蛋白质的生物合成(16)课件

1、蛋白质的生物合成(16)The central dogmaThe central dogmaDNARNAProtein翻译翻译蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)合成体系合成体系蛋白质生物合成蛋白质生物合成蛋白质合成过程蛋白质合成过程翻译后的加工翻译后的加工mRNA是翻译的直接模板是翻译的直接模板tRNA和氨基酰和氨基酰-tRNA 核糖体是肽链合成的场所核糖体是肽链合成的场所 翻译的起始翻译的起始肽链的延长肽链的延长( (核糖体循环核糖体循环) )肽链合成的终止肽链合成的终止 高级结构的修饰高级结构的修饰一级结构的修饰一级结构的修饰蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的靶向输送 蛋白

2、质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)三种三种RNA20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子、无机离子mRNA（messenger RNA）rRNA（ribosomal RNA）tRNA（transfer RNA）蛋白质的生物合成(16)vCistronCistron(顺反子顺反子)：遗传学中，编码一个多遗传学中，编码一个多肽的遗传单位。肽的遗传单位。vPolycistronPolycistron(多顺反子多顺反子)：原核细胞原核细胞中数个中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成结

3、构基因常串联为一个转录单位，转录生成的的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质。可编码几种功能相关的蛋白质。vSingle cistronSingle cistron(单顺反子单顺反子)：真核真核mRNA只只编码一种蛋白质。编码一种蛋白质。 蛋白质的生物合成(16)原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质蛋白质的生物合成(16)initiation codeninitiation coden(起始密码起始

4、密码): AUGAUG termination codentermination coden(终止密码终止密码): UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA 蛋白质的生物合成(16)第第三三个个字字母母UCAGUCAGUCAGUCAG蛋白质的生物合成(16)open reading frame, ORFopen reading frame, ORF开放阅读框架开放阅读框架蛋白质的生物合成(16)l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。无间断也无交叉。 蛋白质的生物合成(16)基因损

5、伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)(frameshift mutation)。 蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要的反密码需要通过碱基互补与通过碱基互补与mRNA上的遗传密码上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对摆动配对。 蛋白质

6、的生物合成(16)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蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)原核生物核糖体原核生物核糖体真核生物核糖体真核生物核糖体蛋白质的生物合成(16)电镜下观察到原核生物核糖体的结构电镜下观察到原核生物核糖体的结构蛋白质的生物合成(16)原核生物翻译过程中核糖体结构模式原核生物翻译过程中核糖体结构模式E位：排出位位：排出位(exit site)(exit site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)(peptidyl site)A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)(aminoacyl site)蛋白

7、质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)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（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化蛋白质的生物合成(16)3535氨基酸与氨基酸与tRNA分子结合使氨基酸本身被活化，分子结合使氨基酸本身被活化，利于下一步形成肽键的反应。利于下一步形成肽键的反应。蛋白质的生物合成(16)tRNA可携带氨基酸到可携带氨基

8、酸到mRNA的指定部位，使的指定部位，使氨基酸被掺入到肽链合适的位置。氨基酸被掺入到肽链合适的位置。蛋白质的生物合成(16)tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按开始，按mRNA模板模板三联体密码的顺序延长肽链，直三联体密码的顺序延长肽链，直至至终止密码终止密码出现。出现。 蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生

9、物合成(16)原核生物各种起始因子的生物功能原核生物各种起始因子的生物功能 蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-11. 1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合A U G53蛋白质的生物合成(16)细菌的细菌的mRNA通常含有一段通常含有一段富有嘌呤碱基富有嘌呤碱基的的序列，位于起始序列，位于起始AUG序列序列上游上游10个碱基左右的区个碱基左右的区域，能与域，能与16s-rRNA3端的端的7个嘧啶碱基进行互补识个嘧啶碱基进行互补识别，以帮助从起始别，以帮助从起始AUG处开始翻译。处开

10、始翻译。 蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAifMet )结合到结合到小亚基小亚基A U G53蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-14. 4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成核糖体大亚基结合，起始复合物形成GTPGDP PiIF-1IF-3IF-2A U G53蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)真核生物各种起始因子的生物功能真核生物各种起始因子的生物功能 蛋白质的生物合成(16)1. 1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离蛋白质的生物合成(16)2. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA(Met-

11、tRNAiMet)结合结合蛋白质的生物合成(16)3. mRNA在核糖体小亚基就位在核糖体小亚基就位蛋白质的生物合成(16)4. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 蛋白质的生物合成(16)（一）进位（一）进位又称注册又称注册(registration)指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指一组遗传密码指导，使相应氨基导，使相应氨基酰酰-tRNA进入核进入核蛋白体蛋白体A位。位。蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转

12、肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成催化的肽键形成过程。过程。1 21 2蛋白质的生物合成(16)（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-2（ EF-G）有）有转位酶转位酶( translocase )活性，活性，可结合并水解可结合并水解1分子分子GTP，促进核糖体向促进核糖体向mRNA的的3侧侧移动移动 。1212蛋白质的生物合成(16)进进位位转转位位成肽成肽蛋白质的生物合成(16)当当mRNA上上终止密码终止密码出现后，出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核糖体等、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终分离，这些过

13、程称为肽链合成终止。止。蛋白质的生物合成(16)与终止相关的蛋白因子与终止相关的蛋白因子 释放因子释放因子 (release factor, RF)(release factor, RF) 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF蛋白质的生物合成(16)v是是识别终止密码识别终止密码，如，如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。v是是诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于，相当于催化肽酰基转移到水分子催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽上，使肽链从核蛋白体上释放。链

14、从核蛋白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能蛋白质的生物合成(16)原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 蛋白质的生物合成(16)真真核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 蛋白质的生物合成(16)使蛋白质使蛋白质合成高速、高合成高速、高效进行。效进行。蛋白质的生物合成(16)电镜下的多聚核糖体现象电镜下的多聚核糖体现象蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段

15、，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 蛋白质的生物合成(16)伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。空间

16、构象的微环境。 蛋白质的生物合成(16)蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内质网进行。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。蛋白质的生物合成(16)肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。 肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 蛋白质的生