蛋白质的生物合成 (2)ppt课件

1、第十章第十章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质合成体系蛋白质合成体系蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程蛋白质合成后的加工蛋白质合成后的加工蛋白质的定向转运蛋白质的定向转运DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制 翻译翻译(translation)(translation)：以：以mRNAmRNA为模板合成蛋白为模板合成蛋白质的过程，称为翻译。质的过程，称为翻译。 基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)：是指细胞在生：是指细胞在生命过程中，把储存在命过程中，把储存在DNADNA顺序中遗传信息经过转顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成

2、具有生物活性的蛋白质分子。录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。 一、蛋白质合成体系一、蛋白质合成体系 参与蛋白质生物合成的各种因参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：包括： mRNA mRNA：作为蛋白质生物合成的：作为蛋白质生物合成的模板，决议多肽链中氨基酸的陈模板，决议多肽链中氨基酸的陈列顺序；列顺序；核糖体：蛋白质生物合成的场所；核糖体：蛋白质生物合成的场所；tRNAtRNA：搬运氨基酸的工具：搬运氨基酸的工具; ; 起始因子起始因子IFIF； 延伸因子延伸因子EFEF；释放因子释放因子RFRF；氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成

3、酶；合成酶；供能物质及无机离子供能物质及无机离子, ,等等。等等。 一一mRNA与遗传密码与遗传密码 密码子密码子(codon)：作为指点蛋白质生：作为指点蛋白质生物合物合成的模板，成的模板，mRNA中每三个相邻的核苷中每三个相邻的核苷酸组酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联三联体就称为密码子体就称为密码子(codon)。 遗传密码的破译遗传密码的破译 1961年年Nirenberg建立了无细胞系统建立了无细胞系统, 这一新技这一新技术又是在多核苷酸磷酸化酶发现的根底上建立起术又是在多核苷酸磷酸化酶发现的根底上建立起来的。来的。(1) 去模板：用DNAa

4、se处置E.coli抽提物，使DNA降解，除去原有的细菌模板。(2) 参与poly U：合成了多聚苯丙氨酸，这一结果不仅证明了无细胞系统的胜利，同时还阐明UUU是苯丙氨酸的密码子。 分别参与polyA和polyC 结果相应地获得了多聚赖氨酸和多聚脯氨酸。* 用于蛋白质的生物合成研讨的体外翻译系统主要有：细菌大肠杆菌 无细胞系统、网织红细胞裂解系统和麦胚系统等。 遗传密码的特点：遗传密码的特点： 无标点、不重叠延续性；无标点、不重叠延续性； 简并性；简并性； 通用性但在线粒体或叶绿体中特通用性但在线粒体或叶绿体中特殊；殊； 方向性，即解读方向为方向性，即解读方向为5 35 3； 摆动性；摆动性；

5、 起始密码：起始密码：AUGAUG； 终止密码：终止密码：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。* * 开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame, ORF): (open reading frame, ORF): 从从mRNA 5mRNA 5端起始密码子端起始密码子AUGAUG到到3 3端终止密码端终止密码子之子之间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一个蛋白质多肽链，称为个蛋白质多肽链，称为 。* * 移码突变移码突变(frameshift mutation)(frameshift mutation)：基因损伤引：基因

6、损伤引起起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，能够阅读框架内的碱基发生插入或缺失，能够导致。导致。 * * 简并性：同一种氨基酸有两个或更多密码简并性：同一种氨基酸有两个或更多密码子的景象。子的景象。* * 同义密码子：对应于同一氨基酸的不同密同义密码子：对应于同一氨基酸的不同密码子。码子。* * 摆动性摆动性: : 转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA上的反密码上的反密码子需求经过碱基互补与子需求经过碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码子上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严厉遵守碱基配对原那么，第三中，前两对

7、严厉遵守碱基配对原那么，第三对碱基有一定的自在度，可以对碱基有一定的自在度，可以“摆动，这摆动，这种景象称为密码子的摆动性。种景象称为密码子的摆动性。U摆动配对摆动配对mRNA5A AU UU UA AU UC CA AU UA A3U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5tRNA333密码子、反密码子配对的摆动景象密码子、反密码子配对的摆动景象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG二二rRNA和核糖体和核糖体lrRNA55%和蛋白质和蛋白质45%组组成了核糖体。成

8、了核糖体。l核糖体由大、小不同的两个亚基组成。核糖体由大、小不同的两个亚基组成。l原核生物和真核生物的核糖体组成及原核生物和真核生物的核糖体组成及特性不一样。特性不一样。核核糖糖体体的的组组成成表14-7原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b31种(L1-L31含CGAAC和GTCG互补2.5106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SrRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2

9、106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合 核糖体的功能：合成蛋白质的场所。 核糖体小亚基担任对模板mRNA进展序列特异性识别，如起始部分的识别、密码子与反密码子的相互作用等。 核糖体大亚基担任携带氨基酸及tRNA的功能，包括肽键的构成、AA- tRNA、肽酰- tRNA的结合等。 在单个核糖体上，可划分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专注的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位A位大亚基结合或接受肽酰tRNA的部位P位大亚基肽基转移部位大亚基构成肽键的部位转肽酶中心大亚基 二、蛋白质的合成过程1、氨

10、基酸的活化及转运氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet 原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨

11、基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E AMP AMP PPi PPi 第二步反响第二步反响氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E E2 2、翻译的起始、翻译的起始原核生物以细菌为例翻译的起始所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻译起始翻译起始( (翻译起始复合物构成翻译起始复合物构成) )又可被分成又可被分成3 3步：步： 1 130s30s小亚基首先与翻译起始因子小亚基首先与翻译起始因子IF-1I

12、F-1、IF-3IF-3结结合，经过合，经过SDSD序列与序列与mRNAmRNA模板相结合。模板相结合。A U G53S-D序列序列 S-D序列：存在于原核生物起始密码子序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游上游712个核个核苷酸处的一种苷酸处的一种47个核苷酸的保守片段个核苷酸的保守片段AGGAGGU，它与它与16SrRNA 3，端反向互补，所以可将，端反向互补，所以可将mRNA的的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。IF-3IF-1IF-2GTP2 2在在IF-2IF-2和和GTPGTP的协助下，的协助下， fMet-tR

13、NAfMet fMet-tRNAfMet进入小亚进入小亚基的基的P P位，位，tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA上的起始密码子上的起始密码子配对。配对。A U G53IF-3IF-1IF-2GTP(3)(3)带有带有tRNAtRNA、mRNAmRNA和和3 3个翻译起始因子的小亚基复合个翻译起始因子的小亚基复合物与物与50S50S大亚基结合，大亚基结合，GTPGTP水解，释放翻译起始因子。水解，释放翻译起始因子。A U G53A U G53mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNA

14、Met-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物构成过程复合物构成过程 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：进位、转肽和移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 3 3、肽链的延伸、肽链的延伸1进位：AA-tRNA与核糖体A位点的结合需求耗费GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子经过延伸因子经过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,构成构成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + G

15、DP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环(2)转肽是由转肽酶/肽基转移酶催化(3)移位核糖体向mRNA3端方向挪动一个密码子。需求耗费GTP，并需EF-G延伸因子延伸因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧挪动 。原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 4、肽链的终止 RF1：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UAG 终止因子终止因子 RF2：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UGA RF3：具：具GTP酶活性，刺激酶活性，刺激RF1和和 RF2活性，协助肽链的释

16、放活性，协助肽链的释放原核生物真核生物只需一个终止因子eRF。三、蛋白质合成后的加工三、蛋白质合成后的加工 1、一级构造的加工修饰、一级构造的加工修饰(1)N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端的甲酰蛋氨酸，必需在多肽链折端的甲酰蛋氨酸，必需在多肽链折叠成一定的空间构造之前被切除叠成一定的空间构造之前被切除在真核生物中，在真核生物中，N端的蛋氨酸常在端的蛋氨酸常在肽链的其他部分还未完全合成时就肽链的其他部分还未完全合成时就曾经水解下来。曾经水解下来。 (2)氨基酸的修饰：由专注性的酶催化进氨基酸的修饰：由专注性的酶催化进展修饰，包括糖基化展修饰，包括糖基化(某些蛋白分子

17、中的某些蛋白分子中的Asp、Ser、Thr的侧链基团与糖基结合的侧链基团与糖基结合)、羟基化羟基化(胶原中胶原中Pro、Lys的羟基化的羟基化)、磷、磷酸化酸化(某些蛋白质中的某些蛋白质中的Ser、Thr、Tyr残残基中的基中的-OH磷酸化磷酸化)、甲酰化等。、甲酰化等。 (3)二硫键的构成：由专注性的氧化酶催二硫键的构成：由专注性的氧化酶催化，将化，将-SH氧化为氧化为-S-S-。 (4)肽段的切除：某些多肽链要在专注性肽段的切除：某些多肽链要在专注性的蛋白酶水解切除部分肽段后，才干转的蛋白酶水解切除部分肽段后，才干转变成有功能的蛋白质。变成有功能的蛋白质。 2、高级构造的构成、高级构造的构

18、成(1)构象的构成；构象的构成； 生物体内多肽链的准确折叠和组生物体内多肽链的准确折叠和组装需求某些辅助蛋白质参与，其本装需求某些辅助蛋白质参与，其本身不参与终产物的构成，这种辅助身不参与终产物的构成，这种辅助蛋白质称为分子伴侣或监护蛋白。蛋白质称为分子伴侣或监护蛋白。(2)亚基的聚合；亚基的聚合；(3)辅基的衔接。辅基的衔接。 四、蛋白质的定向转运四、蛋白质的定向转运蛋白性质 运转机制 主要类型 分 泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输 免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的构成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 几类主要蛋白质的运转机制几类主要蛋白质的运转机制翻译-运转同步机制信号肽假说：信号肽假说： 共翻译定位蛋白质定位信息存在于该蛋白质本身构造中共翻译定位蛋白质定位信息存在于该蛋白质本身构造中信号肽，并可经过与特殊受体相互作用，使蛋白质信号肽，并可经过与特殊受体