答:①肽链合成的起始:多肽链合成开始时,Met和tRNAi在特定的氨基酰-tRNA合成酶催化下,生成fMet-tRNAiMet;起始因子IF2与一分子GTP以及一分子fMet-tRNAiMet生成三元复合物;这种复合物再与mRNA以及30S亚基结合,生成30S起始复合物;mRNA借助S-D序列与16S rRNA的3’-ACCUCCUUA保守序列互补,使起始密码子处于能对准大亚基P位点的位置;只有在mRNA的起始密码子正确定位后,大亚基才与30S起始复合物结合;GTP水解释放的能量改变了30S亚基和50S亚基的构象,使两亚基结合成70S的核蛋白体起始复合物(当50亚基被装配时,所有起始因子被释放此时需要GTP的水解来提供能量);在此复合物中,fMet-tRNAiMet已经结合到P位点,A位点也准备接纳能与第二个密码子配对的氨酰基-tRNA(P位点提供了特殊的分子环境,只有起始的氨基酰-tRNA可以进入,而参与延伸的氨基酰-tRNA不能进入);②肽链的延伸:当70S起始复合物形成后,由于GTP的水解和IF-2
Met
的释放同时也触发了延伸的开始;GTP水解和IF-2的释放导致fMet-tRNAi产生构象变化,是核蛋白体的肽基转移酶活性位点能与fMet-tRNAi
Met
的3’端以及与之连接的甲硫氨酸发生相互作用,肽链的延伸也随之开始了;在GTP
和延伸因子EF-T的催化下,mRNA上第二个密码子对应的氨基酰-tRNA结合到核蛋白体小亚基的A位;此时,在肽酰基转移酶的催化下,哎P位上的氨基酰的C-末端与A位上氨基酰-tRNA的氨基之间形成肽键;在其后的转位过程中,由于tRNA的离开而空出P位,新生的肽酰基-tRNA即从A位移至P位,核蛋白体沿着mRNA移动一个密码子的距离,刚好使其进入A位,如此反复循环,肽链不断延伸;③肽链合成的终止:肽链合成过程中,当mRNA上的终止密码进入核蛋白体A位时,释放因子就与A位点的终止密码子结合,这种结合改变了肽酰基转移酶活性,使肽酰基转移到水分子上;P位点上空载的tRNA以及新生成的肽链即从核蛋白体上释放下来,随后,核蛋白体再与mRNA分离,核蛋白体自身也水解成大小两个亚基(核蛋白体的解离需要消耗一分子GTP);④核蛋白体循环——多核蛋白体:
Met+tRNA氨基酰tRNA合成酶 (tRNA 、GTP、起始因子IF2)三元复合物 IF1、IF2、mRNA、30S亚基 30S起始复合物,释放IF3
IF1、IF2水解GTP改变30S亚基构象、使mRNA的起始密码子对准大亚基的P位 50S大亚基与30S小亚基结合形成70S核糖体,释放IF1、IF2—— tRNA结合到P位、A位点准备接受与第二个密码子配对的氨基酰—tRNA——核糖体的肽基转移酶活性位点与tRNA的3’端及Met相互作用,肽键延伸随之开始——在EF-Tu、EF-Ts的作用下形成氨基酰-tRNA,进入A位点 肽基转移酶 形成一个肽键——EF-G使肽基tRNA从A位到P位,A位再接受下一个氨基酰-tRNA,再形成肽键进行循环——当mRNA的终止密码子进入A位时,释放因子就与终止密码结合,改变肽基转移酶的活性———将肽基转移到水分子上P位空载的tRNA及新生的肽键从核糖体中释放出来 (笔记) 47、hsp70和hsp60的功能分别是什么?见P210
答:hsp70结合尚未离开核蛋白体的新生肽或正在穿膜的肽链,防止这些肽链因疏水区外漏而发生凝集,从而有利于肽链的正确折叠;
hsp60分子具有桶状结构,能协助尚未完成折叠或已经发生错误折叠的多肽链成为正确的折叠的活性分子; 48、试述由信号肽和导肽引导的蛋白质跨膜过程。见P222、223
答:信号肽的特点:信号肽的N端是带正电荷的氨基酸残基组成的序列,随后是10~15个疏水性氨基酸残基连续排列的疏水肽段所形成的一段α-螺旋结构;在信号序列之后的一段氨基酸残基也形成一段α-螺旋,两段α-螺旋会形成一个易于嵌入细胞膜内的发夹结构;
信号肽引导的跨膜过程:当编码分泌蛋白的mRNA与胞浆中的游离核蛋白体结合后,蛋白质的合成立即开始;首先合成的是蛋白质N-端信号肽序列,当肽链合成进行到大约50~70个氨基酸残基之后,信号肽序列已经从大亚基表面的出口通道伸出核蛋白体,SRP(SRP胞浆中存在的信号识别颗粒,主要功能是识别信号肽,由一个含有300碱基的7SRNA和6中蛋白(72、68、54、19、14、9kDa)组成的狭长的复合体)能立即与其识别、结合之,并暂时停止翻译过程,以防止分泌蛋白尚未加工成熟就进入胞浆,一旦由核蛋白体-mRNA-信号肽-SRP组成的复合物形成后立即与内质网膜表面的SRP受体(停靠蛋白(DP))结合,当DP-SRP-信号肽-核蛋白体复合物形成后,多肽链的合成也立即恢复;内质网膜的表面含有的核蛋白体受体蛋白与蛋白转运因子相连,形成跨膜通道,使信号肽及新生肽链通过,当SRP-新生肽-核蛋白体复合物被带到内质网膜的外表面后,伴随着GTP的水解,SRP和SRP受体就与带有新生肽链的核蛋白体分离,带有新生短肽链的核蛋白体随即与内质网膜上的跨膜通道蛋白结合,继续延伸的肽链沿通道蛋白进入内质网腔;新生肽链在跨膜过程中,N端的信号肽杯内质网腔内侧面的信号肽酶切除并进一步降解,其余的肽链合成完毕后就释放至内腔,然后蛋白质按照出芽过程从高尔基体转运和分泌岛细胞外; 49、简述胰岛素的分泌加工过程。见P214图
答:胰岛素原同时在PC3和PC2的作用下切除信号肽,再在羧肽酶的作用下切除C肽形成胰岛素;
50、试述乳糖操纵子的结构和调空机制。见P241、242、243
答:乳糖操纵子的结构:乳糖操纵子由调节基因I、启动基因P、操纵基因O和3个结构基因lacZ、lacY、lacA
组成;lacZ编码β-半乳糖苷酶;lacY编码β-半乳糖苷透性酶;lacA编码β-半乳糖苷乙酰转移酶;调节基因lacI具有自己的启动子和终止子,能组成型表达,lacI编码的阻遏蛋白是一种由4个相同亚基组成的四聚体,它既有与操纵基因lacO结合的位点,又有与诱导物结合的位点,启动基因lacP具有与RNA聚合酶结合定位点和cAMP受体蛋白(CRP)的结合位点;
乳糖操纵子的调控机制:①负调控:当缺乏乳糖时,阻遏蛋白以活性状态结合在lacO上,影响RNA聚合
酶与lacP的结合,并阻碍RNA聚合酶通过lacO,结构基因无法转录;当乳糖存在时,作为诱导物的乳糖与阻遏蛋白结合,改变其构象,在成为失活状态后脱离lacO,于是RNA聚合酶与lacP结合开始转录,起始于lacZ5’端,终止于lacA3’端,3个结构基因转录成多个单个多顺反子mRNA;②正调控:正调控的调节蛋白是分解代谢基因激活蛋白(CAP),即cAMP受体蛋白(CRP),是由crp基因编码的两个相同亚基组成的二聚体;CAP亚基有两个结构域,氨基末端结构域与cAMP结合,羧基末端结构域与DNA结合;lacP的转录起始需要CAP的存在,但该蛋白只有在诱导物cAMP存在时才有活性,当CAP与cAMP结合后,其构象发生变化,对DNA的亲和力增强;由于CAP-cAMP与启动子结合是激活转录的必要条件,当CAP-cAMP结合到lacP DNA后,可直接和RNA聚合酶相互作用,并以某种方式改变DNA结构,从而激活转录;③乳糖操纵子同时独立的受到正、负两个系统的调控,只有当CAP-cAMP结合到lacP和阻遏蛋白脱离lacO时,才开始结构基因的转录;
51、从概念、主要作用蛋白、转录影响、作用位点、消除作用因子五个方面比较乳糖操纵子的正、负调控。见P240、241、242、243 答: 概念 主要作用蛋白 转录影响 作用位点 消除作用因子 正调控 CAP-cAMP(CRP) 开 启动子(CAP位点) 葡萄糖 负调控 阻遏蛋白 关 操纵基因 乳糖
52、试述色氨酸操纵子的结构和调控机制。见P244、251
答:色氨酸操纵子的结构:色氨酸操纵子的由1个控制区域、衰减子、5个结构基因、不依赖于ρ因子的trpt位点和处在其下游的一个依赖于ρ因子的终止区trpt’组成;前端的控制区域由启动子trpP、操纵子trpO和前导区trpL构成;衰减子trpa;五个结构基因分别是:TrpE、terpD、trpC、trpB、trpA;其中trpE和trpD编码邻氨基苯甲酸合成酶,trpC编码吲哚甘油磷酸合成酶,trpB和trpA编码色氨酸合成酶;
色氨酸操纵子的调控机制:当培养基中含有丰富的色氨酸存在时,阻遏蛋白能与之结合形成复合物,从而改变构象,这种具有活性的阻遏蛋白就能与trpO结合,使mRNA聚合酶无法与启动子结合。从而关闭操纵子的表达;当培养基中缺乏色氨酸时,没有阻遏物去激活阻遏蛋白,因此这种没有活性的阻遏蛋白不能与trpO结合,此时RNA聚合酶结合于启动子,操纵子表达;当细胞中存在丰富的Trp-tRNA时,衰减子可表现终止子的功能,能终止转录;而Trp-tRNA缺乏时,衰减子不表现终止子的功能,使转录继续进行,从而达到对色氨酸操纵子表达的调控作用;
53、简述反式作用因子常见类型。见P218
答:反式作用因子一般具有不同的功能区域,主要包括DNA结合结构域和转录激活结构域;DNA结合结构域识别和结合DNA元件,转录激活结构域与其他蛋白质相互作用以激活转录;根据转录因子NDA结合域的氨基酸序列和肽键的空间排布,可区分出若干种具有典型特征的NDA结合序列,即螺旋-转角-螺旋、锌指、亮氨酸拉链和螺旋-环-螺旋;几乎所有调控因子的转录激活区都呈酸性,酸性激活区域含有较多的酸性氨基酸(如Asp和Glu等);富含谷氨酸酰胺的激活域;富含脯氨酸的激活域;