第四章生物信息的傳遞（下）

——從mRNA到蛋白質第四章生物信息的傳遞（下）

——從mRN本章節主要內容一、遺傳密碼二、蛋白質的生物合成三、蛋白質前體的加工四、蛋白質跨膜轉運機制五、蛋白質的一級結構六、蛋白質的空間結構七、蛋白質的變性與復性（蛋白質的折疊機制）本章節主要內容一、遺傳密碼絲氨酸酪氨酸一、遺傳密碼絲氨酸酪氨酸一、遺傳密碼第四章：mRNA到蛋白質課件（一）三聯子密碼定義mRNA鏈上每三個核甘酸翻譯成蛋白質多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核甘酸就稱為密碼子或三聯子密碼(tripletcoden)

。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’（一）三聯子密碼定義mRNA5’GCUAGUA（二）三聯子密碼破譯mRNA5′AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列（二）三聯子密碼破譯mRNA5′AUCGACCUGAGC3●至1966年，20種氨基酸對應的61個密碼子和三個終止密碼子全部被查清。遺傳密碼的破譯，即確定代表每種氨基酸的具體密碼。●至1966年，20種氨基酸對應的61個密碼子和三個終止密碼（三）遺傳密碼的性質1、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現象稱為簡并（degeneracy），對應于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。（三）遺傳密碼的性質1、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個氨基第四章：mRNA到蛋白質課件減少了變異對生物的影響減少了變異對生物的影響編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質中出現的頻率就越高。Arg精氨酸例外編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質中出現的頻率就越2、普遍性與特殊性蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。2、普遍性與特殊性蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類生物密碼子線粒體DNA編碼的氨基酸核DNA編碼的氨基酸所有UGA色氨酸終止子酵母CUA蘇氨酸亮氨酸果蠅AGA絲氨酸精氨酸哺乳類AGA/G終止子精氨酸哺乳類AUA甲硫氨酸異亮氨酸線粒體與核DNA密碼子使用情況的比較生物密碼子線粒體DNA編碼的氨基酸核DNA編碼的氨基酸所有U3、連續性編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。3、連續性編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發生插入或缺失，可能導致從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯體密碼連續排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核4、擺動性在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，這種現象稱為密碼子的擺動性。4、擺動性在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴格遵守堿基配對U擺動配對U擺動配對第四章：mRNA到蛋白質課件密碼子、反密碼子配對的擺動現象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG密碼子、反密碼子配對的擺動現象tRNA反密碼子IUGACmR二、蛋白質的生物合成

1．氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶二、蛋白質的生物合成1．氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet原核生物中，起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸第四章：mRNA到蛋白質課件第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

目錄第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋第二步反應氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第二步反應氨基酰-AMP-EtRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件2．肽鏈的起始：原核30S小亞基先與mRNA結合，再與fMet-tRNAfMet結合，最后與50S大亞基結合；真核40S小亞基先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合。均需要ATP供能，Mg2+；起始位點是AUG。2．肽鏈的起始：第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件起始因子：原核生物有三種起始因子IF-1：促進IF-2及IF-3的活性。IF-2：使fMet-tRNAfMet有選擇地與30S結合。IF-3:促進mRNA與30S結合及保持30S亞基穩定性的作用。起始因子：真核生物的起始因子大概有10種eIF-4(CBP)：帽子結合蛋白，識別帽子結構。eIF-1、eIF-2、eIF-3：與40S小亞基結合真核生物的起始因子大概有10種第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件3．肽鏈的延伸和終止：合成的方向是N端到C端。終止密碼子UAG\UAA\UGA。釋放因子（RF）促成終止。原核生物釋放因子：RF1，RF2，RF3。真核生物釋放因子eRF。3．肽鏈的延伸和終止：第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件三、蛋白質前體的加工

N端fMet或Met的切除二硫鍵的形成特定氨基酸的修飾切除新生肽鏈中非功能片段多聚體構成的蛋白質還要經過聚合過程。三、蛋白質前體的加工N端fMet或Met的切除四、蛋白質跨膜轉運機制

1、信號假設：在蛋白質合成過程中N端有15~36個氨基酸殘基的肽段---信號肽，他能引導蛋白質的肽鏈到達并通過內質網。然后被內質網中的信號肽酶切除，成熟蛋白質N端并無信號肽。四、蛋白質跨膜轉運機制1、信號假設：在蛋白質合成過程中N端2、信號識別顆粒：在胞液中有一種信號識別顆粒（SRP），含有300個核苷酸的7S小分子RNA（小胞漿scRNA）及6種蛋白質的核糖核蛋白，在信號肽出現后，能識別并結合信號肽及核糖體，使翻譯暫停，并與膜上的SRP受體蛋白（停靠蛋白）結合，引導肽鏈跨膜轉運。2、信號識別顆粒：第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件伴侶蛋白

經過跨膜轉運進入內質網的肽鏈，在折疊過程中是在蛋白伴侶（chaperones)或稱分子伴侶（molecularchaperones)輔助下完成的，起到介導各種功能域乃至整個蛋白質分子的折疊。輔助肽鏈折疊成天然構象的蛋白質。伴侶蛋白經過跨膜轉運進入內質網的肽鏈五、蛋白質的一級結構

1、蛋白質一級結構的測定分離出某蛋白質的mRNA，逆轉錄生成cDNA,測定此cDNA的堿基序列。先測定出該蛋白質氨基末端約25個氨基酸殘基的序列，制成DNA探針，探測出互補DNA，經PCR擴增再測定其堿基序列。五、蛋白質的一級結構1、蛋白質一級結構的測定2、蛋白質家族來自同一祖先蛋白質，隨著進化而分化為不同功能特征的同源蛋白質。氨基酸組成相同大于50%的屬于同一家族蛋白質，小于50%稱為超家族蛋白質。2、蛋白質家族六、蛋白質的空間結構

蛋白質的生物學活性和理化性質主要決定于空間結構（構象）是指蛋白質的二級、三級和四級結構。六、蛋白質的空間結構蛋白質的生物學活性和理化性質主要決定于1、蛋白質的二級結構

（1）α－螺旋：含α－螺旋豐富的蛋白質結構緊密而穩定少變，故蛋白質的功能區常不在α－螺旋區而在其鄰近。1、蛋白質的二級結構（1）α－螺旋：含α－螺旋豐富的蛋白質（2）β－折疊：富含β－折疊的蛋白質的穩定性較差而易變，常與蛋白質的生物功能有關。（2）β－折疊：富含β－折疊的蛋白質的穩定性較差而易變，常與第四章：mRNA到蛋白質課件（3）β－轉角：肽鏈走向的多次逆轉，主要是通過β-轉角來實現的，可使肽鏈出現1800回折。（3）β－轉角：肽鏈走向的多次逆轉，主要是通過β-轉角來實現2、蛋白質的三級結構

（1）超二級結構：α-螺旋與β-折疊組成的特殊結構模塊，此種確定的折疊類型稱為超二級結構。幾乎所有的三級結構都可以用這些折疊類型予以描述，因此又將其稱為標準折疊單位。2、蛋白質的三級結構（1）超二級結構：α-螺旋與β-折疊組αα、ββ、βαβ常見的三種類型

右手交叉連接左手交叉連接

常見的標準折疊單位αα、ββ、βαβ常見的三種類型右手交叉連接（2）模體：蛋白質分子空間結構中存在著某些立體形狀和拓撲結構頗為類似的局部區域，稱之為模體（motif）。（2）模體：Helix-Turn-HelixmotifHelix-Turn-HelixmotifHelix-loop-helixmotifHelix-loop-helixmotifZincFingermotifZincFingermotifLeucinezipperdimerboundtoDNALeucinezipperdimerboundtoFamiliesofDNAbindingproteinsFamiliesofDNAbindingprotei蛋白質結合位點蛋白質結合位點第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件第四章：mRNA到蛋白質課件3、蛋白質的四級結構

多數蛋白質是由多個亞基結合而完成其功能的，既可以是結構相同的亞基，也可以是不同結構的亞基聚合。3、蛋白質的四級結構多數蛋白質是由多個亞基結合而完成其功能亞基對DNA的利用來說是一種經濟的方法

例如：合成一個6000氨基酸的蛋白質需要18000個bp,如果這個蛋白質是由六個相同的亞基裝配而成的，僅3000個bp就夠了。蛋白質多亞基形式有以下優點亞基對DNA的利用來說是一種經濟的方法蛋白質多亞基形式有以下多亞基形式可以減少蛋白質合成過程中隨機的錯誤對蛋白質活性的影響。

6000個氨基酸的蛋白質中插錯了一個氨基酸，這個蛋白質可能尚失功能，如果此蛋白質是由六個亞基組成，每個亞基含1000個氨基酸，六個亞基之一有錯，對他功能影響就要小得多。多亞基形式可以減少蛋白質合成過程中隨機的錯誤對蛋白質活性的影多亞基蛋白質的活性能夠非常有效地和非常迅速地被打開和被關閉。

蛋白質通過亞基的解離阻止活性，通過聚合而恢復活性。這對蛋白質活性的調節上是十分方便和必要的。多亞基蛋白質的活性能夠非常有效地和非常迅速地被打開和被關閉。七、蛋白質的變性與復性

變性：不涉及肽鏈一級結構斷裂而各種次級鍵被破壞，導致蛋白質構象的變化。復性：重新恢復其天然構象的過程。七、蛋白質的變性與復性變性：不涉及肽鏈一級結構斷裂而各種次蛋白質折疊機制：根據蛋白質的復性過程，可以對其折疊機制有所了解。首先成核理論：

UsIiIn N

成核充實重排天然蛋白質蛋白質折疊機制：根據蛋白質的復性過程，可以對其折疊機制有所了成核：先形成α－螺旋及β－折疊片段,使變性蛋白質從無活性狀態（Us）轉變成部分折疊，產生二級結構但仍無活性的狀態（Ii）。充實：從Ii進一步折疊，并具有活性，但仍存在著不正確異構體等的狀態（In）。最后重排：產生天然蛋白質構象（N）。成核：先形成α－螺旋及β－折疊片段,使變性蛋白質從無活性本章習題一、名詞解釋1、SD序列（Shino-Dalgarnosequence）2、簡并密碼子（degeneratecodon）3、擺動（wobble）4、分子伴侶（chaperone）5、無義突變（nonsensemutation）6、中性突變（neurtalmutation）7、移碼突變（frameshiftmutation）8、回復突變（reversemutation）9、錯義突變（missensemutation）10、模體（motif）本章習題二、填空題1、原核生物起始tRNA是（），真核生物起始tRNA是（）。2、與mRNA密碼子ACG相對應的反密碼子是（）。甲酰甲硫氨酰－tRNA甲硫氨酰－tRNACGU二、填空題甲酰甲硫氨酰－tRNA甲硫氨酰－tRNACGU3、tRNA的反密碼子為UGC，它識別的密碼子為（）。4、一種氨基酸最多可以有（）個密碼子，只有一個密碼子的氨基酸是（）。GCA6色氨酸3、tRNA的反密碼子為UGC，它識別的密碼子為（5、蛋白質合成，起始密碼子是（），起始tRNA上的反密碼子是（）。6、DNA的合成方向（），RNA的轉錄方向（），蛋白質合成方向()。AUGCAU5‘→3’5‘→3’N端→C端5、蛋白質合成，起始密碼子是（7、肽鏈合成的終止因子又稱為（），能識別并結合到（）上。釋放因子終止密碼子7、肽鏈合成的終止因子又稱為（三、選擇題1、蛋白質生物合成時（）。A．原核30S小亞基先與fMet-tRNAfMet結合,再與mRNA結合B．真核40S小亞基先與mRNA結合，再與Met-tRNAMet結合C．tRNA與核糖體的大亞基結合,再與小亞基結合D．真核40S小亞基先與Met-tRNAMet結合,再與mRNA結合2、反密碼子IGC可以識別的密碼子是（）。A．GCGB．GCAC．ACGD．ICGDB三、選擇題DB3、有關蛋白質合成，下列哪條描述是錯誤的（）。A．基本原料是20種氨基酸B．模板是mRNAC．合成的方向是從羧基端到氨基端D．是一個多因子參加的耗能過程4、參與原核生物肽鏈的起始因子是（）。A．IF1B．RF1C．