蛋白质翻译()
蛋白质组学(Proteomics)

4.蛋白质组研究的新技术 蛋白质组研究的新技术 双向凝胶电泳存在繁琐、不稳定和低灵敏度等 缺点。发展可替代或补充双向凝胶电泳的新方法已 成为蛋白质组研究技术最主要的目标。目前,二维 色谱 (2D-LC)、二维毛细管电泳 (2D-CE)、液相色 谱-毛细管电泳 (LC-CE) 等新型分离技术都有补充 和取代双向凝胶电泳之势。另一种策略则是以质谱 技术为核心,开发质谱鸟枪法(Shot-gun)、毛细管 电泳-质谱联用 (CE-MS)等新策略直接鉴定全蛋白质 组混合酶解产物。随着对大规模蛋白质相互作用研 究的重视,发展高通量和高精度的蛋白质相互作用 检测技术也被科学家所关注。此外,蛋白质芯片的 发展也十分迅速,并已经在临床诊断中得到应用。
蛋白质组学(Proteomics)
主讲:甘光华
一.概念
蛋白质组学(Proteomics)一词,源于蛋白 质(protein)与 基因组学(genomics)两个 词的组合,意指“一种基因组所表达的全套 蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所 表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是 在大规模水平上研究蛋白质的特征,包括蛋 白质的表达水平,翻译后的修饰,蛋白与蛋 白相互作用等,由此获得蛋白质水平上的关 于疾病发生,细胞代谢等过程的整体而全面 的认识,这个概念最早是由Marc Wilkins 在 1995年提出的。
四.蛋白质组学技术 蛋白质组学技术
蛋白质组学技术的发展已经成为现代生 物技术快速发展的重要支撑,并将引领生物 技术取得关键性的突破。蛋白组学技术主要 包括双向凝胶电泳、等电聚焦、生物质谱分 析及非凝胶技术。
1.双向凝胶电泳 双向凝胶电泳 双向凝胶电泳的原理是第一向基于蛋白质的等 电点不同用等电聚焦分离,第二向则按分子量的不 同用SDS-PAGE分离,把复杂蛋白混合物中的蛋白 质在二维平面上分开。由于双向电泳技术在蛋白质 组与医学研究中所处的重要位置,它可用于蛋白质 转录及转录后修饰研究,蛋白质组的比较和蛋白质 间的相互作用,细胞分化凋亡研究,致病机制及耐 药机制的研究,疗效监测,新药开发,癌症研究, 蛋白纯度检查,小量蛋白纯化,新替代疫苗的研制 等许多方面。近年来经过多方面改进已成为研究蛋 白质组的最有使用价值的核心方法。
分子生物学--蛋白质的翻译课件

Initiation requires factors and free subunits
(2)细菌中有三种起始因子 IF-3:稳定30S亚基;辅助 30S亚基与mRNA上起始点特 异性结合; IF-1:与30S亚基结合在A位, 阻止氨酰-tRNA进入;阻止 30S与50S亚基结合。 IF-2:结合特定起始因子 tRNA,控制它进入核糖体; 有核糖体依赖GTP酶活性;
5.1.2 氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误
◆蛋白质合成真实性主要决定于:
tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的 正确位置。 ◆氨酰-tRNA合成酶会引入两种错误:
一种是将错误的氨基酸加在正确的tRNA上; 另一种是将正确的氨基酸加在错误的tRNA上。 前者现错的可能性更大。
Error rates differ at each stage of gene expression
Eplroontegiantibo5yn.2tRr.ai3bno蛋ssfoe白rmfer质omm合ovpee成spta的idloyn三l-gtR个mNRA阶NtAo段,aem简xitne介onadcinygl-tRNA
Termination Polypeptide chain is released from tRNA, and ribosome dissociates from mRNA
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中,mRNA的编码方向是 5`→3`,从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后,密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格,直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA
第五章 蛋白质的翻译2

翻译后易位
post-translational translocation
◆蛋白质翻译完成后从核糖体上释放,然合
扩散至合适靶膜并与易位装置结合。
◆蛋白质合成时,其核糖体不与任何细胞器
相连,称游离核糖体(free ribosome)
细胞器官
线粒体 叶绿体 细胞核 过氧化物酶体
信号位置
类型
长度
蛋白质翻译完成后从核糖体上释放,然 合扩散至合适靶膜并与易位装置结合。
① ② ③
④
⑤
An N-terminal signal sequence is hydrophobic
牛生长素的信号肽序列 信号肽的作用是引导蛋白质的跨膜
2.2.3 信号肽与蛋白质转运的关系
(1)完整信号肽是保证蛋白质转运的必要条件; (2)仅有信号肽不足以保证蛋白质转运发生; (3)信号序列切除并不是转运所必需; (4)并非所有运转蛋白质都有可降解的信号肽。
(2)穿越过氧化物酶体膜
(peroxisome)
膜上也有类似的装置,但底物蛋白质并不直
接与其结合。需载体蛋白协助穿过膜。
蛋白质在细胞质中通过 与载体蛋白结合一起穿 越过氧化物酶体膜通道, 穿过之后释放载体蛋白。
(3)穿越细胞核膜
向核内转运需更大更复杂的装置,即核 孔(nuclear pore )。由载体蛋白与底
The signal sequence initiates membrance entry
2.3 翻译后易位
2.3.1 前导肽及其特性
2.3.2 蛋白质穿越不同器膜的过程
2.3.1 前导肽及其特性
翻译后跨膜易位的蛋白质,前体一般 含前导肽(leader peptide),前导肽在跨 膜运转中起重要作用。 过膜后,前导肽水解,蛋白质变为有 功能的蛋白质。
分子生物学-第四章蛋白质的翻译

教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求:掌握遗传密码的构成及特点。
遗传密码的破译;密码的简并性与变偶假说;密码子的使用频率;起始密码子与终止密码子;遗传密码的突变;重叠密码。
掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。
核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌。
重点:密码的简并性与变偶假说;密码子的使用频率;起始密码子与终止密码子;重叠密码。
核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌难点:核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌。
思考题:1、以Prok.为例,说明蛋白质翻译终止的机制。
2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。
3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。
4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。
第四章蛋白质翻译(Protein Translation)概述:蛋白质翻译是基因表达的第二步,tRNA在翻译过程中起“译员”的作用,参与翻译的RNA 除tRNA外,还有rRNA 和mRNA;tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体,tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现,tRNA通过其自身的anticodon而识别codon,密码子有自身的特性,三联体前两个重要通用性摇摆性,有一定的使用效率;多种翻译因子组成翻译起始复合物,完成翻译的起始、延伸和终止,并且保证其准确性。
蛋白质的生物合成翻译3(共51张PPT)

配对将AUG(或GUG,UUG)密码子带到核糖体的起始位置 上 。 fMet-tRNA 与小亚基上的A位点结合。
2. 70S起始复合物的形成
30S起始复合物一旦完全形成后,IF3即释放出来。50S大亚 基参加进来,并引起GTP水解和释放其它两个起始因子,最后
ATP与GTP提供。
蛋白质的生物合成过程主要包括:合成的起始;肽链的延伸;合 成的终止与多肽链释放。
一、氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成
1. 氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成过程
氨基酸不能直接与模板相结合,必须首先与相应的tRNA结合, 形成氨酰基‐tRNA。这一过程就是氨基酸的激活。
将氨基酸接合于tRNA以形成氨酰基‐tRNA的激活反应是在氨酰 基‐tRNA合成酶的催化作用下进行的,需要ATP提供能量 。这个反 应是不可逆转的 。
2. 真核生物mRNA为单顺反子;原核生物mRNA为多顺反子。
3. 原核生物的mRNA的5’-端有SD序列。许多真核mRNA的AUG上游 存在Kozak(CCACC)序列。
4. 真核生物的成熟mRNA需要从细胞核中进入细胞质,才能参与蛋 白质的翻译;而原核生物的转录与翻译偶联在一起。
(二)遗传密码
Together with models in the corresponding orientation. The complete 70S ribosome has an asymmetric construction. The partition between the head and body of the small subunit is aligned with the notch of the large subunit, so that the platform of the small subunit fits into the large subunit. There is a cavity between the subunits which contains some of the important sites.
第四章蛋白质的翻译

色氨酸-tRNA的分离
用20种AA-tRNA做20组同样的实验, 每组都含20种AA-tRNA和各种三核苷 酸,但只有一种氨基酸用14C标记,看 哪一种AA-tRNA被留在滤膜上,进一 步分析这一组的模板是哪个三核苷酸, 从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测 知该氨基酸的密码子。例如,模板是 UUU时,Phe-tRNA结合于核糖体上, 可知UUU是Phe的密码子。
摆动假说:
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,可以“摆动”,因而使某些tRNA可以识别1个 以上的密码子;
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸,凡是第一、二位碱基不同的 密码子都对应于各自独立的tRNA。原核有30-45种tRNA,真核有50种 tRNA。 I: Inosine is formed by deamination of adenosine after tRNA synthesis
4.2 tRNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位,它不但为每个三 联密码子翻译成氨基酸提供了接合体,还为准确无误地将 所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体,所以,它又 被称为第二遗传密码。
tRNA参与多种反应,并与多种蛋白质和核酸相互识 别 ,这就决定了它们在结构上存在大量的共性。
4.2.1 tRNA的结构 1、tRNA的二级结构
1954年科学家对破译密码首先提出了设想: A. 若一种碱基对应与一种氨基酸,那么只可能产生4种氨基酸; B. 若2个碱基编码一种氨基酸的话,4种碱基共有42=16种不同的排列
组合; C. 3个碱基编码一种氨基酸,经排列组合可产生43=64种不同形式; D. 若是四联密码,就会产生44=256种排列组合。
贮 存 在 DNA 上 的 遗 传 信 息 通 过 mRNA 传 递 到 蛋 白 质 上 , mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。 mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸, 这3个核苷酸就称为密码,也叫三联子密码。
5蛋白质的翻译

proteins,r-proteins)组成,rRNA 组成总分子量的 60%~65%。核糖体的相对大小常常用 沉降系数单位来表示。大肠杆菌的核糖体称为 70S 核糖体,其中的小亚基称为 30S 核糖体, 大亚基称为 50S 核糖体(图 5-8) 。小亚基包含 21 种不同的蛋白质(被称为 S1 一 S21)和 16SrRNA。大亚基由 33 种蛋白质(被命名为 L1~L33)和 23S 及 5SrRNAs 组成(图 5-9)。真核 核糖体称为 80S 核糖体,其中 40S 小亚基包含 33 种蛋白质和 18SrRNA,而 60S 大亚基包含 50 种蛋白质(图 5-9)和 3 种 rRNA (28S, 5.8S 和 5S) 。 真核 5.8SrRNA 与细菌 23SrRNA 的 5SrRNAs 部分同源(表 5.1) 。古细菌核糖体类似于细菌核糖体,但有些包含与真核相同的特别亚基。
组织上,原核生物与真核生物有重要的差别(图 5.1、图 5.2 和图 5.3) 。原核生物的 mRNA 的第一个密码子 AUG 上游的一个重要特征就是 Shine-Dalgarno 序列,而真核生物 mRNA 除
第一个密码子 AUG 的上游是核糖体小亚基扫描 AUG 的信号序列(CCACC)外, 5’端非翻译区 上游为帽子结构, 3’端非翻译区内有多聚腺苷化的信号 AAUAAA 以及其下游的多聚 A 尾巴。 mRNA 是由 DNA 的模板链转录而来, 其序列与编码链相同与模板链互补。 mRNA 的 5’ →3 ’ 三联体密码子序列与蛋白质 N 端到 C 端的氨基酸序列线形相关。原核生物 mRNA 的转录和翻 译发生在时间与空间上具有相对的同一性,其 mRNA 通常不稳定,在合成后的几分钟内翻译 成蛋白质。 真核 mRNA 的合成与成熟都在核内, 成熟的 mRNA 被运往胞质, 作为模板翻译蛋白 质 , 其 稳 定 性 相 对 较 高 , 达 几 小 时 。
蛋白质的翻译过程

起始密码
➢肽链合成的起始
❖30s起始复合物形成
1.核糖体亚基的拆离
2.mRNA在小亚基上就位 3.fmet-tRNAfmet的结合
起始序列(SD 序列)
30S小亚基与mRNA识别、结 合
IF1、IF3协助 fmet-tRNAfmet -IF2-GTP 通 过
其反密码与mRNA上的起始密
码
AUG相配对
蛋白质的生物合成-翻译
分子生物学的中心法则(central dogma)
复制 DNA
RNA复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
2
翻译(蛋白质的生物合成)
蛋白质生物合成体系
➢以氨基酸为原料
➢以mRNA为模板 ➢以tRNA为运载工具 ➢以核糖体为合成场所
➢起始、延长、终止各阶段蛋白因子 参与合成后加工成为有活性蛋白质
❖氨基酰tRNA合成 酶
❖催化反应
❖氨基酰tRNA
氨基酰tRNA合成酶
A.A+特异tRNA
氨基酰tRNA
ATP AMP+PPi
氨基酸 பைடு நூலகம் ATP-E 氨基酰-AMP-E + PPi
氨基酰-AMP-E+tRNA 氨基酰tRNA+AMP+E (-COOH) (3’-CCA-OH)
16
2 、氨基酰tRNA合成酶 的高度专一性
➢核糖体与特异蛋白质、mRNA、tRNA的反应 部位
➢新技术 低温电子显微镜技术 中子散射技术
14
第二节 蛋白质合成的过程
原核生物 氨基酸的活化与转运 肽链合成的起始 肽链的延长 “核糖体循环” 肽链合成的终止 蛋白质的加工、修饰
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CAA 翻译
在肝中剪接后的 mRNA 编码了 4563aa 的载脂蛋白
UAA 翻译
肠中的 mRNA 经编辑 产生了终止密码子,在 2153aa 处终止合成
图 13-42 载脂蛋白的基因 ApoB 在肠中经过编辑, 引入终止密码子,不能翻译成完整的载脂蛋白。 (参考 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig31.14)
上次讲解内容
一、顺式作用元件与反式作用因子(重点) 二、真核生物RNA的转录过程 三、真核生物RNA转录后加工(重点) 1. 5’加帽; 2. 3’加尾; 3. 选择性剪接; 4. RNA编辑 四、RNA编辑
碱基的突变
C变为U
ApoB 基因有 29 个外显子
CAA
第 2153 个密码子编码 Glu 编辑
上次讲解内容
一、顺式作用元件与反式作用因子(重点) 二、真核生物RNA的转录过程 三、真核生物RNA转录后加工(重点) 四、RNA编辑
(一)转 录起始
TATA
TFIIH TFIIH
TFIIB
RNA-polⅡ的转录因子
因子 RNA pol II TFII D TFII A TFII B TFII H TFII E TFII F 功能 依赖模板合成RNA 通过TATA-box结合蛋白(TBP)识别TATA-box,与TATA-box 形成稳定复合物,使启动子进入转录起始状态中。 稳定TFII D与TATA-box的结合。 结合于TATA-box的下游,促使RNA酶组装到转录因子复合物内 磷酸激酶活性,可以使RNA酶II的CTD磷酸化,转化为高转录 活性的酶 ATPase,提供能量 解旋酶,解开DNA双螺旋
蛋白质翻译的全过程
一、蛋白质合成的装备
蛋白质翻译(translation)
蛋白质的生物合成又称翻译。 它是以mRNA 为模板,在核糖体上由tRNA解读,将贮存 于mRNA中的密码序列转变为氨基酸序列, 合成多肽链的过程。
tRNA如何解读mRNA的信息?
UAC
UAC
UAC UAC
M
L
A
R
蛋白质翻译的装置
参与蛋白质翻译的装置有:mRNA、tRNA和核糖体。此 外还有许多酶和辅助蛋白因子参与这一过程。 mRNA:携带密码的信使,翻译的模板; tRNA:转运氨基酸、识读密码子; 核糖体:由rRNA与多种核糖体蛋白构建核糖体,成为 翻译的场所。
翻译的模板:mRNA
5’UTR
(5’非翻译区) AUG 帽
Coding Region (编码区)
4. RNA编辑造成的编码碱基的变化可以使得翻译后 的蛋白发生很大的改变。这是自然界产生功能多样 性的手段之一。自然界正是如此使一种功能蛋白, 略加修改形成另一种新的功能蛋白。通过这种方式 ,自然界利用有限数量的基因造成更大的复杂性与 多样性。
本次讲解内容
一、蛋白质合成的装备: 1. mRNA (模板) 2. tRNA(运载工具)(重点) 3. 核糖体(场所) 二、密码子与反密码子 三、复习题
UAA
3’UTR
AAA
Open reading frame(开放阅读框), ORF (3’非翻译区)
op codon(终止密码) UAG UGA UAA
开放阅读框(open reading frame, ORF): mRNA中从起始密码子(AUG)到终止密 码子(UAA、UAG或UGA)的核酸序列, 它可以编码一条完整的多肽链。
原核生物的核糖体结合位点(SD序列)
SD序列:在mRNA起始密码子AUG上游10个碱 基左右处,有一段富含嘌呤的碱基序列(保守序 列:AGGAGGU),能与细菌16S rRNA3’端识别, 帮助从起始AUG处开始翻译。
16s rRNA
核糖体小亚基
3’
UCCUCCAUA
AGGAGGU
5’
AUG
mRNA
作为翻译的模板,mRNA必须具备两个特征: 1. 一段可翻译的密码序列(开放阅读框,ORF); 2. 核糖体结合位点( ribosome binding site, RBS)。
• 核糖体结合位点(ribosome binding site, RBS): mRNA上的特异性序列,核糖体可 以识别并结合这一序列来启动翻译过程。 在原核生物中该序列称为SD(ShineDalgarno)序列,在真核生物中则称为 Kozak序列。
锥虫coxII
基因的编辑
T
UAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUUUUUUAUAUUUA UUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTT UAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUUGAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTT UUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAUUUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图 13-44 锥虫 (T.brucei) coxⅡ基因的部分 RNA 顺序。很多 U(红色)在 DNA 中未编码,而另一些在 DNA 中编码的 T(紫色)在 mRNA 中被删除了。(参考 B.Lewin:《GENES》 Ⅵ,1997,Fig31.16)
可变环,用于 tRNA的分类
与mRNA三联体 密码子配对
反密码子环
3’
5’
3’
mRNA
AAAAA 3’
5’
真核生物的核糖体结合位点
• 真核生物mRNA第一个密码子AUG的上游 通常是CCACC,它是核糖体结合的位点, 常称为Kozak序列
转运氨基酸 的工具:tRNA
氨基酸接 受位点
与氨基酰 tRNA 合成 酶结合,促 使形成氨基 酰tRNA
与核糖体大亚基 5s rRNA 结合, 稳定翻译装置
RNA编辑的生物学意义
1. mRNA编辑较大程度地改变了DNA的遗传信息, 对基因的进化等有一定的作用。(通过基因编辑 ,可能产生新的突变或恢复正确的阅读框,消除 基因移码突变等。) 2. mRNA编辑可以形成或删除AUG,UAA,UAG, UGA,改变编码信息,扩大编码的遗传信息量。 3. 是对中心法则的发展。