蛋白质的生物合成翻译ppt课件

1、 Protein Biosynthesis (Translation)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译翻译)第十二章第十二章 蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息，经过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸陈列顺序，因此称为翻译translation)。 第一节蛋白质合成体系Protein Biosynthesis Systeml 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNAl mRNAl rRNA

2、l tRNA 1961年，年，Nirenberg 证明了证明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码 mRNA mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子cistroncistron。 原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单原核细胞中数个构造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可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子蛋白质，为多顺反子polycistronpolycistron。 真核生物一个真核生物一个mRNAmR

3、NA只编码一种蛋白质，为单只编码一种蛋白质，为单顺反子顺反子single cistronsingle cistron。 mRNA构造简图构造简图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开场，每开场，每3个核苷酸为一组，决议肽链个核苷酸为一组，决议肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止 信 号 ， 称 为 三 联 体 密 码 止 信 号 ， 称 为 三 联 体 密 码 t r i p l e t codon。53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAAORF从从mRNA 5端起始密码

4、子端起始密码子AUG到到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一条多肽链，称为开放体密码延续陈列编码一条多肽链，称为开放阅读框架阅读框架(open reading frame, ORF)。 遗遗传传密密码码表表密密码码子子的的第第一一个个字字母母密码子的第二个字母密码子的第二个字母1. 延续性延续性commalessl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编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码延续阅读，密码间既无间隔联体密码延续阅读，密码间既无间隔也无重叠。也无重叠。 基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱阅读框

5、架内的碱基发生插入或缺失，能够导致框移突变基发生插入或缺失，能够导致框移突变(frameshift mutation)。 2. 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，其他氨基酸有仅有一个密码子外，其他氨基酸有24个或多至个或多至6个密码子为之编码。个密码子为之编码。密码子简并性的生物学意义：减少有密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。害突变。 遗传密码的特异性主要取决于前两位遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr3. 通用性通用性universa

6、l 蛋白质生物合成的整套密码，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。 有少数例外，如动物细胞的线粒体、植有少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。 4. 摆动性摆动性wobbletRNA上反密码子的第上反密码子的第1位碱基与位碱基与mRNA密码子的第密码子的第3位碱基配对时，可以位碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严厉遵照碱基在一定范围内变动，即并不严厉遵照碱基配对规律，这一景象称为摆动性。配对规律，这一景象称为摆动性。摆动配对摆动配对

7、U 二、核蛋白体是多肽链合成的安装二、核蛋白体是多肽链合成的安装 核蛋白体的组成核蛋白体的组成核蛋核蛋白体白体原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白质蛋白质 S S值值 rRNArRNA 蛋白质蛋白质S S值值rRNArRNA小亚基小亚基2121种种30S30S16S16S3333种种40S40S18S18S大亚基大亚基3434种种50S50S23S23S5S5S4949种种60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核蛋白核蛋白体体70S70S80S80S原核生物核蛋白体构造方式原核生物核蛋白体构造方式 30S小亚基：有小亚基：有mRNA结合位点结合位点50S大亚基：大亚基： E位：排出位

8、位：排出位Exit site转肽酶活性转肽酶活性大小亚基共同组成：大小亚基共同组成：A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl 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tRNAtRNA在翻译过程在翻译过程中起接合体中起接合体adaptoradaptor作用，又是氨基酸的运作用，又是氨基酸的运载体。载体。氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶一氨基酰一氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase

9、)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸ATPATPE E 氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-EAMP 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 E真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet二起始肽链合成的氨基酰二起始肽链合成的氨基酰-tRNA fMet-tRNAifMet的生成：Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet转甲酰基酶N10-CHO FH4 第二节蛋白质生物合成过程The Pro

10、cess of Protein Biosynthesis蛋白质合成中蛋白质合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N端端 C端。端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：起始起始延伸延伸终止终止一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别分别与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物 (translational initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始参与起始过程的蛋白质因子称起始因子因子initiation factor，IF。参与起始过程的蛋白质因子称起始因参

11、与起始过程的蛋白质因子称起始因子子initiation factor，IF。原核生物起。原核生物起始因子有三种：始因子有三种：IF-1：占据：占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-2：促进起始：促进起始tRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分别，提高：促进大小亚基分别，提高P位对位对结合起始结合起始tRNA敏感性。敏感性。一原核生物翻译起始复合物构成一原核生物翻译起始复合物构成核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF

12、-11. 核蛋白体大小亚基分别核蛋白体大小亚基分别A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合S-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密码起始密码AUG上上游，存在游，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-，称为，称为S-D序列。又称为核序列。又称为核蛋白体结合位点蛋白体结合位点ribosomal binding site，RBS) S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核

13、蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程耗费起始过程耗费1个个GTP。二真核生物翻译起始复合物构成二真核生物翻译起始复合物构成核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始因子 起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4Ae

14、IF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4B促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻译起始真

15、核生物翻译起始复合物构成过程复合物构成过程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 真核生物翻译起始的特点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5帽子和3poly A尾构造与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA二、肽链的延伸二、肽链的延伸指按照指按照mRNA密码序列的指点，依密码序列的指点，依次添加氨基酸从次添加氨基酸从N端向端向C端延伸肽链，直端延伸肽链，直到合成终止的过程。到合成终止的过程。 肽链的延伸是在核蛋白体上延续性循环式肽链的延伸是在核蛋白体上延续性循环式进展，又称为核蛋白体循环进展，又称为核

16、蛋白体循环ribosomal cycle)，每次循环添加一个氨基酸，分为，每次循环添加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步： 进位进位entrance 成肽成肽peptide bond formation 转位转位translocation原核延原核延长因子长因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子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-EFG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肽链合成的延伸因子肽链

17、合成的延伸因子 一进位一进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指下一组遗传密码指点，使相应氨基酰点，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白进入核蛋白体体A位。位。 延伸因子延伸因子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催化的肽催化的肽键构成过程。键构成过程。三转位三转位延伸因子延伸因子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分分子子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3侧挪侧挪动。动。fMetA U G53fMetTuGTP进进

18、位位转转位位成肽成肽真核生物肽链合成的延伸过程与原核真核生物肽链合成的延伸过程与原核根本类似，但有不同的反响体系和延伸因根本类似，但有不同的反响体系和延伸因子。子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位，转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位零落。位零落。四真核生物延伸过程四真核生物延伸过程 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链上终止密码出现后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰合成停顿，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体等分别，这些过程称、核蛋白体等分别，这些过程称为肽链合成终止。为肽链合成终止。

19、 终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 识别终止密码，如识别终止密码，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。 诱导转肽酶改动为酯酶活性，使肽链从核蛋诱导转肽酶改动为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：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 G53COO-核蛋白体循环核蛋白体循环53N terminal 原核生物蛋白质合成的能量计

20、算原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：氨基酸活化：2个个PATP起始：起始： 1个个GTP延伸：延伸： 2个个GTP终止：终止： 1个个GTP结论：每合成一个肽键至少耗费结论：每合成一个肽键至少耗费4个个P。 多聚核蛋白体多聚核蛋白体 polysome)一个一个mRNA分子分子可同时有多个核蛋白可同时有多个核蛋白体在进展同一种蛋白体在进展同一种蛋白质的合成，这种质的合成，这种mRNA和多个核蛋白和多个核蛋白体的聚合物称为多聚体的聚合物称为多聚核蛋白体。核蛋白体。多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进展。使蛋白质合成高速、高效进展。53蛋白质合成后加工和保送蛋白

21、质合成后加工和保送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 节节从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括多肽链折叠多肽链折叠(fold)为天然的三维为天然的三维(threedimension)构造构造 肽链一级构造的修饰肽链一级构造的修饰高级构造修饰高级构造修饰 蛋白质的成熟蛋白质的成熟一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋

22、白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 普通以为，多肽链本身氨基酸顺普通以为，多肽链本身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即序储存着蛋白质折叠的信息，即一级构造是空间构象的根底。一级构造是空间构象的根底。 细胞中大多数天然蛋白质折叠都细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需求其他酶、不是自动完成，而需求其他酶、蛋白辅助。蛋白辅助。 一级构造是空间构象的根底一级构造是空间构象的根底蛋白质折叠的根本方式蛋白质折叠的根本方式分子伴侣热休克蛋白分子伴侣热休克蛋白hsp70的作用的作用分子伴侣热休克蛋白分子伴侣热休克蛋白hsp60的作用的作用二、一级构造的修饰二、一级构造的修饰一肽链一肽链N端的

23、修饰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三、高级构造的修饰三、高级构造的修饰一亚基聚合一亚基聚合 二辅基衔接二辅基衔接三疏水脂链的共价衔接三疏水脂链的共价衔接蛋白质合成后需求经过复杂机制，定蛋白质合成后需求经过复杂机制，定向保送到最终发扬生物功能的细胞靶部向保送到最终发扬生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向保送。位，这一过程称为蛋白质的靶向保送。 四、蛋白质合成后的靶向保送四、蛋白质合成后的靶向保送蛋白质的靶向保送蛋白质的靶向保送protein targeting一切靶向保送的蛋白质构造中存在分一切靶向保送的蛋白质构造中存在分选信号，主要为

24、选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，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，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列这一序列称为信号序列 。 信号序列信号序列(signal sequence)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-Lys-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-，SV4

25、0 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）靶向保送蛋白的信号序列或成分靶向保送蛋白的信号序列或成分 一分泌蛋白的靶向保送一分泌蛋白的靶向保送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向保真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向保送过程首先要进入内质网，再分别被包装成送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。分泌小泡而分泌出细胞。 信号肽信号肽(signal peptide) 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。 信号肽的一

26、级构造信号肽的一级构造N端侧碱性区端侧碱性区 疏水中心区疏水中心区 C端加工区端加工区 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保送二线粒体蛋白的靶向保送 三细胞核蛋白的靶向保送三细胞核蛋白的靶向保送 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 节节蛋白质生物合成是很多天然抗生素蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是经过和某些毒素的作用靶点。它们就是经过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某阻断真核、原核生物

27、蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。过程而起作用的。 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的可以杀灭或抑制细菌的一是微生物产生的可以杀灭或抑制细菌的一类药物。类药物。一、抗生素类一、抗生素类四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原