1、第四章第四章 生物信息的传递（下）生物信息的传递（下）从从mRNA到蛋白质到蛋白质本章节主要内容本章节主要内容一、遗传密码一、遗传密码二、蛋白质的生物合成二、蛋白质的生物合成三、蛋白质前体的加工三、蛋白质前体的加工四、蛋白质跨膜转运机制四、蛋白质跨膜转运机制五、蛋白质的一级结构五、蛋白质的一级结构六、蛋白质的空间结构六、蛋白质的空间结构七、蛋白质的变性与复性（蛋白质的折叠机制）七、蛋白质的变性与复性（蛋白质的折叠机制）丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸一、遗传密码一、遗传密码（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triple
2、t coden)。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 3（二）三联子密码破译mRNA5 AUCGACCUGAGC3420()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420()核甘酸序列氨基酸序列至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。（三）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。减少了变异对生物的影响编码某一
3、氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg精氨酸例外2、普遍性与特殊性 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。生物生物密码子密码子线粒体线粒体DNADNA编码编码的氨基酸的氨基酸核核DNADNA编码的氨编码的氨基酸基酸所有所有UGAUGA色氨酸色氨酸终止子终止子酵母酵母CUACUA苏氨酸苏氨酸亮氨酸亮氨酸果蝇果蝇AGAAGA丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸哺乳类哺乳类AGA/GAGA/G终止子终止子精氨酸精氨酸哺乳类哺乳类AUAAUA甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的比较3、连续性编码蛋
4、白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame,ORF)。4、摆动性在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵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，可守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可
5、以以“摆动摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。，这种现象称为密码子的摆动性。U摆动配对摆动配对mRNA5A AU UU UA AU UC CA AU UA A3U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5tRNA333密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG二、蛋白质的生物合成二、蛋白质的生物合成 1氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶
6、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第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi目目 录录第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP2肽链的起始：肽链的起始：原核原核30S小亚基先与小亚基先与mRNA结合，再与结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与结合，最后与50S大亚基结合；大亚基结
7、合；真核真核40S小亚基先与小亚基先与Met-tRNAMet相结合，再与相结合，再与模板模板mRNA结合，最后与结合，最后与60S大亚基结合。大亚基结合。均需要均需要ATP供能，供能，Mg2+；起始位点是；起始位点是AUG。起始因子：起始因子：原核生物有三种起始因子原核生物有三种起始因子 IF-1：促进：促进IF-2及及IF-3的活性。的活性。IF-2：使：使fMet-tRNAfMet有选择地与有选择地与30S结合。结合。IF-3:促进促进mRNA与与30S结合及保持结合及保持30S亚基稳亚基稳定性的作用。定性的作用。真核生物的起始因子大概有真核生物的起始因子大概有10种种 eIF-4(CBP
8、)：帽子结合蛋白，识别帽子结构。：帽子结合蛋白，识别帽子结构。eIF-1、eIF-2、eIF-3：与：与40S小亚基结合小亚基结合3肽链的延伸和终止：肽链的延伸和终止：合成的方向是合成的方向是N端到端到C端。端。终止密码子终止密码子UAGUAAUGA。释放因子（释放因子（RF）促成终止。）促成终止。原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF1，RF2，RF3。真核生物释放因子真核生物释放因子eRF。三、蛋白质前体的加工三、蛋白质前体的加工 N端端fMet或或Met的切除的切除 二硫键的形成二硫键的形成 特定氨基酸的修饰特定氨基酸的修饰 切除新生肽链中非功能片段切除新生肽链中非功能片段 多聚体构成
9、的蛋白质还要经过聚合过程。多聚体构成的蛋白质还要经过聚合过程。四、蛋白质跨膜转运机制四、蛋白质跨膜转运机制 1、信号假设：、信号假设：在蛋白质合成过程中在蛋白质合成过程中N端有端有1536个个氨基酸残基的肽段氨基酸残基的肽段-信号肽，他能引导蛋白质信号肽，他能引导蛋白质的肽链到达并通过内质网。然后被内质网中的的肽链到达并通过内质网。然后被内质网中的信号肽酶切除，成熟蛋白质信号肽酶切除，成熟蛋白质N端并无信号肽。端并无信号肽。2、信号识别颗粒：、信号识别颗粒：在胞液中有一种信号识别颗粒（在胞液中有一种信号识别颗粒（SRP），含有），含有300个核苷酸的个核苷酸的7S小分子小分子RNA（小胞浆（小
10、胞浆scRNA）及及6种蛋白质的核糖核蛋白，在信号肽出现后，种蛋白质的核糖核蛋白，在信号肽出现后，能识别并结合信号肽及核糖体，使翻译暂停，能识别并结合信号肽及核糖体，使翻译暂停，并与膜上的并与膜上的SRP受体蛋白（停靠蛋白）结合，受体蛋白（停靠蛋白）结合，引导肽链跨膜转运。引导肽链跨膜转运。伴侣蛋白伴侣蛋白 经过跨膜转运进入内质网的肽链，在折叠经过跨膜转运进入内质网的肽链，在折叠过程中是在蛋白伴侣（过程中是在蛋白伴侣（chaperones)或称分子伴侣或称分子伴侣（molecular chaperones)辅助下完成的，起到介辅助下完成的，起到介导各种功能域乃至整个蛋白质分子的折叠。辅助导各种
11、功能域乃至整个蛋白质分子的折叠。辅助肽链折叠成天然构象的蛋白质。肽链折叠成天然构象的蛋白质。五、蛋白质的一级结构五、蛋白质的一级结构 1、蛋白质一级结构的测定、蛋白质一级结构的测定 分离出某蛋白质的分离出某蛋白质的mRNA，逆转录生成，逆转录生成cDNA,测定此测定此cDNA的碱基序列。的碱基序列。先测定出该蛋白质氨基末端约先测定出该蛋白质氨基末端约25个氨基酸残个氨基酸残基的序列，制成基的序列，制成DNA探针，探测出互补探针，探测出互补DNA，经经PCR扩增再测定其碱基序列。扩增再测定其碱基序列。2、蛋白质家族、蛋白质家族来自同一祖先蛋白质，随着进化而分化为不同来自同一祖先蛋白质，随着进化而
12、分化为不同功能特征的同源蛋白质。功能特征的同源蛋白质。氨基酸组成相同大于氨基酸组成相同大于50%的属于同一家族蛋白的属于同一家族蛋白质，小于质，小于50%称为超家族蛋白质。称为超家族蛋白质。六、蛋白质的空间结构六、蛋白质的空间结构 蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构（构象）是指蛋白质的二级、三级空间结构（构象）是指蛋白质的二级、三级和四级结构。和四级结构。1、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构（1）螺旋：螺旋：含含螺旋丰富的蛋白质结构紧密螺旋丰富的蛋白质结构紧密而稳定少变，故蛋白质的功能区常不在而稳定少变，故蛋白质的功能区常不在螺旋螺旋区而在其
13、邻近。区而在其邻近。T h e a l p h a-h e l i xS o m e p r o t e i n s,s u c h a s c y t o c h r o m e b a r e c o m p o s e d a l m o s t e n t i r e l y o f a l p h a-h e l i c e s.（2）折叠：折叠：富含富含折叠的蛋白质的稳定性折叠的蛋白质的稳定性较差而易变，常与蛋白质的生物功能有关。较差而易变，常与蛋白质的生物功能有关。The beta-sheet sheets can be parallel or antiparallel（3）转角
14、：转角：肽链走向的多次逆转，主要是通肽链走向的多次逆转，主要是通过过-转角来实现的，可使肽链出现转角来实现的，可使肽链出现1800回折。回折。2、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构（1）超二级结构：）超二级结构：-螺旋与螺旋与-折叠组成的特殊结折叠组成的特殊结构模块，此种确定的折叠类型称为超二级结构。构模块，此种确定的折叠类型称为超二级结构。几乎所有的三级结构都可以用这些折叠类型予几乎所有的三级结构都可以用这些折叠类型予以描述，因此又将其称为标准折叠单位。以描述，因此又将其称为标准折叠单位。、常见的三种类型常见的三种类型 右手交叉连接右手交叉连接 左手交叉连接左手交叉连接 常见的标准折叠单位常
15、见的标准折叠单位（2）模体：）模体：蛋白质分子空间结构中存在着某些立体蛋白质分子空间结构中存在着某些立体形状和拓扑结构颇为类似的局部区域，形状和拓扑结构颇为类似的局部区域，称之为模体（称之为模体（motif）。）。Helix-Turn-Helix motifHelix-loop-helix motif Zinc Finger motifLeucine zipper dimer bound to DNAThe binding site is determined by amino acid side chains蛋白质结合位点蛋白质结合位点p53p53 is a nuclearphosphopr
16、oteinwhich acts as a tumor suppressor.It functions by binding to p53 DNA recognition sequences and regulates transcription of growth-regulatory genes.3、蛋白质的四级结构、蛋白质的四级结构 多数蛋白质是由多个亚基结合而完成其功能的，多数蛋白质是由多个亚基结合而完成其功能的，既可以是结构相同的亚基，也可以是不同结构既可以是结构相同的亚基，也可以是不同结构的亚基聚合。的亚基聚合。亚基对亚基对DNA的利用来说是一种经济的方法的利用来说是一种经济的方法
17、例如：合成一个6000氨基酸的蛋白质需要18000个bp,如果这个蛋白质是由六个相同的亚基装配而成的，仅3000个bp就够了。蛋白质多亚基形式有以下优点蛋白质多亚基形式有以下优点多亚基形式可以减少蛋白质合成过程中随机的多亚基形式可以减少蛋白质合成过程中随机的错误对蛋白质活性的影响。错误对蛋白质活性的影响。6000个氨基酸的蛋白质中插错了一个氨基酸，这个蛋白质可能尚失功能，如果此蛋白质是由六个亚基组成，每个亚基含1000个氨基酸，六个亚基之一有错，对他功能影响就要小得多。多亚基蛋白质的活性能够非常有效地和非常多亚基蛋白质的活性能够非常有效地和非常迅速地被打开和被关闭。迅速地被打开和被关闭。蛋白质
18、通过亚基的解离阻止活性，通过聚合而恢复活性。这对蛋白质活性的调节上是十分方便和必要的。七、蛋白质的变性与复性七、蛋白质的变性与复性 变性：变性：不涉及肽链一级结构断裂而各种次级键不涉及肽链一级结构断裂而各种次级键被破坏，导致蛋白质构象的变化。被破坏，导致蛋白质构象的变化。复性：复性：重新恢复其天然构象的过程。重新恢复其天然构象的过程。蛋白质折叠机制：蛋白质折叠机制：根据蛋白质的复性过程，可根据蛋白质的复性过程，可以对其折叠机制有所了解。以对其折叠机制有所了解。首先成核理论：首先成核理论：Us Ii In N 成核成核 充实充实 重排重排 天然蛋白质天然蛋白质 成核：成核：先形成先形成螺旋及螺旋
19、及折叠片段折叠片段,使变性使变性蛋白质从无活性状态（蛋白质从无活性状态（Us）转变成部分折叠，）转变成部分折叠，产生二级结构但仍无活性的状态（产生二级结构但仍无活性的状态（Ii）。）。充实：充实：从从Ii进一步折叠，并具有活性，但仍存进一步折叠，并具有活性，但仍存在着不正确异构体等的状态（在着不正确异构体等的状态（In）。）。最后重排：最后重排：产生天然蛋白质构象（产生天然蛋白质构象（N）。）。本本 章章 习习 题题一、名词解释一、名词解释1、SD序列（序列（Shino-Dalgarno sequence）2、简并密码子（、简并密码子（degenerate codon）3、摆动（、摆动（wob
20、ble）4、分子伴侣（、分子伴侣（chaperone）5、无义突变（、无义突变（nonsense mutation）6、中性突变（、中性突变（neurtal mutation）7、移码突变（、移码突变（frame shift mutation）8、回复突变（、回复突变（reverse mutation）9、错义突变（、错义突变（missense mutation）10、模体（、模体（motif）二、填空题二、填空题1、原核生物起始、原核生物起始tRNA是（是（），），真核生物起始真核生物起始tRNA是（是（）。2、与、与mRNA密码子密码子ACG相对应的反密码子是相对应的反密码子是（）。）。甲
21、酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNA甲硫氨酰甲硫氨酰tRNACGU3、tRNA的反密码子为的反密码子为UGC，它识别的密码子为，它识别的密码子为（）。）。4、一种氨基酸最多可以有（、一种氨基酸最多可以有（）个密码子，）个密码子，只有一个密码子的氨基酸是（只有一个密码子的氨基酸是（）。GCA6色氨酸色氨酸5、蛋白质合成，起始密码子是（、蛋白质合成，起始密码子是（），），起始起始tRNA上的反密码子是（上的反密码子是（）。）。6、DNA的合成方向（的合成方向（），），RNA的的转录方向（转录方向（），蛋白质合成方向），蛋白质合成方向()。AUGCAU5353 N端端C端端7、肽链合成的终止因子又称为、肽
22、链合成的终止因子又称为（），能识别并结合到），能识别并结合到（）上。）上。释放因子释放因子终止密码子终止密码子三、选择题三、选择题1、蛋白质生物合成时（、蛋白质生物合成时（）。）。A原核原核30S小亚基先与小亚基先与fMet-tRNAfMet结合结合,再与再与mRNA结合结合B真核真核40S小亚基先与小亚基先与mRNA结合，再与结合，再与Met-tRNAMet结合结合CtRNA与核糖体的大亚基结合与核糖体的大亚基结合,再与小亚基结合再与小亚基结合D真核真核40S小亚基先与小亚基先与Met-tRNAMet结合结合,再与再与mRNA结合结合2、反密码子、反密码子IGC可以识别的密码子是（可以识别的
23、密码子是（）。）。AGCG BGCA CACG DICGDB3、有关蛋白质合成，下列哪条描述是错误的（、有关蛋白质合成，下列哪条描述是错误的（）。）。A基本原料是基本原料是20种氨基酸种氨基酸 B模板是模板是mRNA C合成的方向是从羧基端到氨基端合成的方向是从羧基端到氨基端 D是一个多因子是一个多因子参加的耗能过程参加的耗能过程4、参与原核生物肽链的起始因子是（、参与原核生物肽链的起始因子是（）。）。AIF1 BRF1 CEF-Tu DRF25、真核生物识别帽子结构的起始因子是、真核生物识别帽子结构的起始因子是()AeRF BeIF1 CEF-Tu D eIF-4CAD6tRNA分子上结合氨
24、基酸的序列是（分子上结合氨基酸的序列是（）ACAA-3 BCCA-3 CAAC-3 DACA-3 B7、Shine-Dalgarno顺序(SD-顺序)是指:（）A.在mRNA的起始码上游8-13个核苷酸处的顺序B.在DNA上转录起始点前8-13个核苷酸处的顺序C.16srRNA3端富含嘧啶的互补顺序D.启动基因的顺序特征A8、“同工tRNA”是：()(A)识别同义mRNA密码子(具有第三碱基简并性)的多个tRNA(B)识别相同密码子的多个tRNA(C)代表相同氨基酸的多个tRNA(D)由相同的氨酰tRNA合成酶识别的多个tRNAC9、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性性(摇摆摇摆)。（。（）（A）第）第个个 (B)第二个第二个 (C)第三个第三个 (D)第一个与第二个第一个与第二个A四、问答题四、问答题1、简述遗传密码子的基本特点？、简述遗传密码子的基本特点？2、简述原核和真核细胞在蛋白质翻译过程中的异同？、简述原核和真核细胞在蛋白质翻译过程中的异同？3、简述蛋白质翻译后的加工过程？、简述蛋白质翻译后的加工过程？4、简述蛋白质跨膜运输的机制？、简述蛋白质跨膜运输的机制？5、蛋白质多亚基形式有那些优点？、蛋白质多亚基形式有那些优点？
