密碼子第二位堿基決定，簡并性由第三位堿基決定。密碼的編排方式使得密碼子中一個堿基被置換，其結(jié)果常?；蚴蔷幋a相同氨基酸，或是以物理化學(xué)性質(zhì)最接近的氨基酸相取代。即密碼的編排具有防錯功能。遺傳密碼的上述特性是在進(jìn)化過程中形成的。,7.可讀框與重疊基因,可讀框（orf）：是指從起始密碼子起到終止密碼子止的一段連續(xù)的密碼子區(qū)域，它是觀察dna序列。當(dāng)沒有已知的蛋白質(zhì)產(chǎn)物時，該區(qū)域被稱為可讀框，而當(dāng)確知該可讀框編碼某一確定蛋白質(zhì)時，則稱為編碼區(qū)。一個可讀框是潛在的編碼區(qū)。一個基因的編碼區(qū)部分或全部與另一基本的編碼區(qū)重疊，稱為重疊基因。重疊基因可增加基因組的

4、編碼能力。,9.3蛋白質(zhì)的生物合成,9.3.1蛋白質(zhì)生物合成概述,遺傳信息傳遞：染色體dna核苷酸序列信使rna分子核苷酸序列多肽鏈的氨基酸序列氨基酸先與trna形成氨酰-trna，然后通過結(jié)合在mrna上的核糖體而加入到多肽鏈中。核糖體結(jié)合到mrna分子的起始序列上，沿著密碼序列讀碼，方向從53，合成的多肽鏈?zhǔn)菑陌被说紧然恕Ｔ谝粋€mrna分子上可以結(jié)合多個不同時間開始翻譯的核糖體，稱為多聚核糖體。原核的轉(zhuǎn)錄與翻譯同步時行，真核的轉(zhuǎn)錄與翻譯在時空上分開，核糖體游離于細(xì)胞質(zhì)或與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合。,翻譯過程的基本原理,示多聚核糖體,9.3.2蛋白質(zhì)生物合成的分子基礎(chǔ),模板mrna：作為中間物質(zhì)傳遞

5、dna分子遺傳信息，含三聯(lián)密碼子組成的可讀框。mrna上的密碼子以連續(xù)排列方式組成可讀框，可讀框外的序列稱為非編碼區(qū)?？勺x框的5端由起始密碼開始，3端含有13個終止密碼。原核生物mrna分子起始密碼上游含有核糖體結(jié)合位點(diǎn)序列，分子內(nèi)多個基因獨(dú)立地進(jìn)行可讀框翻譯；真核生物mrna5端的核糖體進(jìn)入部位與核糖體結(jié)合，通過一種迅速掃描機(jī)制向3端移動尋找起始密碼，帽子結(jié)構(gòu)對核糖體進(jìn)入部位的識別起一定作用。,核糖體結(jié)合位點(diǎn)（rbs）,5端非編碼區(qū)在蛋白質(zhì)合成中是與核糖體結(jié)合的部位,“譯員”trna：既是密碼子的受體，也是氨基酸的受體，轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至mrna模板。當(dāng)mrna與trna在核糖體的凹槽處相遇

6、時，trna一端的反密碼子將與mrna上互補(bǔ)的三聯(lián)體密碼子相互作用。具有反行平行的特征。校正突變,trna,氨基酸的活化,4.合成部位核糖體核糖體是最大最復(fù)雜的核糖核蛋白（rnp），在加工過程中由核糖體rna（rrna）與核糖體蛋白質(zhì)（r蛋白）復(fù)合而成。原核生物的核糖體結(jié)構(gòu)真核生物的核糖體結(jié)構(gòu)多聚核糖體,5s,16srrna,一級結(jié)構(gòu)非常保守，二級結(jié)構(gòu)保守性更強(qiáng),核糖體的結(jié)構(gòu),30s小亞基頭部基底部中間有一豁口50s大亞基三個突起,核蛋白體作為蛋白質(zhì)的合成場所具有的作用：,（1）mrna結(jié)合位點(diǎn)：位于30s小亞基頭部，此處有幾種蛋白質(zhì)構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)域，負(fù)責(zé)與mrna的結(jié)合，特別是16srrna3

7、端與mrnaaug之前的一段序列互補(bǔ)是這種結(jié)合必不可少的。（2）a位點(diǎn)：（aminoacyl-trnasite）叫做氨基酰trna位或受位。它大部分位于大亞基而小部分位于小亞基，是結(jié)合一個新進(jìn)入的氨基酰trna的位置。（3）p位點(diǎn)：（peptidyltrnasite）又叫做肽酰基位點(diǎn)或給位。它大部分位于小亞基，小部分位于大亞基，是結(jié)合起始trna并向a位給出氨基酸的位置（4）轉(zhuǎn)肽酶活性部位：位于p位和a位的連接處。（5）結(jié)合參與蛋白質(zhì)合成的起始因子（initiationfactor,if）、延長因子(elengationfactor,ef)和終止因子或釋放因子(releasefactor,rf

8、)。,翻譯過程中的核糖體圖解,原核核糖體的裝配,9.3.3翻譯的過程起始延伸終止,氨酰-trna復(fù)合物的形成氨酰trna合成酶參與將氨基酸結(jié)合到其相應(yīng)的trna上。這種結(jié)合的意義,氨基酰-trna的形成,示氨基酰trna合成酶與trna的相互作用，可見氨酸接受柄、d柄、反密碼子和可變環(huán)與酶反應(yīng),2.mrna分子與核糖體的識別與結(jié)合起始密碼子和終止密碼子是一個可讀框（orf）的界限。核糖體小亞基識別合適的起始密碼子。真核：識別最靠近5端的aug；原核：通過sd序列識別并結(jié)合于核糖體結(jié)合位點(diǎn)。,翻譯的過程起始延伸終止,原核生物翻譯起始,起始階段：在mrna分子的正確起始點(diǎn)處完成完整核糖體的組裝。參

9、與原核蛋白質(zhì)合成的起始的非核糖體蛋白質(zhì)，被稱為起始因子(initiationfactor,if)原核生物肽鏈合成起始于30s亞基，分為3個階段：形成mrna-30s復(fù)合物；trnafmet結(jié)合形成30s起始復(fù)合物；形成70s起始復(fù)合物。,大腸桿菌翻譯起始復(fù)合物形成的過程,真核生物翻譯起始,真核生物翻譯起始與原核細(xì)胞相比：核糖體比較大；mrna是單順反子；其mrna具有5m7gpppnp帽子結(jié)構(gòu)，無sd序列，導(dǎo)致起始時識別信號的差異；met-trnamet不甲?；閠rnaimet）有較多的起始因子真核生物起始的蛋白質(zhì)因子稱為真核起始因子(eukaryoticinitiationfactor,

10、eif),真核生物翻譯起始復(fù)合物組裝,真核細(xì)胞蛋白質(zhì)生物合成的起始步驟可概括為：（1）形成43s核糖體復(fù)合物：由40s小亞基與elf3和elf4c組成。（2）形成43s前起始復(fù)合物：即在43s核糖體復(fù)合物上，連接elf2-gtp-met-trnamet復(fù)合物。（3）形成48s前起始復(fù)合物：由mrna及帽子結(jié)合蛋白1（cbp1）、elf4a、elf4b和elf4f共同構(gòu)成一個mrna復(fù)合物。mrna復(fù)合物與43s前起始復(fù)合物作用，形成48s前起始復(fù)合物。（4）形成80s起始復(fù)合物：在elf5的作用下，48s前起始復(fù)合物中的所有elf釋放出，并與60s大亞基結(jié)合，最終形成80s起始復(fù)合物，即40s

11、亞基-mrna-met-trnamet-60s亞基。p235圖9.13,原核生物和真核生物翻譯起始過程比較：,共同點(diǎn)：核糖體小亞基結(jié)合荷載的起始trna;在mrna上必須找到合適的起始密碼子大亞基與已形成復(fù)合物的小亞基、起始trna、mrna結(jié)合。這些過程都需要非核糖體的可溶性起始因子參與，基本機(jī)制大體相似。不同點(diǎn)：原核中，mrna首先與小亞基結(jié)合再與trna形成起始復(fù)合物；而真核細(xì)胞中，起始trna首先結(jié)合于小亞基，再在多種因子參與下結(jié)合mrna；小亞基起始復(fù)合物在mrna上尋找起始密碼子的方式不同。,原核生物有三種起始因子，if-1：促進(jìn)if-2及if-3的活性；if-2：使fmet-tr

12、nafmet有選擇地與30s結(jié)合；if-3:促進(jìn)mrna與30s結(jié)合及保持30s亞基穩(wěn)定性的作用。真核生物的起始因子大概有十多種，eif-4(cbp)：帽子結(jié)合蛋白，識別帽子結(jié)構(gòu)，eif-1、eif-2、eif-3：與40s小亞基結(jié)合。,翻譯延伸的階段，在原核與真核生物中大體相似。肽鏈合成的延伸，是指第二個和以后的密碼子編碼的氨基酸進(jìn)入核糖體，并形成肽鍵的過程。這個過程有3個步驟：進(jìn)位反應(yīng)氨基酰-trna的反密碼子與mrna的密碼子在核糖體內(nèi)的識別；轉(zhuǎn)肽反應(yīng)包括轉(zhuǎn)位反應(yīng)和肽鍵的形成；移位反應(yīng)是trna和mrna相對于核糖體的移動。以上3個步驟構(gòu)成了一個循環(huán)，即核糖體循環(huán)gtp的水解在此過程具有

13、重要作用：每摻入一個氨基酸的延伸過程中，都有兩個gtp分子發(fā)生了水解。,3翻譯的過程起始延伸終止,肽鏈的延伸,蛋白質(zhì)生物合成,3翻譯的過程起始延伸終止,遺傳密碼中含有3個終止密碼子，當(dāng)核糖體在mrna上遇到其中任一終止密碼子時，肽鏈的延伸即停止。終止密碼子是直接被蛋白質(zhì)因子識別的。釋放因子（releasefactor,rf）。rf在gtp存在下識別終止密碼子，結(jié)合于核糖體的a位點(diǎn)上，此結(jié)合導(dǎo)致了肽基轉(zhuǎn)移酶被激活，使肽鏈的合成終止。細(xì)菌中有3類釋放因子：rf-1、rf-2、rf-3，rf1識別uaa和uag，rf2識別uaa和uga，rf3起輔助因子作用；真核生物只有一種釋放因子（erf，可識別

14、三類終止密碼子）,翻譯的終止及多肽鏈的釋放過程,沒有一個trna能夠與終止密碼子作用，而是靠特殊的蛋白質(zhì)因子促成終止作用。,終止密碼子的抑制現(xiàn)象抑制子trna翻譯異常終止“無義”突變非終止mrna（通過“反式翻譯”恢復(fù)）利用終止密碼子插入非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸核糖體跳過一大段mrna后繼續(xù)翻譯，稱為翻譯跳躍（translationjumping），其發(fā)生位置具有mrna的特殊序列結(jié)構(gòu)。,9.3.4蛋白質(zhì)合成的抑制,嘌呤霉素可在肽酰轉(zhuǎn)移酶的作用下與氨基酸結(jié)合，形成酰胺鍵，此復(fù)合物易從核糖體上脫落，從而使蛋白質(zhì)合成過程中斷。除了嘌呤霉素之外，許多抗生素及毒素可以抑制蛋白質(zhì)的合成。原：氯霉素、四環(huán)素、鏈霉素、

15、新霉素、卡那霉素；真：亞胺環(huán)己酮、白喉毒素。,9.3.5蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié),真核生物mrna分子的穩(wěn)定性3-polya結(jié)構(gòu)、3非翻譯區(qū)的au序列5utr結(jié)構(gòu)與翻譯起始的調(diào)節(jié)5帽子結(jié)構(gòu)、起始密碼子aug與上游aug、aug側(cè)翼序列、mrna前導(dǎo)序列蛋白質(zhì)磷酸化對翻譯效率的影響eif-4e的磷酸化、eif-2a的磷酸化3utr結(jié)構(gòu)與mrna穩(wěn)定性調(diào)控polya的調(diào)節(jié)、終止密碼子的偏愛性、3utr序列及結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)mrna的細(xì)胞質(zhì)定位,真核起始因子eif2對蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)控作用,9.4蛋白質(zhì)合成后的運(yùn)輸,蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的定位真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白和分泌蛋白蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐緩酵ㄟ^核孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)；信號肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)達(dá)到靶部位；翻譯完成后被運(yùn)輸至細(xì)胞器的蛋白質(zhì)。,細(xì)胞核蛋白的靶向輸送,分泌蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)過程,線粒體蛋白的靶向輸送,9.5蛋白質(zhì)前體的共價修飾,蛋白質(zhì)翻譯后的共價修飾主要包括：肽鏈n端殘基fmet或met的