最新生物化学蛋白质的生物合成翻译PPT课件.

1、目目 录录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译（翻译）protein biosynthesis，translation目目 录录l蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即，即翻译翻译，就是将核酸，就是将核酸中由中由 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通编码的遗传信息，通过过遗传密码遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级破译的方式解读为蛋白质一级结构中结构中20种种氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序 。核苷酸三联体决定核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系氨基酸的对应关系主要内容主要内容l第一节第一节 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系l第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程l第三节第

2、三节 蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送l第四节第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制目目 录录蛋白质合成体系蛋白质合成体系protein biosynthesis system 第第 一一 节节 目目 录录l20种氨基酸种氨基酸(aa)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子 如如if、eif latp、gtp参与蛋白质生物合成的物质：参与蛋白质生物合成的物质：l 三种三种rnamrna（messenger rna）rrna（ribosomal rna）trna（transfer rna）目目 录录一、翻译模板一、翻译模板mrna及遗传密码及遗传密码

3、l mrna是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者n遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的位，转录生成的mrnamrna可编码几种功能相关的蛋可编码几种功能相关的蛋白质，为白质，为多顺反子多顺反子(polycistron) mrna(polycistron) mrna 。 真核一个真核一个mrnamrna只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(single cistron)(single cistron)。原核生物的多顺反

4、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蛋白体结合位点核蛋白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 蛋白质蛋白质目目 录录l mrna上存在遗传密码上存在遗传密码mrna分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由aug开开始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为称为三联体密码三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden):

5、 aug 终止密码终止密码(termination coden): uaa，uag，uga 遗遗传传密密码码表表目目 录录从从mrna 5 端起始密码子端起始密码子aug到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读开放阅读框架框架(open reading frame, orf)。 目目 录录1. 连续性连续性(commaless)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三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连

6、续阅读，密码间既无间断也无交叉。 目目 录录基因损伤引起基因损伤引起mrna阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突基发生插入或缺失，可能导致框移突变变(frameshift mutation)。 tyr gly ser argpro thr asp2. 简并性简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。2. 简并性简并性(degeneracy)目目 录录3. 通用性通用性(universal) 蛋白质生物

7、合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。 少数例外，如动物细胞的少数例外，如动物细胞的线粒体线粒体、植物、植物细胞的细胞的叶绿体叶绿体。目目 录录4. 摆动性摆动性(wobble)转运氨基酸的转运氨基酸的trna的反密码需要通过的反密码需要通过碱基互补与碱基互补与mrna上的遗传密码反向配对上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。的碱基配对规律，称为摆动配对。 u摆动配对摆动配对目目 录录密码子、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trna反密码子

8、反密码子第第1位碱基位碱基iugacmrna密码子密码子第第3位碱基位碱基u, c, aa, gu, cug二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置目目 录录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基s值值70s30s50s80s40s60srrna16s-rrna5s-rrna23s-rrna18s-rrna28s-rrna5s-rrna5.8s-rrna蛋白质蛋白质rps 21种种rpl 36种种rps 33种种rpl 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 核核蛋蛋白白体体的的组组成

9、成原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:a位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)p位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)e位：排出位位：排出位(exit site)三、三、trna与氨基酸的活化与氨基酸的活化反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂trna的三级结构示意图的三级结构示意图目目 录录氨基酸氨基酸 + 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 trna与酶结

10、与酶结合模型合模型trna氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶atp第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 atp-e 氨基酰氨基酰-amp-e ppi第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-amp-e trna 氨基酰氨基酰-trna amp e目目 录录l氨基酰氨基酰-trna合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和trna都有都有高度特异性高度特异性。l氨基酰氨基酰-trna合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性(proofreading activity) 。l氨基酰氨基酰-trna的表示方法：的表示方法：ala-trnaala ser-trnasermet-trnamet 目目 录录真核生物真核生物

11、： met-trnaimet(initiator-trna)原核生物原核生物： fmet-trnaifmet (n-formyl methionine)（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-trna目目 录录蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 the process of protein biosynthesis 第第 二二 节节 目目 录录l翻译的起始翻译的起始(initiation)l翻译的延长翻译的延长(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination )整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：目目 录录一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mrna和

12、起始氨基酰和起始氨基酰-trna分别分别与核蛋白体结合而形成与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)。原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 促促进进核核蛋蛋白白体体分分离离成成大大小小亚亚基基eif-6促促进进各各种种起起始始因因子子从从小小亚亚基基解解离离，进进而而结结合合大大亚亚基基eif-5eif-4f复复合合物物成成分分，结结合合eif-4e和和pabeif-4geif-4f复复合合物物成成分分，结结合合mrna5帽帽子子eif-4e结结合合mrna，促促进进mrna扫扫描

13、描定定位位起起始始augeif-4beif-4f复复合合物物成成分分，有有解解螺螺旋旋酶酶活活性性，促促进进mrna结结合合小小亚亚基基if-4a最最先先结结合合小小亚亚基基促促进进大大小小亚亚基基分分离离eif-2b，eif-3促促进进起起始始trna与与小小亚亚基基结结合合eif-2真真核核生生物物促促进进大大小小亚亚基基分分离离，提提高高p位位对对结结合合起起始始trna敏敏感感性性eif-3促促进进起起始始trna与与小小亚亚基基结结合合eif-2占占据据a位位防防止止结结合合其其他他trnaif-1原原核核生生物物生生物物功功能能起起始始因因子子促促进进核核蛋蛋白白体体分分离离成成大

14、大小小亚亚基基eif-6促促进进各各种种起起始始因因子子从从小小亚亚基基解解离离，进进而而结结合合大大亚亚基基eif-5eif-4f复复合合物物成成分分，结结合合eif-4e和和pabeif-4geif-4f复复合合物物成成分分，结结合合mrna5帽帽子子eif-4e结结合合mrna，促促进进mrna扫扫描描定定位位起起始始augeif-4beif-4f复复合合物物成成分分，有有解解螺螺旋旋酶酶活活性性，促促进进mrna结结合合小小亚亚基基if-4a最最先先结结合合小小亚亚基基促促进进大大小小亚亚基基分分离离eif-2b，eif-3促促进进起起始始trna与与小小亚亚基基结结合合eif-2真真

15、核核生生物物促促进进大大小小亚亚基基分分离离，提提高高p位位对对结结合合起起始始trna敏敏感感性性eif-3促促进进起起始始trna与与小小亚亚基基结结合合eif-2占占据据a位位防防止止结结合合其其他他trnaif-1原原核核生生物物生生物物功功能能起起始始因因子子e目目 录录（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成l1. 1. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l2. mrna在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰- -trna的结合；的结合； l4. 4. 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。if-3if-11. 核

16、蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离a u g53if-3if-12. mrna在小亚基定位结合在小亚基定位结合s-ds-d序列：序列：mrna mrna 起始密码前的一段富含嘌起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列呤核苷酸的序列, ,可与核糖体小亚基可与核糖体小亚基16s-16s-rrnarrna上富含嘧啶序列相结合。上富含嘧啶序列相结合。 if-3if-1if-2gtp3. 起始氨基酰起始氨基酰trna( fmet-trnaimet )结合到结合到小亚基小亚基a u g53if-3if-1if-2gtpgdppi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成a

17、u g53if-3if-1a u g53if-2gtpif-2-gtpgdppi目目 录录（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰- -trna结合；结合；mrna在核蛋白体小亚基准确就位；在核蛋白体小亚基准确就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。mrna eif-6 gdp+pielf-5atpadp+pielf4e, elf4g, elf4a, elf4b,pabmetmet-trnaimet-elf-2 -gtp真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程目目 录录二、肽链合成

18、延长二、肽链合成延长指根据指根据mrna密码序列的指导，次序添加密码序列的指导，次序添加氨基酸从氨基酸从n端向端向c端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。又称为又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)包括以下三步：包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)目目 录录l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, ef)原核生物：原核生物：ef-t (ef-tu, ef-ts)ef-g真核生物：真

19、核生物：ef-1 、ef-2 目目 录录原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子ef-tu促进氨基酰促进氨基酰-trna进入进入a位，位，结合分解结合分解gtpef-1-ef-ts调节亚基调节亚基ef-1-ef-g有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mrna-肽酰肽酰-trna由由a位前移到位前移到p位，位，促进卸载促进卸载trna释放释放ef-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 又称注册又称注册(registration)（一）进位（一）进位指根据指根据mrna下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-trna进入核蛋白体进入核蛋白

20、体a位。位。延长因子延长因子ef-t催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）tu tsgtpgdpa u g53tutsgtp（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键形成过程。形成过程。（三）转位（三）转位延长因子延长因子ef-g有转位酶有转位酶( ( translocase ) )活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子gtp，促进核蛋，促进核蛋白体向白体向mrna的的3 3侧移动侧移动 。fmeta u g53fmettugtp进进位位转转位位成肽成肽目目 录录 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mrna上上终止密码终止密

21、码出现后，多肽链合成出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-trna中释出，中释出，mrna、核、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。目目 录录终止相关的蛋白因子称为终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子(release factor, rf) 一是识别终止密码，如一是识别终止密码，如rf-1rf-1特异识别特异识别uaauaa、uaguag；而；而rf-2rf-2可识别可识别uaauaa、ugauga。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。上释放。 释放因子的功能释放因子的功能

22、: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 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 u a g53rfcoo-多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高使蛋白质合成高速、高效进行。速、高效进行。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象目目 录录蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送posttranslational processing & protein transportation第第 三三 节节目目 录录主要包括主要包括一、多肽链折叠为天然三维结构一、多肽链折叠为天然三维结构 二、

23、肽链一级结构的修饰二、肽链一级结构的修饰三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰 目目 录录一、多肽链折叠为天然功能构象蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象蛋白质l新生肽链新生肽链n端在核蛋白体上一出现，肽链的端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。折叠即开始。 l一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构一级结构是空间构象的基础象的基础。目目 录录促进蛋白折叠功能的大分子促进蛋白折叠功能的大分子:1. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (prote

24、in disulfide isomerase, pdi)3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, ppi)目目 录录1)1) 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, hsp)(heat shock protein, hsp) 是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的 一一组蛋白质。组蛋白质。 hsp70hsp70、hsp40hsp40和和grpegrpe族族 2) 2) 伴侣素伴侣素(chaperonins)(chaperonins) 具有独特的双

25、层具有独特的双层7-9 元环状结构的寡聚蛋白元环状结构的寡聚蛋白,它们以依赖它们以依赖atp 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。 groelgroel和和groesgroes家族家族1. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时的组份。质执行功能时的组份。hsp促进蛋白质折叠基

26、本作用促进蛋白质折叠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，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 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然空间构象的微环境。 2

27、、蛋白二硫键异构酶、蛋白二硫键异构酶 二硫键异构酶可催化错配二硫键断裂二硫键异构酶可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然构象。成热力学最稳定的天然构象。3、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- -脯氨酸间的肽键有顺反两种异脯氨酸间的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。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。 目目 录录二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链n端的修饰

28、端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰目目 录录鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(pomc)的水解修饰的水解修饰nc信号肽信号肽pmockrkr103肽肽 ( ？)acth -lt -msh -mshendophin目目 录录三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 目目 录录蛋白质合成后经过复杂机制，定向输蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位的送到最终发挥生物功能的细胞靶部位的过程称为蛋白质的靶向输送。过程

29、称为蛋白质的靶向输送。 四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)目目 录录所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为号，主要为n末端特异氨基酸序列，可引导蛋末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列信号序列 。 信号序列信号序列(signal sequence)目目 录录靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，c端端-l

30、ys-asp-glu-leu-coo-(kdel序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白n端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-pro-pro-lys-lys-lys-arg-lys-val-，sv40 t抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-ser-lys-leu-（pst序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白man-6-p（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 目目 录录（一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入

31、输送过程首先要进入内质网内质网。 信号肽信号肽(signal peptide) 新生分泌蛋白新生分泌蛋白n端的保守氨基酸序列端的保守氨基酸序列称信号肽。称信号肽。 信号肽的一级结构信号肽的一级结构信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 （二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 （三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送目目 录录蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制interference & inhibition of protein biosynthesis第第 四四 节节目目 录录l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过指能干扰生物代谢过程，从