第十四章蛋白质的合成ppt课件

1、第十四章 蛋白质的合成第十四章第十四章 蛋白质的合成蛋白质的合成ProteinSynthesis第十四章 蛋白质的合成一、蛋白质合成体系一、蛋白质合成体系 二、蛋白质的生物合成二、蛋白质的生物合成三、蛋白质定位三、蛋白质定位第十四章 蛋白质的合成一、蛋白质合成系统一、蛋白质合成系统一 mRNA二 遗传密码三 tRNA的构造与功能四 核糖体第十四章 蛋白质的合成一一 mRNA 原核细胞每个mRNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种多顺反子的方式陈列，在翻译过程中可同时合成几种蛋白质； 真核细胞每个mRNA普通只带一种蛋白质编码信息，是单顺反子的方式。第十四章 蛋白质的合成真核生物mR

2、NA的构造第十四章 蛋白质的合成 不同的蛋白质有各自不同的mRNA，mRNA除含有编码区外，两端还有非编码区。 非编码区对于mRNA的模板活性是必需的，特别是5-端非编码区在蛋白质合成中能够是与核糖体结合的部位。第十四章 蛋白质的合成二遗传密码二遗传密码 遗传密码Genetic code： mRNA中蕴藏遗传信息的碱基顺序。 1954年物理学家Gamov 首先对遗传密码进展讨论。提出不能够是一个碱基或两个碱基决议一个氨基酸414，4216 ，假设用三个碱基决议一个氨基酸，4364，就足以编码20种氨基酸。密码子应是三联体triplet。1.遗传密码的概念第十四章 蛋白质的合成 1961年Cri

3、ck 证明三联体密码子学说是正确的；且非重叠的、延续编码无标点的。 mRNA分子上以53方向，从AUG开场每三个延续的核苷酸三联体组成一个密码子(codon) 。 mRNA中的4种碱基可以组成64种密码子。这些密码代表了20种氨基酸，同时决议了翻译过程的起始与终止位置。 每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。经过遗传学和生物化学实验，1966年编排出了遗传密码字典。第十四章 蛋白质的合成 1均聚核苷酸指点均聚肽合成 首先，polyU作为模板，参与体外无细胞翻译系统中。将翻译产物分析后，发现合成的肽链中的氨基酸残基全部是Phe。确认了第一个Phe的密码子UUU。接着，polyA和pol

4、yC证明是polyLys和polyPro。确定了AAA是Lys的密码子，CCC是pro的密码子。2.遗传密码的破译第十四章 蛋白质的合成 以A和C原料合成polyAC。polyAC含有8种不同的密码子：CCC、CCA、CAA、AAA、AAC、ACC、ACA和CAC。实验中AC共聚物作模板翻译出的肽链由6种氨基酸组成，即Asp、His、Thr、Pro和Lys。根据共聚物成份不同的比例和翻译产物中氨基酸比例亦不同的关系，不能确定A和C的陈列方式。 2特定共聚核苷酸第十四章 蛋白质的合成 在缺乏蛋白质合成所需的因子的条件下，在缺乏蛋白质合成所需的因子的条件下，特异特异 aa-tRNAaa-tRNA可

5、与核糖体可与核糖体-mRNA-mRNA复合物结合。复合物结合。它并不一定需求长的它并不一定需求长的mRNAmRNA分子，三核苷酸就可分子，三核苷酸就可以与核糖体结合。以与核糖体结合。 3核糖体结合技术第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成遗传密码字典第十四章 蛋白质的合成3.密码的根本性质 1每个密码子三联体(triplet)决议一种氨基酸 性质相近的氨基酸的密码子陈列较近，这有利于在基因突变时不会引起蛋白质功能的变化。 2两个密码子之间无任何核苷酸或其它成分加以分隔，即密码子间无逗号 因此从起始码AUG开场，三个碱基代表一个氨基酸，从mRNA的53方向构成一个延续的读框，直至终止码。假

6、设在读框中间插入或缺失一个碱基就会呵斥移码突变，引起突变位点下游氨基陈列的错误。第十四章 蛋白质的合成 AUG是起始密码子，也是Met或者fMet的密码子。 原核和真核生物肽链合成的第一个氨基酸都是Met或者fMet；少数细菌中也用GUG做为起始码起始位点编码fMet，密码表中编码Val；真核生物偶尔也用CUG作起始蛋氨酸的密码。 密码子UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，也称无意义密码子。3起始密码子和终止密码子第十四章 蛋白质的合成 简并性：一种氨基酸有几个密码子的景象。 在64组密码子中，除UAA、UAG和UGA三组为终止密码子外，有61组密码子分别代表20种氨基

7、酸，出Met和Trp只需1个密码子外，其它氨基酸都有好几组密码子。编码同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。这种景象称为密码子的简并性。同义密码子的存在减少了由于碱基取代呵斥的有害突变。此外，不同生物对同义密码子的运用频率能够有不同的选择，在进展基因工程操作时应思索选择最有效的密码子也称偏爱密码子。4密码子有简并性(degeneracy) 第十四章 蛋白质的合成 通用性：即不论是病毒、原核生物还是真核生物密码子的含义都是一样的。但真核线粒体的密码子有例外：线粒体中UGA不是终止密码子，而编码Trp。 肽链内的Met由AUG和AUA二个密码子编码，起始部位的Met由AUG、AUA、AUU和AGG均

8、可编码；AGA和AGG不是Arg的密码子，而是终止密码子，即UAA、UAG、AGA和AGG均为终止密码子。 5密码子的通用性第十四章 蛋白质的合成6密码与反密码子的相互识别变偶性 tRNA上的反密码子anticodon与mRNA密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严厉的，第三位可以有一定的变动。 即：普通是反密码子的5-端碱基与密码子的3-端碱基非正规配对，但能使正确的氨基酸进入非正确的密码子的景象称为变偶性。第十四章 蛋白质的合成 “摆动假说以为：碱基间除规范配对外，还可以有非规范的配对。第十四章 蛋白质的合成三三 tRNA的构造与功能的构造与功能 在蛋白质生物合成过程中，tRNA

9、主要起转运氨基酸的作用。蛋白质生物合成需求一整套tRNA将各种氨基酸按照mRNA上密码子所决议的顺序转运到核糖体上。 在蛋白质生物合成过程中，特异识别mRNA上起始密码子的tRNA被称为起始tRNA，它们参与多肽链合成的起始； 在多肽链延伸中运载氨基酸的tRNA，称为延伸tRNA。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成 通常将tRNA所转运的氨基酸标在右上角，如tRNACys表示转运Cys的tRNA。原核细胞内约有60种不同的tRNA，真原核细胞内那么多达100-120种。运输同一种氨基酸的不同tRNA称为同工受体tRNA。 蛋氨酸虽只需一组密码子AUG却至少有两种

10、tRNA，一种担任将运到肽链中间，用tRNAmMet 表示；另一种携带甲酰蛋氨酰参与蛋白质合成的起始，用tRNAfMet表示；真核细胞的起始tRNA表示为tRNAiMet，携带甲酰蛋氨酰参与起始作用，用于肽链延伸的那么表示为tRNAMet。第十四章 蛋白质的合成1. tRNA的二级构造的特点第十四章 蛋白质的合成13端含CCA-OH序列 氨基酸接在腺苷酸残基(A)上，CCA-OH序列称为氨基酸接受臂(amino acid acceptor arm)。 3-端第511位核苷酸与5-端第17位核苷酸构成螺旋区，称为氨基酸接受茎(amino acid acceptor stem)。第十四章 蛋白质的

11、合成 2TC环；TC环由7个碱基组成，参与tRNA与核糖体外表的结合。 3额外环或可变环(extro variable loop)。碱基种类和数量318个碱基高度可变，并富含稀有碱基。 4反密码子环(anti-cordon loop)。由7个碱基组成，处于中间位的3个碱基为反密码子。反密码子可与mRNA中的密码子结合。毗邻反密码子的3端碱基往往为烷化修饰嘌呤，其5端为U，即：U-反密码子-修饰嘌呤。 第十四章 蛋白质的合成 5二氢尿嘧啶环(D-loop)由812个碱基组成，含有21个修饰的碱基(D)。 6TC环、反密码子环和二氢尿嘧啶分别衔接在由45个碱基组成的螺旋区上，依次称为TC茎，反密码

12、子茎和二氢尿嘧啶茎。 1516个固定碱基几乎全部位于这些环上。 第十四章 蛋白质的合成三核糖体三核糖体 核糖体(ribosome，核蛋白体是由rRNA和蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞浆内。 一类核糖体附着于粗面内质网，参与分泌性蛋白质的合成。 一类游离于胞浆，参与细胞固有蛋白质的合成。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成1. rRNA 组成核糖体的rRNA为单股链，可自行折叠构成螺旋区和环区，一切螺旋区的碱基都是保守的。 一切来源rRNA均能构成4个构造域(、和)，每个构造域均含许多茎和环，它们经过碱基对的相互反响彼此接近； 绝大多数的rRNA碱基的特异功能尚不清

13、楚。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成2. 蛋白质大多数蛋白呈纤维状，只需少数呈球状。第十四章 蛋白质的合成3.核糖体的构造模型第十四章 蛋白质的合成4.核糖体的结合位点 1mRNA结合位点：位于30s小亚基头部，担任与mRNA的结合，特别是16srRNA的3-端与mRNA的AUG之前的一段序列互补是这种结合必不可少的。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成 2A位点：Aminoacyl-tRNA site 是结合新进入的氨基酰-tRNA 的位置。即氨基酰-tRNA 位或受位。它大部分位于大亚基，而小部分位于小亚基， 3 P位点：peptidyl-tRNA site 是结合起始

14、 tRNA 并向A位给出氨基酸的位置。又称肽酰基-tRNA位或给位。它大部分位于小亚基，小部分位于大亚基。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成5.多核糖体Polysomes原核生物的翻译和转录是相偶连的第十四章 蛋白质的合成 由一个分子与一定数目的单个核糖体结合构成多核糖体，每个多核糖体独立完成一条多肽链的合成，极大提高了翻译的效率。第十四章 蛋白质的合成 多核糖体正处于任务形状，游离的单核糖体那么是贮备形状，核糖体亚基是刚从mRNA上释放的，核糖体在这三种形状之间的转换称为核糖体循环。第十四章 蛋白质的合成二、蛋白质的生物合成二、蛋白质的生物合成 蛋白质生的合成

15、翻译，Translation是把mRNA分子中碱基陈列顺序转变为蛋白质中的氨基酸陈列顺序的过程。 参与蛋白质生物合成的成份至少有200种，主要由mRNA、tRNA、核糖体以及有关的酶和蛋白因子组成。第十四章 蛋白质的合成 蛋白质是由20种氨基酸合成的。某些蛋白质中含有羟脯氨酸、羟赖氨酸、-羧基谷氨酸等，都是在肽链合成后的加工修饰过程中构成的。 氨基酸在核糖体上缩合成多肽链是经过核糖体循环而实现的。此循环可分为肽链合成的起始(initiation)，肽链的延伸(elongation)和肽链合成的终止(termination)三个过程。第十四章 蛋白质的合成1. 氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成

16、 在蛋白质生物合成中，各种氨基酸在参入肽链之前必需先经活化，然后再由其特异的tRNA携带至核糖体上，才干以mRNA为模板缩合成肽链。 氨基酸活化后与相应的tRNA结合的反响，是由特异的氨酰tRNA合成酶催化的。第十四章 蛋白质的合成 每种氨基酸都只需一种氨酰tRNA合成酶(aaRS)。因此细胞内有20种氨酰tRNA合成酶。 aaRS具有高度的特异性，它既能识别特异的氨基酸，又能识别携带该氨基酸的特异tRNA。 aaRS对氨基酸有严厉的特异性，而对与此氨基酸相顺应的数种同工tRNA那么无严厉的特异性。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成 原核生物先合成此物质甲酰蛋氨酰-tRNA第十四章

17、蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成2.肽链合成的起始 1三元复合物(trimer complex)的构成 在起始因子3(IF3)介导和IF-1促进下，核糖体30S小亚基附着于mRNA的起始信号部位，构成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。第十四章 蛋白质的合成 mRNA上位于AUG的上游813个核苷酸处有一短的SD序列Shine-Dalgarno，核糖体结合序列，它与30S小亚基16S rRNA的3端部分序列互补，是核糖体结合位点。 SD序列可使核糖体选择mRNA上AUG的正确位置起始肽链合成。第十四章 蛋白质的合成 230S前起始复合物的构成 在IF2作用下， fMet-tRNA Met

18、与mRNA分子中的起始密码子(AUG或GUG)相结合密码子与反密码子反响。同时IF3从三元复合物零落，构成30S前起始复合物： IF2-30S亚基-mRNA-fMet-tRNAMet复合物。第十四章 蛋白质的合成 370S起始复合物构成 50S亚基与30S前起始复合物结合，同时IF2零落，构成70S起始复合物：30S亚基-mRNA-50S亚基-fMet-tRNAMet复合物。第十四章 蛋白质的合成起始第十四章 蛋白质的合成2.肽链的延伸 肽链的延伸包括：进位、肽键构成、零落和移位等过程。 肽 链 合 成 的 延 伸 需 两 种 延 伸 因 子(Elongation factor，EFEF-T和

19、EF-G以及GTP供能。第十四章 蛋白质的合成 1进位 在GTP、EF-T等参与下，新的氨酰-tRNA进入50S大亚基A位，并与mRNA分子上相应的密码子结合。 2肽键构成 在大亚基上肽酰转移酶催化下，P位点上tRNA携带的甲酰蛋氨酰基(或肽酰基)转移给A位上新进入的氨基酰-tRNA的氨基酸，即P位上的氨基酸(或肽的3端氨基酸)的-COOH基，与A位上的氨基酸的-NH2基构成肽链。第十四章 蛋白质的合成 3零落并移位 在EF-G和GTP的作用下，核糖体沿mRNA链(53)相对挪动。每次挪动相当于一个密码子的间隔，使下一个密码子能准确定位于A位点。 原来处于A位点上的二肽酰tRNA转移到P位点上

20、，空出A位点。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成 随后再依次进位、肽键构成、零落和移位进展下一循环。 延伸过程每反复一次，肽链延伸一个氨基酸残基，多次反复使肽链增长到必要的长度。 肽链的延伸是从N端开场的。第十四章 蛋白质的合成3. 肽链合成的终止与释放 1当mRNA上肽链合成终止密码子出如今核糖体的A位点上。终止因子RF可识别终止密码子，并在A位点上与终止密码子相结合，从而阻止肽链的继续延伸。 2终止因子可使核糖体P位点上的肽酰转移酶发生变构，酶活性从转肽作用变为水解作用，使tRNA所携带的多肽链与tRNA之间的酯键

21、被水解切断，多肽链从核糖体及tRNA释放出来。第十四章 蛋白质的合成 核糖体与mRNA分别；在核糖体P位上的tRNA和A位上的RF零落。 在IF3的参与下，与mRNA分别的核糖体又分别为大小两个亚基，可重新投入另一条肽链的合成过程。第十四章 蛋白质的合成第十四章 蛋白质的合成4.真核生物和原核生物蛋白合成的异同 起始复合物构成位于mRNA5端AUG上游的帽子构造。 构成43S核糖体复合物：40S小亚基与elF3和elF4c组成。 构成43S前起始复合物：在43S核糖体复合物上，衔接elF2-GTP-Met-tRNAMet复合物。1起始的异同第十四章 蛋白质的合成 构成48S前起始复合物：由mR

22、NA及帽结合蛋白1(CBP1)、elF4A、elF4B和elF4F共同构成一个mRNA复合物。mRNA复合物与43S前起始复合物作用，构成48S前起始复合物。 构成80S起始复合物：在elF5的作用下，48S前起始复合物中的一切elF释放出，并与60S大亚基结合，最终构成80S起始复合物： 40S亚基-mRNA-Met-tRNAMet-60S亚基。第十四章 蛋白质的合成 在真核生物蛋白质生物合成的起始阶段，在真核生物蛋白质生物合成的起始阶段，40S核糖体亚基普通可选择第一个起始密码子核糖体亚基普通可选择第一个起始密码子AUG，开场对开场对mRNA翻译。翻译。 由于由于AUG是独一的起始密码子；

23、并且，是独一的起始密码子；并且，40S亚亚基与带帽的基与带帽的mRNA5末端接触，沿着末端接触，沿着mRNA扫描扫描不断到抵达第一个不断到抵达第一个AUG处再开场翻译。处再开场翻译。第十四章 蛋白质的合成2肽链的延伸和终止 真核细胞蛋白质生物合成延伸和终止中所涉及的因子比较简单。 真核细胞肽链延伸和终止所涉及的因子： 因子 功能 EF1 促使aa-tRNA与核糖体结合 EF1 使EF1再循环 EF2 转位 RF 肽链释放第十四章 蛋白质的合成 延伸因子(EF1可与GTP和aa-tRNA构成复合物，并把aa-tRNA供应核糖体。 EF1能催化GDP-GTP交换，有助于EF1再循环利用；EF2催化

24、GTP水解和使aa-tRNA从A位转移至P位。第十四章 蛋白质的合成 肽链合成的终止仅涉及释放因子肽链合成的终止仅涉及释放因子(RF)。RF可识别一切的三种终止密码子可识别一切的三种终止密码子UAA，UAG和和UGA。终止肽链合成。终止肽链合成。 RF活化肽链酰转移酶释放新生肽链后，活化肽链酰转移酶释放新生肽链后，即从核糖体解离。即从核糖体解离。第十四章 蛋白质的合成6.肽链合成后的加工 mRNA翻译的多肽大多数为无功能的初级产物，需经折叠、修饰、剪切等加工过程后才具有活性。 原核的有些蛋白质要分泌到细胞外，真核的许多蛋白质要易位到细胞器或胞液中。第十四章 蛋白质的合成1蛋白质的修饰 蛋白质的

25、修饰普通伴随着肽链合成的进展。修饰利于折叠，也与蛋白质的易位和分泌有关。 多肽链的修饰包括： N-端的MetfMet残基，以及有些多肽链N-端的多个残基或C-端的残基都会被切除； 一些多肽链还要经过一定的剪接； 氨基酸侧链的修饰：二硫键构成、磷酸化、糖基化、脂化、核糖基化和乙酰化等。第十四章 蛋白质的合成2蛋白质的折叠 蛋白质的折叠是由多肽链中氨基酸顺序决议的。但环境条件对折叠有影响。 肽链折叠与肽链合成同步进展。随着肽链的延伸，空间构象不断调整，最终成为天然态的构象。 一些酶和分子伴侣可参与肽链的折叠，称它们为助折叠蛋白(foldling helper)。第十四章 蛋白质的合成 酶,如蛋白质

26、二硫键异构酶(protein disulfide 1somerase，PDI)可加速构成蛋白质中正确的二硫键；肽酰脯酰顺反异构酶(peptidyl prolyl cis/trans isomerase，PPI) 可催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反响，从而加速蛋白质的折叠过程。 分子伴侣(chaperonin)是细胞内一类能协助新生肽链正确组装、成熟和跨膜运输，本身却不是终产物分子的成分的蛋白质，类似酶但又无酶的专注性特征，所以称为分子伴侣。 分子伴侣所识别的靶蛋白部位是它们部分折叠的非天然形状，促进折叠的机理尚不清楚。第十四章 蛋白质的合成7.抑制翻译的抗菌素抑制翻译的抗菌素 很多抗菌素对蛋白质合

27、成都有抑制造用。 四环素族(tetracycline family) 抑制氨基酰tRNA与原核细胞核糖体的结合，而抑制多种细菌的蛋白质合成。 氯霉素(chloromycetin) 与原核细胞核糖体的50S亚基结合，阻断肽键的构成。高浓度时，对哺乳动物线粒体内核糖体50S亚基也有作用。 第十四章 蛋白质的合成 链霉素(Streptomycin)和卡那霉素(Kanamycin) 与原核细胞核糖体30S亚基结合而改动其构象，引起读码错误，导致合成错误的蛋白质。 嘌呤霉素(Puromycin) 构造与氨酰tRNA末端类似，带有游离氨基，可以取代氨基酰tRNA进入核糖体受位，使正在延伸中的肽链转移到嘌呤

28、霉素的氨基上，这种异常肽链很容易从核糖体上释放下来，从而终止肽链的延伸。对真核及原核细胞都有作用，不能用于临床治疗。第十四章 蛋白质的合成 亚胺环己酮亚胺环己酮(Cycloheximide) 对真核细胞有作用，能抑制核糖体上的多肽转对真核细胞有作用，能抑制核糖体上的多肽转移酶。移酶。 此外，白喉毒素也能抑制蛋白质合成，它是此外，白喉毒素也能抑制蛋白质合成，它是由白喉棒状杆菌产生的，却不抑制细菌的蛋白质由白喉棒状杆菌产生的，却不抑制细菌的蛋白质合成。此毒素可对延伸因子合成。此毒素可对延伸因子2进展酶促反响，使进展酶促反响，使其修饰成腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使动物延其修饰成腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使动物延伸因子伸因子2失活，抑制肽链的移位作用。由于它是失活，抑制肽链的移位作用。由于它是一种酶蛋白，极小量即能完全抑制蛋白质合成，一种酶蛋白，极小量即能完全抑制蛋白质合成，成为一种剧毒物。成为一种剧毒物。 第十四章 蛋白质的合成三、蛋白质的定位三、蛋白质的定位 原核生物和真核生物新合成的蛋白质只需被运送到各自特定的亚细胞部位或分泌到胞外才具有功能活性，该过程就称为蛋白质定位。 不同蛋白定位机制不同，位于胞质溶胶的蛋白合成后直接释放到胞质溶