分子生物学第四章...

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

10/18/2017

西安电子科技大学夏玉琼

中心法则

2

http://jpkc.szpt.edu.cn/2007/swhx/Resource_content.asp?id=1619


从RNA到蛋白质：mRNA翻译成蛋白质

mRNA

tRNA

核糖体(ribosome)

3

https://www.news-medical.net/life-sciences/DNA-Translation.aspx


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

4 西安电子科技大学夏玉琼

为什么是三联子密码？

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


如何知道密码子与氨基酸的对应关系：密码子的破译

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


三联子密码破译方法一

均聚物 poly U, poly A, poly CUUU 苯丙氨酸 AAA赖氨酸 CCC脯氨酸

含A和C的随机二元共聚物CCC CCA CAC ACC CAA ACA AAC AAA

天冬酰胺组氨酸脯氨酸谷氨酰胺苏氨酸赖氨酸


三联子密码破译方法一

Poly UGUGU GUG UGU 半胱氨酸缬氨酸

Poly UUCUUC UUC 或 UCU UCU 或 CUU CUU苯丙氨酸丝氨酸亮氨酸

poly GUAGUA GUA 或 UAG UAG 或 AGU AGU缬氨酸终止密码丝氨酸


三联子密码破译方法二：核糖体结合法

9

•

http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/gzk/htm/chapter8_2.files/image013.jpg

硝酸纤维素滤膜

氨酰tRNA

模板

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

核糖体-Phe-tRNA-UUU复合物留在膜上


目录

遗传密码——三联子三联子密码及其破译


tRNA

核糖体



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


遗传密码的简并性

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同义密码子

终止密码子


遗传密码的简并性

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起始密码子


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


密码子与反密码子

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http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/wjl/htm/chapter6_4.files/image045.jpg

密码子密码子

tRNA

mRNA

反密码子反密码子

反密码子第一位的U可与A或G匹配图示中的tRNA可以识别两种密码子AGA和AGG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

1 2 3 1 2 3

3 2 13 2 1


一个tRNA可以识别几个密码子？

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


目录

遗传密码——三联子

tRNAtRNA的结构

tRNA的功能

核糖体


三叶草型二级结构

18

http://pica.nipic.com/2007-12-28/20071228141610787_2.jpg

受体臂

TΨC臂

反密码子臂

D臂多余臂


tRNA中的部分罕见核苷

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二氢尿嘧啶

拟尿嘧啶


L型三级结构


L型三级结构

21

连接氨基酸

连接mRNA

L型结构将分子中两个不同

功能基团最大限度分离


目录


tRNAtRNA的结构

tRNA的功能

核糖体


tRNA的功能

连接三联密码子与氨基酸的桥梁

氨基酸的载体

又称为第二遗传密码


-CH2-HS -CH3

还原反应Cys → Ala不影响tRNA

tRNA识别密码子还是氨基酸识别密码子？

24

是 tRNA!


起始tRNA和延伸tRNA

25

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


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


AA-tRNA合成酶

AA-tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA特异性结合

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氨酰-tRNA合成酶

AA+tRNA+ATP → AA-tRNA+AMP+PPi

AA+ATP+酶(E) → E-AA-AMP+PPi

E-AA-AMP+tRNA → AA-tRNA+E+AMP

酶

氨基酸活化

氨酰基转移


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


目录


tRNA

核糖体核糖体的结构

核糖体的功能


核糖体的结构

由大小两个亚基组成

1/3的蛋白和2/3的RNA （原核）

2/5的蛋白和3/5的RNA （真核）

30

S

L

原核生物核糖体

核糖体蛋白

rRNA

核糖体蛋白

rRNA

70S 30S + 50S


70S = 50S + 30S ?S = MD(1-vρ)/RT

S 沉降系数 M 分子量 v 粒子密度的倒数 ρ 溶剂密度，R 气体摩尔常数，T 绝对温度 D 扩散系数 D = kBT/6πηRh

kB玻尔兹曼常数，T 绝对温度 η 溶剂粘度， Rh 粒子尺寸

31

大的粒子扩散系数小

常数


各类 rRNA

原核生物

• 30S 小亚基• 16S: 与mRNA结合

• 50S 大亚基• 5S: 与tRNA结合

• 23S

真核生物

• 40S 小亚基• 18S：与mRNA结合

• 60S 大亚基• 5S

• 5.8S：与tRNA结合

• 28S


原核生物 rRNA

5S rRNA: 有两个高度保守的区域CGAAC 与tRNA上的TΨC臂上的GTΨCG识别GCGCCGAAUGGUAGU 与23S rRNA互补，是与50S核糖体大亚基作用的位点

16S rRNA3’端ACUCCUUA与mRNA5‘端富含嘌呤的序列互补靠近3’端还有一段与23S rRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用


原核生物 rRNA

23S rRNA存在与tRNAMet序列互补的片段

近5’端有与5S rRNA互补的片段


真核生物rRNA

5.8S rRNACGAAC 与tRNA上的TΨC臂上的GTΨCG识别与5S rRNA功能相似

18S rRNA酵母的18S rRNA的3’端与大肠杆菌16SrRNA具有广泛的同源性

28S rRNA功能还不清楚


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


三个tRNA结合位点

37

http://www.sparknotes.com/biology/molecular/translation/section3.rhtml

A位点Aminoacyl site氨酰的位点

P位点Peptidyl site成肽的位点

E位点Exit site退出的位点


三个tRNA结合位点

38

http://wwwd43.cpc.com.tw/df_ufiles/d/s_%E4%B8%AD%E6%B2%B9%E6%96%B0%E9%98%BF%E9%87%8C%E5%B1%B1%E5%8A%A0%E6%B2%B9%E7%AB%99%E8%A8%AD%E8%A8%88%E5%9C%96.jpg

A位点：准备加油

P位点：加油

E位点：离开


目录


tRNA

核糖体核糖体的结构

核糖体的功能


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


小结

特殊密码子：起始密码子和终止密码子

tRNA的三叶草结构和L形结构

tRNA的功能

核糖体的结构


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


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


亲水的天然氨基酸碱性氨基酸

酸性氨基酸

中性氨基酸

精氨酸赖氨酸组氨酸

天冬氨酸谷氨酸

天冬酰胺谷酰胺

丝氨酸苏氨酸

酪氨酸


疏水的天然氨基酸

丙氨酸异亮氨酸亮氨酸

缬氨酸

色氨酸苯丙氨酸半胱氨酸甲硫氨酸

脯氨酸


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