1、第三十七章遺傳密碼和蛋白質(zhì)的生物合成,一、DNA是遺傳信息的攜帶者,（一）細胞含有恒定量的DNA DNA含量不受外界環(huán)境、營養(yǎng)條件 和細胞本身代謝狀態(tài)的影響 DNA含量與生物機體的復(fù)雜性有關(guān) C值矛盾 （重復(fù)序列、染色體外基因、細胞器基因）,（二）DNA是細菌的轉(zhuǎn)化因子,二、遺傳密碼的破譯 4種堿基如何對應(yīng)20種基本氨基酸？ 1個堿基對應(yīng)一種AA 4 2個堿基對應(yīng)一種AA 16 3個堿基對應(yīng)一種AA 64 密碼子為三聯(lián)體,插入/缺失核苷酸的突變體實驗證明： 三聯(lián)體密碼的正確性 非重疊性 連續(xù)性（無標點符號）,Nirenberg均聚核苷酸實驗 Poly U 指導(dǎo)Phe的合成 Poly C 指導(dǎo)P

2、ro的合成 Poly A 指導(dǎo)Lys的合成 Poly G 易形成多股螺旋 高濃度的Mg2+使密碼子的閱讀起點為任意,2/3種核苷酸的共聚物為模板 Poly UG： UUU UUG UGU GUU GUG GGU UGG GGG 八種不同的三聯(lián)體 可根據(jù)底物的比例計算： 三聯(lián)體出現(xiàn)的頻率（標記AA摻入頻率） 可確定20種AA密碼子組成，但排列順序未知,核糖體結(jié)合技術(shù)直接測定三聯(lián)體對應(yīng)的AA 人工合成三核苷酸取代 mRNA 無GTP時不能合成Pr 三聯(lián)體及對應(yīng)的氨酰tRNA結(jié)合于核糖體 反應(yīng)混合物通過硝酸纖維素膜留在膜上,利用化學合成和酶促合成法的結(jié)合 UGUGUGUGUGUGUGU UGUGUG

3、UGUGUGUGU UGUGUGUGUGUGUGU UGUGUGUGUGUGUGU UGU：Cys GUG：Val,聚二核苷酸,UUCUUCUUCUUCUUCUUC Phe Phe Phe Phe Phe Phe UUCUUCUUCUUCUUCUUC Ser Ser Ser Ser Ser UUCUUCUUCUUCUUCUUC Leu Leu Leu Leu Leu,聚三核苷酸,UUAC UUAC UUAC UUAC Leu Leu Thr Tyr UUA和CUU：Leu ACU：Thr UAC: Tyr,聚四核苷酸,三、遺傳密碼的基本特性 （1）簡并性（degeneracy） 一種AA有2個

4、或以上的密碼子 同義密碼子 對應(yīng)于同一種AA的不同密碼子 Met 和Trp僅一個密碼子 簡并性的生物意義在于減少有害突變,64個密碼子 20個有意義、44個無意義 突變使肽鏈合成提前終止的概率大大提高 三個終止密碼子：UAA、UAG、UGA 堿基的改變?nèi)杂锌赡芫幋a原來的AA,（2）變偶性 （wobble）,I：A、U、C,“三配二”,反密碼子第1位與密碼子第3位的 任意4種堿基配對。,（3）密碼通用性和變異性 生物界有共用的一套遺傳密碼 線粒體DNA具有獨特的編碼方式 tRNA識別兩個或四個密碼子 2個：密碼子第三位為A/G、C/U 4個：密碼子第三位為A/U/C/G 線粒體中Met具有 個密

5、碼子？,特定生物細胞基因組密碼出現(xiàn)變異 UGA：Trp UAA/UAG： Gln 密碼子含義的變化 大腸桿菌中GUG（Val）和UUG（Leu） 作為起始密碼子 翻譯過程摻入修飾AA,第21個氨基酸,硒代半胱氨酸,（大腸桿菌中） 一類低豐度的絲氨酸t(yī)RNA 識別ORF中的UGA 絲氨酸t(yī)RNA攜帶Ser后 經(jīng)酶催化生成硒代半胱氨酸 識別特定的二級結(jié)構(gòu)（插入序列） 將摻入蛋白質(zhì),（4）密碼的防錯系統(tǒng) 密碼子第2位決定AA的極性 U：非極性、疏水和支鏈的AA C：非極性或不帶電荷的極性側(cè)鏈 A/G：親水性 A/C A/G 第3位可以為任意堿基： 具有可解離極性側(cè)鏈的堿性AA （AGN：酸性親水側(cè)鏈

6、AA）,密碼子第3位決定簡并性 密碼子中一個堿基的置換導(dǎo)致： 編碼相同的AA 理化性質(zhì)接近的AA,四、蛋白質(zhì)的生物合成 合成場所：核糖體 原料：AA、tRNA 、mRNA 、rRNA 其他蛋白因子、ATP、GTP,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),（一）蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ) 1、模板是mRNA 含有密碼子 閱讀方向5到3 起始密碼和終止密碼 3端：真核生物有PolyA尾巴 5端：決定起始密碼的選擇,原核生物mRNA 5端的SD序列 識別16S rRNA,核糖體結(jié)合位點序列,真核生物 5端有核糖體進入部位 帽子結(jié)構(gòu)幫助識別 向3掃描至AUG,2、tRNA轉(zhuǎn)運活化的AA到模板上 每種AA都至少有一種tRNA負責轉(zhuǎn)運 書

7、寫方式：tRNAPhe、 tRNASer 通常一種AA具有幾種tRNA,See movie,tRNA分子具有： 3CCA-OH氨基酸接受位點 識別氨酰-tRNA合成酶位點 核糖體識別位點 反密碼子位點,Cys*,半胱氨酰tRNA合成酶,tRNACys,半胱氨酰* - tRNACys,丙氨酰* - tRNACys,Ala插入蛋白中Cys的位置,形成氨酰tRNA后去向由tRNA決定,3、核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠,（二）蛋白質(zhì)合成的步驟 1、氨酰tRNA的生成,氨酰tRNA合成酶,氨酰AMP,形成2形式的酯,氨?；鶊F在2 3間交換,形成3形式的酯,形成3形式的酯,2、氨酰tRNA合成酶識別：AA、t

8、RNA 、ATP,型和型酶,3、氨酰tRNA合成酶的校正功能 水解非正確組合的AA和tRNA,異亮氨酰 tRNAIle 纈氨酰 tRNAVal 纈氨酰 tRNAIle則被水解： 纈氨酸+ tRNAIle,4、一個特殊的tRNA啟動蛋白的合成 翻譯起始于Met的參與 tRNAMet：攜帶Met摻入蛋白內(nèi)部 tRNAiMet ：起始Met 摻入 由同一種tRNA合成酶合成 起始因子識別tRNAiMet 延伸因子識別tRNAMet,原核生物中的甲酰Met,fMet - tRNAiMet,5、翻譯起始于mRNA與核糖體的結(jié)合 原核生物借助SD序列 6、蛋白因子幫助合成的起始 原核生物（大腸桿菌） 三個

9、起始因子（initiation factor） IF1、IF2、IF3 真核生物,IF1、 IF3與30S小亞基結(jié)合,IF3防止30S亞基與50S亞基過早結(jié)合,mRNA與小亞基結(jié)合, fMet tRNAiMet進入,50S大亞基的結(jié)合,A：aminoacyl site P：peptide site E：exit site（大部分在大亞基上）,7、蛋白合成的延伸（elongation）,延伸因子EF-Tu EF-Ts 真核：EF-1,進位,轉(zhuǎn)肽：肽酰轉(zhuǎn)移酶（核糖體參與催化）,移位：EF-G（EF-2）,8、翻譯的終止（terminate） 沒有識別終止密碼子的tRNA 釋放因子 核糖體釋放因子,

10、肽酰轉(zhuǎn)移酶活性變?yōu)轷ッ富钚?RF1：UAA/UAG RF2：UGA RF3：刺激活性,多核糖體（polysome）,多核糖體與核糖體循環(huán),合成完畢的肽鏈,核糖體循環(huán),9、蛋白質(zhì)合成的抑制劑,抗菌素（antibiotics） 毒素 抗代謝物 干擾素,（1）抗菌素,鏈霉素、卡那霉素、新霉素 主要抑制G-菌Pr合成三個階段： 起始復(fù)合物形成使氨基酰tRNA從復(fù)合物脫落； 肽鏈延伸階段使氨基酰tRNA與mRNA錯配； 終止階段阻礙終止因子與核蛋白體結(jié)合， 已合成的多肽鏈無法釋放， 抑制70S核糖體的解離,四環(huán)素（土霉素、金霉素） 作用于細菌30S小亞基，抑制起始復(fù)合物形成 抑制氨酰tRNA進入核糖體A

11、位，阻滯肽鏈延伸； 影響終止因子與核糖體的結(jié)合 四環(huán)素類抗生素對真核細胞核糖體也有抑制 但不能通過真核生物細胞膜 對70S核糖體的敏感性更高,氯霉素廣譜抗生素 與核糖體A位緊密結(jié)合，阻礙氨基酰tRNA進入 抑制肽酰轉(zhuǎn)移酶活性，肽鏈延伸受到影響,50S大亞基蛋白組分,（2）毒素,白喉霉素 共價修飾使EF-2失活 一條多肽單鏈，2個二硫鍵，2個結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域與細胞表面受體結(jié)合 毒素蛋白水解斷裂 二硫鍵還原，產(chǎn)生A、B兩片段： B協(xié)助A通過細胞膜，A為蛋白修飾酶,催化蛋白發(fā)生ADP-核糖基化,（3）抗代謝物,結(jié)構(gòu)與天然代謝物相似 競爭性抑制代謝中酶/反應(yīng) 嘌呤霉素 結(jié)構(gòu)與Tyr-tRNA Tyr相似

12、，進入核糖體A位 連于肽鏈的C端，形成肽酰嘌呤霉素， 容易脫落，肽鏈合成提前終止 嘌呤霉素對原/真核生物翻譯過程均有干擾 用于腫瘤治療,（4）干擾素（interferon，IFN）,病毒感染的宿主細胞產(chǎn)生 白細胞（）、成纖維（）、免疫（） 干擾素結(jié)合于細胞膜，活化抗病毒蛋白基因 誘導(dǎo)產(chǎn)生： 蛋白激酶使eIF2磷酸化失活； 25腺嘌呤寡聚核苷酸合成酶 25A激活磷酸二酯酶水解mRNA,真核和原核細胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子,階段原核 真核 功 能 IF1 IF2 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成 IF3 eIF3、eIF4C 起始CBP I 與mRNA帽子結(jié)合 eIF4A B F 參與尋找第一個AUG

13、 eIF5 協(xié)助eIF2 、 eIF3、eIF4C的釋放 eIF6 協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離 EF-Tu eEF1 協(xié)助氨酰-tRNA進入核糖體 延長EF-Ts eEF1 幫助EF-Tu 、 eEF1周轉(zhuǎn) EF-G eEF2 移位因子 RF-1 終止 eRF 釋放完整的肽鏈 RF-2,五、蛋白質(zhì)的運輸及翻譯后修飾,真核生物多肽鏈的合成（自學）,1、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復(fù)雜； 2、起始氨基酸為Met，不是fMet； 3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首 先識別mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG； 4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因

14、子； 5、真核細胞中線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細胞。,肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。 體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白: （1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）； （2）分子伴侶,肽 鏈 的 折 疊,Lasky于1978年首先提出分子伴侶（mulecular chaperone）的概念，這是一類在細胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。,1、肽鏈末端的修飾： N-端fMet或Met的切除 2、信號序列的切除 3、二硫鍵的形成 4、部分肽段的切除 5、個別氨基酸的修飾 6、糖基側(cè)鏈的添加 7、輔基的加入,蛋白質(zhì)的加工修飾,實例：胰島素原的加工,胰島素原的加工,切除C肽后，形成成熟的胰島素分子,切除信號肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素