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1 分子生物学 第四章生物信息的传递 ( 下 ) 从 RNA 到蛋白质 夏玉琼

2 2 目录 4.1 遗传密码 三联子 42tRNA 4.2tRNA 4.3 核糖体 4.4 蛋白质合成的生物学机制 4.5 蛋白质转运机制

3 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化 ( 和 trna 相接 ) 肽链的起始 肽链的延伸 肽链的终止 折叠和加工

4 氨基酸的活化 与对应的 trna 结合 trna 的 3 末端 -OH 与氨基酸的 COOH 发生脱 水反应, 生成酯结构 ---CCA-OH+HOOC-CH(R)NH2 ---CCA-OOC-CH(R)NH2 CH(R)NH2 同一氨酰合成酶可以把相同氨基酸加到两 个或者更多的带有不同反密码子的 trna 上

5 氨基酸的活化 起始氨基酸的活化 细菌中, 起始氨基酸是 fmet, 活化得到的是 fmet-trnafmet Met+tRNA fmet +ATP Met-tRNA fmet +AMP+PPi N10- 甲酰四氢叶酸 +Met-tRNAfMet 四氢叶酸 +fmet-trna fmet

6 氨基酸的活化 起始氨基酸的活化 真核生物中, 起始氨基酸是 Met, 活化得到的 是 Met-tRNA imet 因为 Met 本身也出现在序列中, 所以有两种 Met-tRNA trna Met-tRNA imet 起始氨酰 trna Met-tRNA Met 普通氨酰 trna

7 肽链的起始 : 如何结合? mrna 的 SD 序列和 16SrRNA 相连 起始密码子与起始氨酰 trna 的反密码子相结合

8 肽链的起始 : 形成 30S 起始复合物

9 肽链的起始 : 形成 30S 起始复合物

10 肽链的起始 : 形成 70S 起始复合物

11 肽链的起始 原核生物的肽链起始主要包括 30S 小亚基与模板 mrna 结合, 再与 fmettrna fmet 结合 30S 小亚基复合物与 50S 大亚基结合形成 70S 起始复合物 真核生物的肽链起始呢?

12 肽链的起始 真核生物 起始机制与原核生物的基本相同 区别 起始 trna 不甲酰化, 是 Met-tRNA Met 40S 小亚基识别 5 帽子 40S 小亚基识别 mrna 上的起始密码子 ( 扫描 模型 )

13 13 40S 小亚基识别起始密码子的 扫描模型

14 肽链的延伸 : 总图

15 肽链的延伸 : 接受新 trna

16 肽链的延伸 :trna 的移位

17 肽链的终止 释放因子

18 肽链的终止

19 19 释放因子 释放因子 I 类能识别终止密码子, 催化多肽链的解放 II 类刺激 I 类从核糖体解离 原核生物的释放因子 I 类 RFI 识别 UAG 和 UAA;RF3 识别 UGA 和 UGA 真核生物的释放因子 I 类 :erf1 能识别 UAG UAA 和 UGA II 类 :erf3

20 蛋白质前体的加工 N 端 fmet 或 Met 的切除 : 脱甲酰化酶 形成二硫键 特定氨基酸的修饰 磷酸化 OH 的反应 P137 图 4-21a 糖基化膜蛋白和分泌蛋白 甲基化细胞质内 乙基化, 羟基化和羧基化等

21 蛋白质前体的加工 切除非功能片段 (e.g 蜂毒 ) 从胰岛素前体到胰岛素 图 4-24: 去掉信号肽 二硫键的形成 去掉 B 链 从蜂毒素前体到蜂毒素

22 蛋白质的折叠 所有新生肽链必须通过正确折叠才能形成动力学和热力学稳定的三维构象, 从而表现出生物学活性或功能 分子伴侣 : 辅助新生肽链正确折叠的蛋白质, 防止或消除肽链的错误折叠, 本身不参与最终产物的形成 热休克蛋白促进自发折叠的蛋白正确折叠 伴侣素为非自发折叠的蛋白提供正确折叠的微环境

23 蛋白质合成的抑制剂 抗生素 阻止 mrna 与核糖体结合 : 氯霉素 阻止 AA-tRNA 与核糖体结合 : 四环素类 干扰 AA-tRNA 与核糖体结合 : 链霉素 新霉素和卡那霉素等 竞争性抑制剂抑制蛋白质的合成 : 嘌呤霉素 青霉素 四环素和红霉素只和原核细胞核糖体作用, 广泛应用于人类医学 氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合, 又能与真核细胞核糖体结合, 限制应用

24 24 目录 4.1 遗传密码 三联子 42tRNA 4.2tRNA 4.3 核糖体 4.4 蛋白质合成的生物学机制 4.5 蛋白质转运机制

25 25 蛋白质跨膜转运的必要性 蛋白质使用位点 蛋白质合成位点

26 26 蛋白质转运 翻译 - 转运同步机制 某个蛋白质的合成和转运是同时发生的 翻译后转运机制 蛋白质从核糖体上释放后才发生转运 例子 分泌蛋白翻译转运同步机制 细胞器发育翻译后转运机制 膜的形成两种机制兼有

27 翻译 - 转运同步机制 蛋白质定位的信息存在于蛋白质自身结构白中 起始密码子后, 编码疏水性氨基酸序列的 RNA 区域 信号序列 信号序列翻译成的多肽为信号肽 信号肽在核糖体上合成后便与膜上特定受体发生相互作用, 产生通道, 允许这段多肽边合成边穿膜

28 翻译 - 转运同步机制 信号肽的特点 带有 个疏水氨基酸 N 端有 1 个或数个正电性氨基酸 C 端有数个极性氨基酸, 离切割位点最近的往 往是 A 或 G

29 翻译 - 转运同步机制 信号肽假说及其运输过程 ER 内腔 SRP 受体 细胞质 信号肽 SRP 辅助因子

30 翻译 - 转运同步机制 信号肽 ( 能启动蛋白质转运的任何一段多肽 ) 完整的信号肽是保证蛋白质转运的必要条件 仅有信号肽还不足以保证蛋白质转运的发生 信号序列的切除并不是转运所必需的 并非所有的转运蛋白都有可降解的信号肽 信号识别蛋白 SRP 识别信号肽和核糖体, 多肽合成暂停 停靠蛋白 DP 识别 SRP, 多肽合成继续 SRP 和 DP 形成膜孔道

31 翻译 - 转运同步机制 : 新生蛋白的转运 信号肽 5 帽子 mrna 细胞质 SRP SRP 循环 核糖体循环 核糖体受体内质网 多肽转运 复合物 SRP 受体 ER 腔 信号肽 水解酶

32 翻译后转运机制 线粒体和叶绿体中有许多蛋白质和酶是由 细胞质提供的, 绝大多数以翻译后转运机制 进入细胞内 线粒体跨膜转运前导肽 叶绿体跨膜转运信号肽

33 翻译后转运机制 线粒体蛋白质跨膜转运 蛋白质前体 : 成熟蛋白 +N 端前导肽 蛋白质通过线粒体内膜需要能量

34 翻译后转运机制 : 从细胞质到线粒体 首先外膜上 Tom 受体复合蛋白识别与 Hsp70 或 MSF 等分子伴侣相结合的待转运多肽, 再通过 Tom 和 Tim 组成的膜通道进入线粒体内腔

35 翻译后转运机制 : 从细胞质到线粒体 外膜识别前导肽的 一部分 前导肽另一部分 信号 留于膜间 线粒体内腔 内膜 膜间空间 前导肽被切除, 外膜 成熟蛋白定位于内腔

36 翻译后转运机制 : 从细胞质到线粒体 前导肽 富含正电氨基酸 形成两亲性 α- 螺旋

37 翻译后转运机制 : 从细胞质到叶绿体 叶绿体蛋白质的跨膜转运 叶绿体定位信号肽 包括两部分 一部分决定该蛋白 能否进入叶绿体机制 另一部分决定该蛋白 是否进入类囊体

38 38 从细胞质到叶绿体基质的跨膜转运 类囊体蛋白前体 细胞质 跨叶绿体膜转运 叶绿体外膜 信号肽 可溶性蛋白水解酶切除 第一部分跨膜信号肽 叶绿体内膜 基质

39 39 从叶绿体基质到类囊体的跨膜转运 基质 信号肽 切除第二部分信号肽折叠 成熟类 囊体蛋白 类囊体膜 类囊体

40 翻译后转运机制 叶绿体蛋白质跨膜转运的特点 活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内鉴别翻译后 转运 叶绿体膜能特异地与叶绿体蛋白的前体结合 叶绿体蛋白前体内可降解序列因植物和蛋白质 种类不同而表现出明显的差异

41 核定位蛋白的转运机制 : 必要性 核糖体蛋白需在细胞质中合成, 转运到细胞核, 在和人中被装配成 40S 和 60S 核糖体亚基, 然后 再转运回到细胞质中行使作为蛋白质合成机器 的功能 RNA 聚合酶 DNA 聚合酶 组蛋白 拓扑异 构酶 大量转录 复制调控因子都必须从细胞 质进入细胞核正常发挥功能

42 核定位蛋白的转运机制 核转运因子 α β 核定位蛋白 细胞质 核膜 核孔复合物 核质

43 核定位蛋白的转运机制 核定位蛋白的特点 为了核蛋白的重复定位, 核定位蛋白一般不被切除可以位于核蛋白的任何序列

44 44 原核细胞的蛋白质转运 新翻译产生的蛋白质和分子伴侣 SecB 结合 新生蛋白 -SecB 被运送到细胞膜转运复合物 SecA-SecYEG 上 SecA 嵌入膜中 SecA 变构 SecA 再嵌入膜中 带动部分新生蛋白 带动部分新生蛋白

45 蛋白质的降解 大肠杆菌中, 蛋白质的降解依赖于蛋白酶白酶 (Lon) 真核生物中, 蛋白质的降解依赖于泛蛋白 N 端是 M,G,A,S,T,V 时, 蛋白质稳定 N 端是 K,R 时, 蛋白质不稳定 清除错误蛋白质 对细胞生长周期 DNA 复制及染色体结构有重要的调控作用 细胞的生理过程 新药开发

46 46 思考题 为什么蛋白质要转运? 什么是信号肽? 它在序列组成上有什么特 点? 有什么功能? 什么是核定位序列? 其主要功能是什么?

47 47 下次课的内容 第五章分子生物学研究方法 ( 上 ) 51DNA 5.1DNA 重组技术 5.2DNA 基本操作技术

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