生物信息的傳遞——從mRNA到蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的最終產(chǎn)物，它的生物合成包括：
1宴霸，翻譯的起始
2囱晴，肽鏈的延伸
3，肽鏈的終止及釋放
密碼子的簡(jiǎn)并性
按照1個(gè)密碼子由3個(gè)核苷酸組成的原則瓢谢，4種核苷酸可組成64個(gè)密碼子畸写，現(xiàn)在已經(jīng)知道其中61個(gè)編碼氨基酸的密碼子，另外3個(gè)即UAA, UGA, UAG并不代表任何氨基酸氓扛，它們是終止密碼子枯芬，不能與tRNA的反密碼子配對(duì)，但能被終止因子或釋放因子識(shí)別采郎，終止肽鏈的合成破停。細(xì)菌中終止密碼子常用UAA, UGA比UAG使用頻率更高點(diǎn)，但UGA出錯(cuò)的可能性更大尉剩。
實(shí)際上真慢，除了甲硫銨酸( ATG)和色氨酸( UGG)只有一個(gè)密碼子外，其他氨基酸都有一個(gè)以上的密碼子理茎。由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱(chēng)為簡(jiǎn)并黑界，對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸的密碼子稱(chēng)為同義密碼子(synonymous codon)管嬉。另外，AUG和GUG既是甲硫銨酸及纈氨酸的密碼子又是起始密碼子朗鸠，這種雙重功能在生物學(xué)上的意義尚不清楚蚯撩。
同義密碼子一般不是隨機(jī)分布的，因?yàn)槠涞谝恢蛘迹诙缓塑账嵬窍嗤奶タ妫谌缓塑账岬母淖儾⒉灰欢ㄓ绊懰幋a的氨基酸，這種安排減少了變異對(duì)生物的影響忆家。一般來(lái)說(shuō)犹菇，編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率越高芽卿，只有精氨酸是個(gè)例外揭芍，因?yàn)镃G雙聯(lián)子出現(xiàn)的頻率較低，所以盡管有6個(gè)同義密碼子卸例，蛋白質(zhì)中精氨酸的出現(xiàn)頻率仍不高称杨。
密碼子雖具有通用性，但也發(fā)現(xiàn)極少數(shù)例外筷转。
擺動(dòng)假說(shuō)
根據(jù)擺動(dòng)假說(shuō)姑原，在密碼子與反密碼子配對(duì)中，前兩對(duì)嚴(yán)格尊守堿基配對(duì)原則呜舒，第三對(duì)堿基有一定的自由度页衙，可以"擺動(dòng)"，因而使某些tRNA可以識(shí)別1個(gè)以上的密碼子阴绢。
反密碼子第一位(位數(shù)看上圖)為A或C時(shí)只能識(shí)別1種密碼子店乐，為G或U時(shí)可以識(shí)別2種密碼子，為I時(shí)可識(shí)別3種密碼子呻袭。
tRNA：tRNA的3'端都以CCA-OH結(jié)束眨八，該位點(diǎn)是tRNA與相應(yīng)氨基酸結(jié)合的位點(diǎn)。
左电。镶殷。惰许。。。堤魁。
tRNA的L形三級(jí)結(jié)構(gòu)
tRNA的種類(lèi)：1泵督，起始tRNA和延伸tRNA?
2司草，同工tRNA? 多個(gè)tRNA來(lái)識(shí)別同一種氨基酸的密碼子授段。
3，校( jiao)正tRNA
核糖體
在真核生物中涩哟，大多數(shù)正在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的核糖體都不是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)自由漂浮索赏，而是直接或間接與細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)有關(guān)聯(lián)或者與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)相連盼玄。與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成微粒體潜腻。
核糖體包括兩個(gè)亞基埃儿，大亞基約為小亞基相對(duì)分子質(zhì)量的兩倍。按照慣例融涣，大童番，小亞基的命名是根據(jù)離心時(shí)的沉降速率而定的。原核生物：50S和30S, 完整核糖體70S
真核生物：60S和40S 兩個(gè)亞基組成80S的核糖體威鹿。
蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制
1剃斧，氨基酸的活化
氨基酸必須在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸——AA-tRNA。
2专普，翻譯的起始
蛋白質(zhì)合成的起始需要核糖體大小亞基，起始tRNA和幾十個(gè)蛋白因子的參與弹沽，在模板mRNA編碼區(qū)5'端形成核糖體-mRNA-起始tRNA 復(fù)合物并將甲酰甲硫銨酸放入核糖體P位點(diǎn)檀夹。
原核生物的起始tRNA是。策橘。炸渡，真核生物是甲硫銨酸。原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合.....( page137)
5'-AGGAGGU-3'序列丽已，這個(gè)富嘌呤區(qū)被命名為SD序列(ShineDalgarno sequence),它與30S亞基上16S rRNA 3'末端的富嘧啶區(qū)序列5'-GAUCACCUCCUUA-3'相互補(bǔ)蚌堵。
mRNA的，與核糖體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合的沛婴，吼畏，能與16S rRNA配對(duì)的核苷酸的數(shù)目及這些核苷酸到起始密碼子之間的距離是不一樣的，反映了起始信號(hào)的不均一性嘁灯。(也就是SD序列泻蚊，與16S rRNA結(jié)合的核苷酸其數(shù)目及到起始密碼子的距離都是不同的)。一般來(lái)說(shuō)丑婿，相互補(bǔ)的核苷酸越多性雄，30S亞基與mRNA起始位點(diǎn)結(jié)合的效率也越高「睿互補(bǔ)的核苷酸與AUG之間的距離也會(huì)影響mRNA-核糖體復(fù)合物的形成及其穩(wěn)定性秒旋。page138
肽鏈的延伸
與翻譯的起始不同，蛋白質(zhì)延伸機(jī)制在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞之間是非常相似的诀拭。起始復(fù)合物生成迁筛，第一個(gè)氨基酸( fMet/Met-tRNA)與核糖體結(jié)合以后，肽鏈開(kāi)始伸長(zhǎng)耕挨。按照mRNA模板密碼子的排列瑰煎，氨基酸通過(guò)新生肽鍵的方式被有序地結(jié)合上去铺然。肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個(gè)氨基酸就是一個(gè)循環(huán)酒甸，每個(gè)循環(huán)包括AA-tRNA與核糖體結(jié)合魄健，肽鍵的生成和移位。
后續(xù)AA-tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下插勤，生成AA-tRNA·EF-Tu·GTP復(fù)合物沽瘦，然后結(jié)合到核糖體的A位點(diǎn)上。這時(shí)GTP被水解釋放农尖，通過(guò)延伸因子EF-Ts再生GTP析恋，形成EF-Tu·GTP復(fù)合物，進(jìn)入新一輪循環(huán)盛卡。
模板上的密碼子決定了那種AA-tRNA能被結(jié)合到A位點(diǎn)上滑沧。由于EF-Tu只能與fMet-tRNA以外的其他AA-tRNA起反應(yīng)并村，所以起始tRNA不會(huì)被結(jié)合到A位點(diǎn)上，這就是mRNA內(nèi)部的AUG不會(huì)被起始tRNA讀出滓技，肽鏈中間不會(huì)出現(xiàn)甲酰甲硫銨酸的原因哩牍。
肽鍵的形成：
經(jīng)過(guò)上一步反應(yīng)后，在? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 核糖體·mRNA·AA-tRNA 復(fù)合物中令漂，? ? ? ? AA-tRNA占據(jù)A位點(diǎn)膝昆，fMet-tRNA^fMet占據(jù)P位點(diǎn)。在肽基轉(zhuǎn)移酶(peptidyl transferase)的催化下叠必，A位點(diǎn)上的AA-tRNA轉(zhuǎn)移到P位點(diǎn)荚孵，與fMet-tRNA^fMet上的氨基酸生成肽鍵。起始tRNA在完成使命后離開(kāi)核糖體P位點(diǎn)纬朝，A位點(diǎn)準(zhǔn)備接受新的AA-tRNA,開(kāi)始下一輪合成反應(yīng)处窥。
移位
肽鍵延伸過(guò)程中最后一步反應(yīng)是移位，即核糖體向mRNA 3'端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子玄组。此時(shí)滔驾，仍與第二個(gè)密碼子相結(jié)合的二肽酰-tRNA2從A位點(diǎn)進(jìn)入P位點(diǎn)，去氨酰tRNA被擠入E位點(diǎn)俄讹，mRNA上的第三位密碼子則對(duì)應(yīng)于A位點(diǎn)哆致。EF-G是移位所必需的蛋白質(zhì)因子，移位的能量來(lái)自另一分子GTP水解患膛。
肽鏈的終止
肽鏈的延伸過(guò)程中摊阀，當(dāng)終止密碼子UAA,UAG,或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位點(diǎn)時(shí)，沒(méi)有相應(yīng)的AA-tRNA能與之結(jié)合，而釋放因子( release factor,RF)能識(shí)別這些密碼子并與之結(jié)合胞此，水解P位點(diǎn)上多肽鏈與tRNA之間的二脂鍵臣咖。
釋放因子有兩類(lèi):Ⅰ類(lèi)釋放因子，Ⅱ類(lèi)釋放因子
蛋白質(zhì)前體的加工
1漱牵，N端fMet或Met的切除
2刁赦，二硫鍵的形成
mRNA中沒(méi)有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質(zhì)都好有二硫鍵闻镶，這是蛋白質(zhì)合成后通過(guò)兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成的甚脉。二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)定蛋白的天然構(gòu)象具有重要作用。
3铆农，特定氨基酸的修飾
氨基酸側(cè)鏈的修飾作用包括磷酸化牺氨，糖基化，甲基化墩剖，乙鹾锇迹化，泛素化涛碑，羥基化精堕，羧基化孵淘。
4蒲障，切除新生肽鏈中的非功能片段
蛋白質(zhì)的折疊
。瘫证。揉阎。有些蛋白質(zhì)只有在另一些蛋白質(zhì)存在的情況下才能正確完成折疊過(guò)程，形成功能蛋白質(zhì)背捌。分子伴侶(molecular chaperone)是目前研究比較多的能夠在細(xì)胞內(nèi)輔助新生肽鏈正確折疊的蛋白質(zhì)毙籽。它是一類(lèi)序列上沒(méi)有相關(guān)性但有共同功能的保守性蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)能幫助其他多肽進(jìn)行正確的折疊毡庆，組裝坑赡，運(yùn)轉(zhuǎn)和降解。目前認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)至少有兩類(lèi)分子伴侶家族么抗，即熱休克蛋白(heat shock protein)家族和伴侶素( chaperonin)
蛋白質(zhì)合成的抑制劑
蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑主要是一些抗生素毅否，如嘌呤霉素，鏈霉素蝇刀，四環(huán)素螟加，氯霉素，紅霉素等，此外捆探，如5-甲基色氨酸然爆，環(huán)己亞胺，白喉毒素黍图，干擾素曾雕，蓖麻蛋白和其他核糖體滅活蛋白等都能抑制蛋白質(zhì)的合成。
蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制
核糖體是真核生物細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所雌隅，幾乎在任何時(shí)候翻默，都有數(shù)以百計(jì)或千計(jì)的蛋白質(zhì)離開(kāi)核糖體并被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)基質(zhì)，細(xì)胞核恰起，線粒體修械，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體，葉綠體等各個(gè)部分检盼，補(bǔ)充和更新細(xì)胞功能肯污。
蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)可分為兩大類(lèi)：若某個(gè)蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生的，則屬于翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制吨枉；若蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)蹦渣，則屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。如下表貌亭，分泌蛋白大多是以翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制運(yùn)輸?shù)摹?/p>
翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制
信號(hào)肽假說(shuō)：這一假說(shuō)認(rèn)為柬唯，蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)也是由mRNA編碼的。在起始密碼子后圃庭，有一段編碼疏水性氨基酸序列的RNA區(qū)域锄奢，這個(gè)氨基酸序列被稱(chēng)為信號(hào)肽( single peptide)。信號(hào)序列在結(jié)合核糖體上合成后便與膜上特定受體相互作用剧腻，產(chǎn)生通道拘央，允許這段多肽在延長(zhǎng)的同時(shí)穿過(guò)膜結(jié)構(gòu)，因此书在，這種方式是邊翻譯邊跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)灰伟。
絕大部分被運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)都帶有一個(gè)信號(hào)肽，該序列常常位于蛋白質(zhì)的氨基末端儒旬，長(zhǎng)度一般為13~36個(gè)殘基栏账，有如下3個(gè)特點(diǎn)：1，一般帶有10~15個(gè)疏水氨基酸栈源；2挡爵，在靠近該序列N端常常有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的氨基酸；3凉翻，在其C末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處常常有數(shù)個(gè)極性氨基酸了讨，離切割位點(diǎn)最近的那個(gè)氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈(丙氨酸或甘氨酸)捻激。
根據(jù)信號(hào)肽假說(shuō)，同細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中其他蛋白質(zhì)的合成一樣前计，分泌蛋白的生物合成開(kāi)始于結(jié)合核糖體胞谭，當(dāng)翻譯進(jìn)行到50~70個(gè)氨基酸殘基之后，信號(hào)肽開(kāi)始從核糖體的大亞基露出男杈，被糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體識(shí)別丈屹，并與之相結(jié)合。信號(hào)肽過(guò)膜后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的信號(hào)肽酶水解伶棒，正在合成的新生肽隨之通過(guò)蛋白孔道穿越疏水的雙層磷脂旺垒。一旦核糖體移到mRNA的"終止"密碼子，蛋白質(zhì)合成即告完成肤无，翻譯體系解散先蒋，膜上的蛋白孔道消失，核糖體重新處于自由狀態(tài)宛渐。
關(guān)于信號(hào)肽：
1竞漾，完整的信號(hào)肽是保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件
2，僅有信號(hào)肽還不足以保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)生
3窥翩，信號(hào)肽的切除并不是運(yùn)轉(zhuǎn)所必須的
4业岁，并非所有的運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)都有可降解信號(hào)肽
下圖中：SRP：signal relognition particle,信號(hào)識(shí)別顆粒。? DP：涂芪茫靠蛋白? docking protein,又稱(chēng)SRP受體笔时。SRP能同時(shí)識(shí)別正在合成需要通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的新生肽和自由核糖體，它與這類(lèi)核糖體上新生蛋白的信號(hào)肽結(jié)合是多肽正確運(yùn)轉(zhuǎn)的前提仗岸，但同時(shí)也導(dǎo)致了該多肽合成的暫時(shí)終止(此時(shí)新生肽一般長(zhǎng)70和殘基左右)允耿。SRP-信號(hào)肽-多核糖體復(fù)合物即被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與SRP的受體——DP相結(jié)合。
翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：
線粒體DNA信息含量有限爹梁，大部分線粒體蛋白質(zhì)都是由核DNA編碼的右犹。在自由核糖體上合成提澎。通過(guò)翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制
核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：
泛素化修飾介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解：
泛素(ubiquitin)是一類(lèi)低相對(duì)分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)姚垃，只有76個(gè)氨基酸殘基，序列高度保守(從酵母和人細(xì)胞中提取的泛素幾乎是完全相同的!)泛素化是指泛素分子在泛素激活酶盼忌，結(jié)合酶积糯，連接酶等的作用下，對(duì)靶蛋白進(jìn)行特異性修飾的過(guò)程谦纱，在該過(guò)程中看成，泛素C端甘氨酸殘基通過(guò)酰胺鍵與底物蛋白的賴(lài)氨酸殘基的ε氨基結(jié)合。在蛋白質(zhì)分子的一個(gè)位點(diǎn)上可結(jié)合單個(gè)或多個(gè)泛素分子跨嘉。
泛素化修飾涉及泛素激活酶E1川慌，泛素結(jié)合酶E2和泛素連接酶E3等3個(gè)酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)：首先在ATP提供能量的情況下，泛素激活酶E1黏附在泛素分子尾部的Cys(半胱氨酸)殘基上激活泛素，E1酶再將激活的泛素分子轉(zhuǎn)移到泛素結(jié)合酶E2上梦重，再由E2酶和一些種類(lèi)不同的泛素連接酶E3酶共同識(shí)別靶蛋白兑燥，對(duì)其進(jìn)行泛素化修飾。根據(jù)E3與靶蛋白的相對(duì)比例可以對(duì)靶蛋白進(jìn)行單泛素化修飾和多泛素化修飾琴拧。E3酶的外形就像一個(gè)夾子降瞳，將靶蛋白固定在中間的空隙內(nèi)。蛋白質(zhì)被泛素化以后蚓胸，被標(biāo)記的蛋白質(zhì)常被運(yùn)送到相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)1*10^6的蛋白降解體系中直到該蛋白被完全降解挣饥。蛋白質(zhì)的泛素化修飾是翻譯后修飾的一種常見(jiàn)形式。
蛋白質(zhì)的SUMOylation
蛋白質(zhì)的NEDDylation
蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響
成熟蛋白N端的第一個(gè)氨基酸(除已被切除的N端甲硫銨酸之外沛膳，但包括翻譯后修飾產(chǎn)物)在蛋白質(zhì)的降解中有著舉足輕重的影響扔枫。當(dāng)某個(gè)蛋白質(zhì)的N端是甲硫銨酸，甘氨酸锹安，丙氨酸茧吊，絲氨酸，蘇氨酸和纈氨酸時(shí)八毯，表現(xiàn)穩(wěn)定搓侄。其N(xiāo)端為賴(lài)氨酸，精氨酸時(shí)话速，表現(xiàn)最不穩(wěn)定讶踪，平均2~3min就被降解了。
