现代分子生物第四章Word下载.docx
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②简并性;
③通用性与特殊性;
在线粒体或叶绿体中特殊
④密码子与反密码子的相互作用;
摆动假说;
遗传密码的连续性
遗传密码的简并性和通用性
简并:
由一种以上密码子编码同一个氨基酸
对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子
摆动假说——1966年Crick
反密码对密码的识别,通常也是根据碱基互补原则,即A—U,G—C配对。
但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对,并不严格遵循碱基互补原则。
如
反密码第一个核苷酸为Ⅰ,则可与A、U或C配对,如为U,则可与A或G配对,这种配对称为不稳定配对。
反密码子第一位是A或C时,只能识别一种密码子
反密码子第一位是U或G时,可识别两种密码子
根据摆动假说,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”,因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。
第2节tRNA
在氨基酸tRNA合成酶催化下,特定的tRNA可与相应的氨基酸结合,生成氨基酸tRNA,从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。
tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体,可以识别mRNA上相应的密码,此三联体就称为反密码子(anticoden)。
2.tRNA的种类
起始tRNA:
特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA
延伸tRNA:
起始密码子以外的其他tRNA
同工tRNA:
由于一种氨基酸可能有多个密码子,为了识别也就有多个tRNA,即代表同一种氨基酸的多个tRNA
校正tRNA:
通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上,合成正常的蛋白质。
3.原核生物与真核生物起始tRNA
能够识别mRNA中5′端起始密码子AUG的tRNA是一种特殊的tRNA,称为起始tRNA。
原核生物中,起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA,即tRNAifmet;
真核生物中,起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA,即tRNAimet。
在原核生物和真核生物中,均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA,识别非起始部位的蛋氨酸密码,AUG。
氨基酰tRNA合成酶
该酶存在于胞液中,与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。
每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性,这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。
目前认为,该酶对tRNA的识别,是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码,即第二套遗传密码
第三节核糖体
核糖体(Ribosome),细胞器的一种,为椭球形的粒状小体。
在1953年由Ribinson和Broun用电镜观察植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒物质。
1955年Palade在动物细胞中也看到同样的颗粒,进一步研究了这些颗粒的化学成份和结构。
1958年Roberts根据化学成份命名为核糖核蛋白体,简称核糖体,又称核蛋白体。
核糖体除哺乳类成熟的红细胞外,一切活细胞(真核细胞、原核细胞)中均有,它是进行蛋白质合成的重要细胞器,在快速增殖、分泌功能旺盛的细胞中尤其多。
原核生物中的核蛋白体大小为70S,可分为30S小亚基和50S大亚基。
小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成,大亚基由5SrRNA,23SRNA和35种蛋白质构成。
真核生物中的核蛋白体大小为80S,也分为40S小亚基和60S大亚基。
小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成,大亚基则由5SrRNA,28SrRNA和50多种蛋白质构成,在哺乳动物中还含有5.8SrRNA。
大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体,其30S亚基呈哑铃状,50S亚基带有三角,中间凹陷形成空穴,将30S小亚基抱住,两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。
核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能:
1.小亚基:
可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。
2.大亚基:
(1)具有两个不同的tRNA结合点。
A位(右)——受
位或氨酰基位,可与新进入的氨基酰tRNA结合;
P位(左)——给位或肽酰基位,可与延伸中的
肽酰基tRNA结合。
(2)具有转肽酶活性:
将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA,形成肽键。
(3)具有GTPase活性,水解GTP,获得能量。
(4)具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。
在蛋白质生物合成过程中,常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上,同时进行翻译,但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔,形成念球状结构。
由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核蛋白体。
rRNA
原核生物
5SrRNA:
保守序列CGAAC与tRNA分子TψC环上的GTψCG,是5SrRNA与tRNA识别序列;
另一保守序列GCGCCGAAUGGUAGU,与23SrRNA中的一段序列互补,是5SrRNA与50S核糖体大亚基相互作用的位点。
16SrRNA:
3’端ACCUCCUUA,与mRNA5'
端翻译起始区富含嘌呤的序列互补;
还有一段与23SrRNA互补的序列,在30S与50S亚基的结合中起作用。
23SrRNA:
存在一段与tRNAMet序列互补的片段,近5'
端有一段12个核苷酸的序列与5SrRNA互补
真核生物
5.8SrRNA:
保守序列CGAAC可能是5SrRNA与
tRNA识别序列。
可能与原核生物的5SrRNA具有相似的功能
18SrRNA:
酵母18SrRNA3'
端与大肠杆菌16SrRNA有广泛的同源性。
28SrRNA:
功能不清楚
核糖体有3个tRNA结合位点
A位点:
新到来的氨酰-tRNA的结合位点。
P位点:
肽酰-tRNA的结合位点。
E位点:
延伸过程中多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点,即去氨酰-tRNA通过E位点脱出,被释放到核糖体外的细胞质中。
起动因子(IF)
这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。
原核生物中存在3种起动因子,分别称为IF1-3。
在真核生物中存在9种起动因子(eIF)。
其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。
延长因子(EF)
原核生物中存在3种延长因子(EFTU,EFTS,EFG),真核生物中存在2种(EF1,EF2)。
其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体,并可促进移位过程。
释放因子(RF)
原核生物中有4种,在真核生物中只有1种。
其主要作用是识别终止密码,协助多肽链的释放
供能物质和无机离子
多肽链合成时,需ATP、GTP作为供能物质,并需Mg2+、K+参与。
氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键,肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键,故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。
第四节蛋白质生物合成过程包括三大步骤:
①氨基酸的活化与搬运;
②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合;
翻译的起始肽链的延伸肽链的终止
③多肽链合成后的加工修饰。
一、氨基酸的活化与搬运
氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合,均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。
其反应过程为:
在此反应中,特异的tRNA3′端CCA上的2′或3′位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接,形成氨基酸tRNA,从而使活化氨基酸能够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。
氨基酸tRNA的合成,可使氨基酸
①活化;
②搬运;
③定位。
2、活化氨基酸的缩合——核蛋白体循环
活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核蛋白体上进行。
活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程,称为核蛋白体循环。
核蛋白体循环过程可分为起动、延长和终止三个阶段,这三个阶段在原核生物和真核生物类似,现以原核生物中的过程加以介绍。
(1)翻译起始阶段:
30S小亚基首先与翻译起动因子(IF-1、IF-3)结合,通过SD序列与mRNA模板结合
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。
带有tRNA、mRNA,三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合,GTP被水解,释放翻译起始因子
原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成,称为SD序列(核蛋白体结合位点,RBS),可被核蛋白体小亚基辨认结合。
真核生物中的mRNA具有帽子结构,已知需一种特殊的帽子结合蛋白(CBP)以识别此结构。
真核生物翻译起始复合体
真核生物蛋白质合成的机制与原核生物基本相同,其差异主要核糖体较大,有较多的起始因子参与,其mRNA分子5'
端具有帽子结构,Met-tRNAMet不甲酰化,mRNA分子5'
端帽子和3'
端的多聚A都参与形成翻译起始复合物。
(2)肽链延长阶段:
1.进位(后续氨酰-tRNA与核糖体的结合):
与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位。
此步骤需GTP,Mg2+,和EF参与。
2.成肽:
在转肽酶的催化下,将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上,与其α-氨基缩合形成肽键。
此步骤需Mg2+,K+。
给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。
3.移位:
核蛋白体向mRNA的3'
-端滑动相当于一个密码的距离,同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。
此步骤需EF(EFG)、GTP和Mg2+参与。
此时,核蛋白体的受位留空,与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入,重复以上循环过程,使多肽链不断延长。
(三)肽链终止阶段:
核蛋白体沿mRNA链滑动,不断使多肽链延长,直到终止信号进入受位。
1.识别:
RF识别终止密码,进入核蛋白体的受位。
2.水解:
RF使转肽酶变为水解酶,多肽链与tRNA之间的酯键被水解,多肽链释放。
3.解离:
通过水解GTP,使核蛋白体与mRNA分离,tRNA、RF脱落,核蛋白体解离为大、小亚基。
三、多肽链合成后的加工修饰——蛋白质前体的加工
(1)一级结构的加工修饰:
1.N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除:
N端甲酰蛋氨酸,必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。
①去甲酰化:
甲酰蛋氨酸-肽(甲酰化酶)甲酸+蛋氨酸-肽
②去蛋氨酰基:
蛋氨酰-肽(蛋氨酸氨基肽酶)蛋氨酸+肽
2.氨基酸的修饰:
由专一性的酶催化进行修饰,包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。
3.二硫键的形成:
由专一性的氧化酶催化,将-SH氧化为-S-S-。
4.肽段的切除:
由专一性的蛋白酶催化,将部分肽段切除。
(二)高级结构的形成——蛋白质的折叠
1.构象的形成:
在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助
下,形成特定的空间构象。
2.亚基的聚合
3.辅基的连接
分子伴侣(molecularchaperone)
能够相似细胞内辅助新生肽链正确折叠的蛋白质。
定义:
是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质,它们在细胞内能帮助其他多肽链进行正确的折叠、组装、运转和降解。
两类分子伴侣家族:
1.热休克蛋白Hsp70、Hsp40、GrpE三个家族
一类应激反应性蛋白,促使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠形成天然的空间结构。
2.伴侣素Hsp60、Hsp10
主要是为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的为环境。
四、蛋白质合成的抑制剂
蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素:
如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等,此外,5-甲基色氨酸、环己亚胺、白喉毒素、干扰素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白都能抑制蛋白质的合成。
嘌呤霉素:
与氨酰-tRNA3'
端的AMP残基的结构十分相似。
不需要延伸因子就可以进入核糖体A位,产生肽酰-嘌呤霉素容易从核糖体上脱落,是肽链合成终止。
四环素族:
可以与原核生物核糖体的小亚基结合,并抑制氨酰-tRNA的结合。
氯霉素:
能与70S核糖体大亚基结合,可以抑制原核生物核糖体转肽酶的活性。
链霉素、新霉素、卡那霉素:
能与核糖体30S亚基上的蛋白质结合,引起核糖体构象发生变化。
蛋白质转运(proteintrafficking)
(1)细胞质蛋白质
无特定信号
(2)线粒体和叶绿体蛋白质
具N端前导序列(N-terminalleadersequence)
(3)线粒体和叶绿体膜蛋白质
具N端前导序列,膜靶信号(membrane-targetingsignal)
(4)分泌蛋白质
分泌信号,SRP,ER
(5)跨膜蛋白质
I型蛋白质具N端信号序列(N-terminalsignalsequence)
II型蛋白质具信号固定序列(signal-anchorsequence)
一、翻译—转运同步机制
常见的信号序列由10~40个氨基酸残基组成,N端为带正电荷的氨基酸残基,中间为疏水的核心区,而C端由小分子氨基酸残基组成,可被信号肽酶识别并裂解。
分泌型蛋白质的定向输送,就是靠信号肽与胞浆中的信号识别粒子(SRP)识别并特异结合,然后再通过SRP与膜上的对接蛋白(DP,SRP受体)识别并结合后,将所携带的蛋白质送出细胞。
二、翻译后运转机制
线粒体和叶绿体的许多蛋白质和酶
前导序列对细胞器外膜的识别
前导序列引发前体蛋白质与细胞器膜之间的相互作用
接着前体蛋白质穿过细胞器膜
位于细胞器表面的蛋白酶将前导序列切割下来
前导序列
带正电荷的碱性氨基酸含量较为丰富,分散于不带电荷的氨基酸序列之间;
缺少带负电荷的酸性氨基酸;
羟基氨基酸含量特别高
有形成两亲(有亲水又有疏水部分)α-螺旋结构的能力
叶绿体蛋白质的跨膜运转
——序列层次决定蛋白质在细胞器的定位
前导序列的N端能将蛋白质定位到线粒体基质或者叶绿体腔
临近序列能控制进一步的靶定位
序列被连续地从蛋白质上切割下来
3、核定位蛋白的运转机制
要跨核膜转运,蛋白质必须在其序列上有特殊的信号,常见的核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)
把蛋白质从细胞核
转运到蛋白质需要
核输出序列(NES)
4、蛋白质的降解
生物体内蛋白质的降解过程是一个有序的过程。
在大肠杆菌中,蛋白质的降解过程是通过一个依赖于ATP的蛋白酶(Lon)来实现的。
当细胞中出现错误的蛋白质或半衰期很短的蛋白质时,该酶就被激活。
Lon蛋白酶每切除一个肽键要消耗两个分子的ATP。
蛋白质的半衰期大约从30s到许多天不等
课后作业
按下列DNA单链
5’TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTCG3’
写出:
1.DNA复制时,另一单链的序列
2.转录成的mRNA的序列
3.合成的多肽的序列
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- 现代 分子 生物 第四