分子生物学 第四章生物信息的传递 ( 下 ) 从 RNA 到蛋白质 第一节遗传密码 三联子第二节 TRNA 第三节核糖体 夏玉琼 2013-09-17
2 中心法则 http://jpkc.szpt.edu.cn/2007/swhx/resource_content.asp?id=1619
3 DNA mrna 蛋白质 DNA 的复制 解旋 引发 复制 终止 mrna 的转录 模板识别 转录起始 转录延伸 转录终止 蛋白质的合成 翻译的起始 肽链的延伸 肽链的终止及释放
4 亲水的天然氨基酸 碱性氨基酸 酸性氨基酸 精氨酸赖氨酸组氨酸 中性氨基酸 天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷酰胺 酪氨酸 丝氨酸 苏氨酸
5 疏水的天然氨基酸 亮氨酸 缬氨酸 丙氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 半胱氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 脯氨酸
6 目录 遗传密码 三联子 三联子密码及其破译遗传密码的性质 trna 核糖体
7 三联子密码的来源 理论预测 4 种核苷酸 20 种天然氨基酸 实验证明 插入或删除一个碱基, 会改变最终的全部氨基酸序列 同时插入和删除实验, 除突变密码子所对应的氨基酸, 其它氨基酸序列都不变 同时删除三个碱基, 翻译产生少了一个氨基酸的蛋白质
8 三联子密码的破译 以均聚物 随机共聚物和特定序列的共聚 物为模板合成多肽 核糖体结合技术
9 三联子密码破译方法一 均聚物 polyu,polya,polyc UUU 苯丙氨酸 AAA 赖氨酸 CCC 脯氨酸 含 A 和 C 的随机二元共聚物 CCCCCACACACCCAAACAAACAAA 天冬酰胺组氨酸脯氨酸谷氨酰胺苏氨酸赖氨酸
10 三联子密码破译方法一 PolyUG UGUGUGUGU 半胱氨酸缬氨酸 PolyUUC UUCUUC 或 UCUUCU 或 CUUCUU 苯丙氨酸丝氨酸亮氨酸 polygua GUAGUA 或 UAGUAG 或 AGUAGU 缬氨酸终止密码丝氨酸
11 三联子密码破译方法二 : 核糖体结合法 模板 氨酰 trna 核糖体 硝酸纤维素滤膜 三核苷酸和所有 trna 都能通过滤膜 核糖体不能通过滤膜 核糖体 -Phe-tRNA- UUU 复合物留在膜上 http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/gzk/htm/chapter8_2.files/image013.jpg
12 目录 遗传密码 三联子 三联子密码及其破译遗传密码的性质 trna 核糖体
13 遗传密码的性质 连续性 : 连续地读码简并性 : 几个密码子编码一种氨基酸通用性和特殊性 : 对不同物种通用密码子与反密码子 :mrna 与 trna 的结合
14 遗传密码的简并性 终止密码子 同义密码子
15 遗传密码的简并性 起始密码子
16 遗传密码的特殊性 支原体中,UGA 不是终止密码子, 而是编码色氨酸嗜热四膜虫中,UAA 不是终止密码子, 而是编码谷氨酰胺人 牛及酵母线粒体 DNA,UGA 不是终止密码子, 而是编码色氨酸 ; 甲硫氨酸 ( 通常是 AUG) 可由 AUA 编码
17 密码子与反密码子 trna 3 2 1 反密码子 反密码子 3 2 1 mrna 1 2 3 1 2 3 密码子密码子 反密码子第一位的 U 可与 A 或 G 匹配 摆动假说 : 密码子和反密码子的前两对严格遵守碱基配对原则, 第三对碱基有一定自由度 http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/wjl/htm/chapter6_4.files/image045.jpg
18 摆动假说分析 trna 能识别几个密码子由反密码子的第一个碱基的性质决定 反密码子的第一位是 C 或 A 时, 只能识别一种 密码子第三位 G 或 U 反密码子的第一位是 U 或 G 时, 可以识别二种 密码子第三位 A/G 或 C/U 反密码子的第一位是 I 时, 可以识别三种 密码子第三位 A/U/C
19 目录 遗传密码 三联子 trna trna 的三叶草形二级结构 trna 的 L 形三级结构 trna 的功能 trna 的种类氨酰 -trna 合成酶 核糖体
20 trna trna 在蛋白质合成中的地位 第二遗传密码 共同特征 存在经过特殊修饰的碱基 3 端都以 CCA-OH 结束, 是 trna 与相应氨基酸结合的位点
21 三叶草型二级结构 受体臂 D 臂 TΨC 臂多余臂 反密码子臂 http://pica.nipic.com/2007-12-28/20071228141610787_2.jpg
22 trna 中的部分罕见核苷 二氢尿嘧啶 拟尿嘧啶
23 目录 遗传密码 三联子 trna trna 的三叶草形二级结构 trna 的 L 形三级结构 trna 的功能 trna 的种类氨酰 -trna 合成酶 核糖体
24 L 型三级结构
25 L 型三级结构 连接氨基酸 L 型结构将分子中两个不同 功能基团最大限度分离 连接 mrna
26 目录 遗传密码 三联子 trna trna 的三叶草形二级结构 trna 的 L 形三级结构 trna 的功能 trna 的种类氨酰 -trna 合成酶 核糖体
27 trna 的功能 trna 是 mrna 模板和氨基酸之间的结合体, 负责运载氨基酸 问题 : 是谁识别 mrna 模板? 氨酰 trna 还是氨基酸? -CH 2 -HS -CH 3 还原反应 Cys Ala 不影响 trna
28 目录 遗传密码 三联子 trna trna 的三叶草形二级结构 trna 的 L 形三级结构 trna 的功能 trna 的种类氨酰 -trna 合成酶 核糖体
29 起始 trna 和延伸 trna trna-met 真核生物的起始 trna trna-fmet 原核生物的起始 trna 其它 trna 统称为延伸 trna
30 同工 trna 定义 : 代表相同氨基酸的 trna 有不同的反密码子识别该氨基酸的各种同义密码结构上具有共同性, 能被 AA-tRNA 合成酶识别
31 校正 trna 无义突变 一个核苷酸的改变使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子, 使蛋白质合成提前终止, 合成无义多肽 错义突变 结构中某个核苷酸的变化使得一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码 校正 trna 与释放因子或正常 trna 竞争, 校正无义或错义突变 校正无义突变有可能通读终止密码子, 合成更长的蛋白
32 目录 遗传密码 三联子 trna trna 的三叶草形二级结构 trna 的 L 形三级结构 trna 的功能 trna 的种类氨酰 -trna 合成酶 核糖体
33 氨酰 -trna 合成酶 AA-tRNA 合成酶催化氨基酸与 trna 特异 性结合 氨酰 -trna 合成酶 酶 AA+tRNA+ATP AA-tRNA+AMP+PPi AA+ATP+ 酶 (E) E-AA-AMP+PPi E-AA-AMP+tRNA AA-tRNA+E+AMP 氨基酸活化 氨酰基转移
34 目录 遗传密码 三联子 trna 核糖体 核糖体的结构核糖体的功能
35 核糖体 执行合成蛋白质合成的功能 沿 mrna 模板移动的工厂 几十种蛋白质和几种核糖体 RNA 的亚细胞颗粒 可以游离状态, 也可附在内质网上 AA-tRNA 带着特定的氨基酸进入核糖体, 在一些因子的帮助下, 与模板和肽链作用后, 卸去所载氨基酸, 再离开核糖体
36 核糖体的结构 由大小两个亚基组成 S 1/3 的蛋白和 2/3 的 RNA( 原核 ) 2/5 的蛋白和 3/5 的 RNA ( 真核 ) rrna 核糖体蛋白 原核生物核糖体 L rrna 核糖体蛋白 70S 30S +50S
S 沉降系数 M 分子量 70S = 50S + 30S? v 粒子密度的倒数 S = MD(1-vρ)/RT ρ 溶剂密度,R 气体摩尔常数,T 绝对温度 D 扩散系数 D = k B T/6πηR h k B 玻尔兹曼常数,T 绝对温度 η 溶剂粘度, R h 粒子尺寸 常数 大的粒子扩散系数小 37
38 各类 rrna 30S 小亚基 5S 16S 50S 大亚基 23S 原核生物 40S 小亚基 18S 60S 大亚基 5S 5.8S 28S 真核生物
39 原核生物 rrna 5SrRNA: 有两个高度保守的区域 CGAAC 与 trna 上的 TΨC 臂上的 GTΨCG 识别 GCGCCGAAUGGUAGU 与 23SrRNA 互补, 是与 50S 核糖体大亚基作用的位点 16SrRNA 3 端 ACUCCUUA 与 mrna5 端富含嘌呤的序列互补 靠近 3 端还有一段与 23SrRNA 互补的序列, 在 30S 与 50S 亚基的结合中起作用
40 原核生物 rrna 23SrRNA 存在与 trna Met 序列互补的片段 近 5 端有与 5SrRNA 互补的片段
41 真核生物 rrna 5.8S rrna CGAAC 与 trna 上的 TΨC 臂上的 GTΨCG 识别 与 5SrRNA 功能相似 18S rrna 酵母的 18S rrna 的 3 端与大肠杆菌 16S rrna 具有广泛的同源性 28S rrna 功能还不清楚
42 各类 rrna rrna 与 trna 及 mrna 的相互关系及不同 的 rrna 的关系都建立在序列互补或者同源的基础上
43 三个 trna 结合位点 A 位点 Aminoacyl site 氨酰的位点 P 位点 Peptidyl site 成肽的位点 E 位点 Exitsite 退出的位点 http://www.sparknotes.com/biology/molecular/translation/section3.rhtml
44 目录 遗传密码 三联子 trna 核糖体 核糖体的结构核糖体的功能
45 核糖体的功能 蛋白质合成的工厂 包含多个活性中心 : 结合 mrna 的, 结合 trna 的三个位点, 结合各种延伸因子的对模板 mrna 进行序列特异性识别
46 小结 特殊密码子 : 起始密码子和终止密码子 trna 的三叶草结构 trna 的 L 形结构 trna 的功能核糖体的结构
47 思考题 简述 trna 的 L 型结构和三叶草型结构以及各部分的功能简述核糖体的三个活性中心
48 下次课的内容 第四章 mrna 翻译成蛋白质 蛋白质合成的生物学机制蛋白质的转运机制