翻译-蛋白质合成ppt课件

1、目目 录录第十第十 四章四章目目 录录l蛋白质的生物合成翻译：以蛋白质的生物合成翻译：以mRNAmRNA为模板，氨基酸为为模板，氨基酸为原料，在各种酶类作用下合成蛋白质的过程。即将核酸原料，在各种酶类作用下合成蛋白质的过程。即将核酸中由中由 4 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，转变为蛋白质一种核苷酸序列编码的遗传信息，转变为蛋白质一级构造中级构造中2020种氨基酸的陈列顺序种氨基酸的陈列顺序 。目目 录录第第 一一 节节 目目 录录l2020种氨基酸种氨基酸 原料原料l酶及蛋白因子酶及蛋白因子lATPATP、GTP GTP 能量能量l无机离子无机离子 环境环境l mRNAmessenger R

2、NA 模板模板lrRNAribosomal RNA ) 场所场所ltRNAtransfer RNA 转运工具转运工具目目 录录 一、一、mRNAmRNA与遗传密码与遗传密码mRNAmRNA分子上从分子上从5 5至至3 3方向，由方向，由AUGAUG开场，每开场，每3 3个核苷酸为一组，决议将要合成的肽链上某一个氨个核苷酸为一组，决议将要合成的肽链上某一个氨基酸的信息或蛋白质合成的起始、终止信息，称为基酸的信息或蛋白质合成的起始、终止信息，称为三联体密码子三联体密码子(triplet coden)(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden): AUG (i

3、nitiation coden): AUG 终止密码终止密码(termination coden): UAA(termination coden): UAA、UAGUAG、UGA UGA 目目 录录目目 录录从从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间的核苷酸序列，各个三联体密码子延续陈列，子之间的核苷酸序列，各个三联体密码子延续陈列，编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame, ORF) (open reading frame, ORF)

4、 5 GCGACUAUG UGCGAGUCAAUAGGCACCUAACGA 3Met Val Glu Ser Ile Gly ThrMet Val Glu Ser Ile Gly Thr目目 录录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码子编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码子延续阅读，密码子间既无延续也无交叉。延续阅读，密码子间既无延续也无交叉。5GCGACUAUG UGCGAGUCAAUAGGCACCUAACGA 3mRNA：5 AUG UAA 3Protein：N C目目 录录 基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，阅读框架内的碱基

5、发生插入或缺失，能够导致框移突变能够导致框移突变(frameshift mutation)(frameshift mutation)。 目目 录录遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其他氨基酸有多个三联体密码子为其编码。其他氨基酸有多个三联体密码子为其编码。目目 录录同义密码子简并密码子同义密码子简并密码子意义：将有害突变降低到最低程度。意义：将有害突变降低到最低程度。目目 录录 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿已发

6、现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 为基因工程在细菌、植物、动物细胞中表达人类蛋白为基因工程在细菌、植物、动物细胞中表达人类蛋白提供能够。提供能够。目目 录录目目 录录 不同生物核糖体的组成不同生物核糖体的组成 翻译过程中核糖体构造方式翻译过程中核糖体构造方式: :A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)受位受位P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)目目 录录目目 录录目目 录录核糖体种类： 游离的核糖体

7、- 合成胞浆蛋白 与粗面内质网结合的核糖体 - 合成带有信号肽的膜蛋白、分泌蛋白质目目 录录反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂目目 录录目目 录录l起始tRNA- tRNAimetl 在翻译起始中发扬作用，识别翻译起始密码子AUGl 只能结合于核糖体的肽酰位P位l 真核生物：Met-tRNAiMet ，携带Metl 原核生物：fMet-tRNAifMet ，携带甲酰化的Metl普通tRNA- tRNAmetl 在翻译延伸中发扬作用，识别多肽链中的编码氨基酸的密码子l 如： Ala-tRNAAlal 只能结合于核糖体的氨基酰位A位分类分类目目 录录转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码子

8、需求经过碱的反密码子需求经过碱基互补与基互补与mRNAmRNA上的遗传密码子反向配对结合，上的遗传密码子反向配对结合，但反密码子与密码子间不严厉遵守常见的碱基但反密码子与密码子间不严厉遵守常见的碱基互补配对原那么，称为摆动配对。互补配对原那么，称为摆动配对。 目目 录录反密码子与密码子相互作用时反密码子与密码子相互作用时 前二对前二对 严厉配对严厉配对第三对第三对 摆动配对摆动配对mRNA 5 3tRNA 3 5目目 录录自在度的大小由自在度的大小由tRNAtRNA反密码子反密码子第一位碱基的种类决议第一位碱基的种类决议mRNA 5 3tRNA 3 5目目 录录目目 录录摆动配对摆动配对U U

9、异亮氨酸异亮氨酸AUC AUUC目目 录录起始因子：initiation factors IF eukaryote initiation factors eIF延伸因子：elongation factors EF eukaryote elongation factors eEF释放因子：release factors RF五、五、 能量与酶能量与酶ATP ATP 、GTP ,GTP ,多种酶多种酶目目 录录 第第 二二 节节 目目 录录l氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运l翻译的起始翻译的起始(initiation)(initiation)l翻译的延伸翻译的延伸(elongation)(el

10、ongation)l翻译的终止翻译的终止(termination )(termination )翻译过程可分为翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 5-AUG-AUG开场，按开场，按mRNAmRNA模板模板三联体密码子的顺序延伸肽链，直至终止密码子出现。三联体密码子的顺序延伸肽链，直至终止密码子出现。(mRNA : 53, protein: N(mRNA : 53, protein: N端端CC端端) ) 核糖体循环核糖体循环目目 录录氨基酸氨基酸 + tRNA+ tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨

11、基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶一、氨基酸的活化与转运一、氨基酸的活化与转运第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E PPi PPi 目目 录录酐键酐键活化氨基酸活化氨基酸氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶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目目 录录目目 录录tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有高度特异性合成酶具有高度特异性l 对氨基酸和对氨基酸和tRNAtRNA

12、l氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性l 结合位点：结合正确的氨基酸，使之活化。结合位点：结合正确的氨基酸，使之活化。l 水解位点：水解错误的氨基酸，保证翻译准确性。水解位点：水解错误的氨基酸，保证翻译准确性。l氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法：的表示方法：l Ala-tRNAAla Ala-tRNAAla l Ser-tRNASer Ser-tRNASerl Met-tRNAMet Met-tRNAMet 目目 录录目目 录录真核生物：真核生物： Met-tRNAiMetMet-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMetfMe

13、t-tRNAifMet肽链合成的起始氨基酰肽链合成的起始氨基酰-tRNA-tRNA目目 录录 指指mRNAmRNA、起始氨基酰、起始氨基酰-tRNA-tRNA与核糖体结合而构与核糖体结合而构成翻译起始复合物成翻译起始复合物 起始阶段所需的条件：起始阶段所需的条件： 游离的核糖体大、小亚基游离的核糖体大、小亚基 mRNA 5端的起始密码子：端的起始密码子：AUG 起始氨基酰起始氨基酰tRNA： fmet- tRNAifmet 三种可溶性起始因子三种可溶性起始因子 IF1 、IF2 、 IF3 GTP供能供能 镁离子镁离子目目 录录原核生物起始因子的生物功能原核生物起始因子的生物功能 起始因子起始

14、因子 生物功能生物功能IF-1 IF-1 协助协助IF-3IF-3功能功能 肽链起始时占据肽链起始时占据A A位位IF-2 IF-2 GTP GTP酶活性酶活性 促进起始氨基酰促进起始氨基酰-tRNA -tRNA 与小亚基结与小亚基结合合IF-3 IF-3 与小亚基结合，使大、小亚基解离与小亚基结合，使大、小亚基解离 促进促进mRNAmRNA与小亚基结合与小亚基结合目目 录录l核糖体大小亚基分别；核糖体大小亚基分别；lmRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合； l核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。IF-3IF-11. 1.

15、核蛋白体大小亚基分别核蛋白体大小亚基分别目目 录录A U G53IF-3IF-12. mRNA2. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目目 录录定位机制：定位机制：RNARNA相互作用相互作用目目 录录SD序列序列(shine-Dalgarno序列序列)：原核生物的原核生物的mRNA中非常保守的序列中非常保守的序列位于起始密码子上游约位于起始密码子上游约25个核苷酸处个核苷酸处富含嘌呤富含嘌呤(如如AGGA/GAGG) 与小亚基与小亚基16s rRNA相应的富含嘧啶序列互补相应的富含嘧啶序列互补引导引导mRNA进入核糖体进入核糖体,在小亚基上准确定位在小亚基上准确定位 P P位位目目 录

16、录3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA( fMet-tRNAifmet )-tRNA( fMet-tRNAifmet )结合到小亚结合到小亚基基目目 录录IF-3IF-1IF-2GTPA U G5330s30s起始复合物起始复合物小亚基、小亚基、mRNAmRNA、 fMet-tRNAifmetfMet-tRNAifmet、IF1IF1、IF2IF2、IF3IF3、GTPGTP三元复合物三元复合物(IF2、GTP 、 fMet-tRNAifmet)4. 4. 核糖体大亚基结合，起始复合物构成核糖体大亚基结合，起始复合物构成IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G5370s70s起

17、始复合物起始复合物大小亚基、大小亚基、mRNAmRNA、 fMet-tRNAifmetfMet-tRNAifmet目目 录录l核糖体大小亚基分别；核糖体大小亚基分别；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；lmRNAmRNA在核糖体小亚基就位；在核糖体小亚基就位；l核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。目目 录录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eIF-1eIF-1： 促进大小亚基解离，促进大小亚基解离， 使使mRNAmRNA与小亚基稳定结合协同与小亚基稳定结合协同eIF-3 eIF-3 功能功能eIF-2eIF-2： 促进起始氨基酰促进起始氨基酰-tRN

18、A -tRNA 与小亚基结合与小亚基结合 Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP Met-tRNAiMet-elF-2 -GTPeIF-3eIF-3： 与小亚基结合，使大小亚基坚持解离与小亚基结合，使大小亚基坚持解离eIF-4AeIF-4A：促进：促进mRNAmRNA与小亚基稳定结合，具有与小亚基稳定结合，具有ATPATP酶活性酶活性eIF-4BeIF-4B：促进：促进mRNAmRNA与小亚基稳定结合与小亚基稳定结合eIF-4CeIF-4C：促进小亚基与大亚基解离，：促进小亚基与大亚基解离， 使起始氨基酰使起始氨基酰tRNAtRNA与小亚基稳定结合与小亚基稳定结合eIF-4DeIF-4

19、D：功能不清：功能不清eIF-4EeIF-4E：帽结合蛋白：帽结合蛋白I I为次为次eIF-4FeIF-4F： 帽结合蛋白帽结合蛋白IIII为主为主 解链酶活性解链酶活性 ATP ATP酶活性酶活性eIF-5: eIF-5: 促进大亚基结合促进大亚基结合 促进促进GTPGTP水解水解elF-2 -GTP elF-2 -GTP eIF-1，eIF-3，elF-4C elF-4A, elF-4BMetmRNAGDP+Pi各种各种elF释放释放elF-5ATPADP+Pi真核生物真核生物翻译起始复合物构成翻译起始复合物构成elF-4E，elF-4FelF-2 ，elF-4CMet-tRNAiMet-

20、elF-2 -GTPMet目目 录录根据根据mRNAmRNA密码子序列的指点，次序添加氨基酸，密码子序列的指点，次序添加氨基酸，使肽链从使肽链从N N端向端向C C端延伸，直到合成终止的过程。端延伸，直到合成终止的过程。 肽链延伸在核糖体上延续性循环式进展，又称肽链延伸在核糖体上延续性循环式进展，又称核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)，每次循环添加一个，每次循环添加一个氨基酸，包括以下三步：氨基酸，包括以下三步：进位进位成肽成肽转位转位目目 录录70S起始复合物普通tRNA延伸因子(EF，elongation factor)GTP起始阶段所

21、需的条件：起始阶段所需的条件：目目 录录肽链合成的延伸因子肽链合成的延伸因子 一进位一进位根据根据mRNAmRNA中下一中下一组密码子指点，使相组密码子指点，使相应氨基酰应氨基酰-tRNA-tRNA进入进入核糖体核糖体A A位。位。 目目 录录目目 录录延伸因子延伸因子EF-TuEF-Tu和和EFEFTsTs催化催化进位。原核生物进位。原核生物 目目 录录三元复合物：三元复合物：氨基酰氨基酰tRNAtRNAEF-TuEF-TuGTPGTP目目 录录目目 录录由转肽酶催化的肽键构成过程。由转肽酶催化的肽键构成过程。大亚基大亚基P P位具转肽酶活性位具转肽酶活性目目 录录延伸因子EF-G有转位酶(

22、 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 。EFEFG G具转位酶活性具转位酶活性目目 录录进进位位转转位位成肽成肽目目 录录 延伸因子不同。延伸因子不同。 EF-1- EF-1- EF-1- EF-1- EF-2 EF-2 核糖体没有核糖体没有E E位，转位时卸载的位，转位时卸载的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目目 录录耗能：每缩合一个氨基酸，耗费耗能：每缩合一个氨基酸，耗费4个个ATP转位：转位：GTPGTPGDPGDPEFGEFG氨基酸氨基酸 tRNA tRNA ATPATP氨基酰

23、氨基酰-tRNA-tRNAAMP AMP PPiPPi活化：活化：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶进位：进位：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAEF-TuEF-TuGTPGTPEF-TuEF-TuGDPGDPEF-TuEF-Tu目目 录录当当mRNAmRNA上出现终止密码子后，多肽链合成停顿，上出现终止密码子后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核糖体等分别，此、核糖体等分别，此过程称为肽链合成终止。过程称为肽链合成终止。 目目 录录终止相关的蛋白因子释放因子终止相关的蛋白因子释放因子(RF ,release factor) (

24、RF ,release factor) 释放因子的功能释放因子的功能 RF-1，RF-2： RF-3：原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3 RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF eRF 目目 录录U A G53COO- 识别终止密码，识别终止密码， RF-1 RF-1识别识别UAAUAA、UAGUAG； RF-2 RF-2识别识别UAAUAA、UGAUGA； RF-3 GTP RF-3 GTP酶活性，协助酶活性，协助RF-1RF-1和和RF-2RF-2。目目 录录原原核核生生物物肽肽链链合合成成终终止止过过程程 诱导转肽酶改动为酯酶活

25、性，诱导转肽酶改动为酯酶活性， 催化肽酰基转移到水分子催化肽酰基转移到水分子-OH-OH上，上， 使肽链从核糖体上释放。使肽链从核糖体上释放。肽链从肽链从tRNAtRNA上水解下来上水解下来电镜下的多聚核蛋白表达象电镜下的多聚核蛋白表达象目目 录录目目 录录真核生物与原核生物蛋白质合成异同真核生物与原核生物蛋白质合成异同1 1、起始因子多，延伸因子和终止因子少、起始因子多，延伸因子和终止因子少2 2、除、除GTPGTP外，还需外，还需ATPATP3 3、起始氨基酰、起始氨基酰-tRNA-tRNA： met- tRNAimetmet- tRNAimet4 4、mRNAmRNA带有帽尾构造带有帽尾

26、构造 帽：与识别核糖体有关帽：与识别核糖体有关原核生物原核生物SDSD序列序列 尾：与尾：与mRNAmRNA稳定性有关稳定性有关5 5、mRNAmRNA为单顺反子，翻译成一条蛋白质为单顺反子，翻译成一条蛋白质 原核生物原核生物mRNAmRNA为多顺反子，翻译成多条蛋白质为多顺反子，翻译成多条蛋白质6 6、翻译和转录在时空上分别、翻译和转录在时空上分别原核生物翻译和转录偶联原核生物翻译和转录偶联7 7、核糖体大而复杂、核糖体大而复杂8 8、线粒体内有独立的蛋白质合成系统、线粒体内有独立的蛋白质合成系统目目 录录第第 三三 节节目目 录录目目 录录1、去除、去除N-甲酰甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸或N-

27、甲硫氨酸甲硫氨酸 脱甲酰基酶脱甲酰基酶 氨基肽酶氨基肽酶 2、 二硫键的构成二硫键的构成 链内或链间二硫键维持蛋白质的空间构象链内或链间二硫键维持蛋白质的空间构象 如：链内核糖核酸酶如：链内核糖核酸酶4对对 链间免疫球蛋白分子、胰岛素链间免疫球蛋白分子、胰岛素 链间二硫键促使蛋白质分子的亚单位聚合链间二硫键促使蛋白质分子的亚单位聚合一、肽链的合成后加工与修饰一、肽链的合成后加工与修饰甲酰基甲酰基N-甲硫氨酸甲硫氨酸目目 录录 羟化：脯氨酸羟化：脯氨酸羟脯氨酸羟脯氨酸 赖氨酸赖氨酸羟赖氨酸羟赖氨酸 磷酸化：磷酸化：Ser、Thr、Tyr等等 乙酰化、甲基化等乙酰化、甲基化等稳定三股稳定三股pai

28、pai螺旋螺旋 胶原蛋白胶原蛋白目目 录录4、蛋白质前体中不用要肽段的切除、蛋白质前体中不用要肽段的切除“信号肽信号肽signal peptide)切除：分泌性蛋白切除：分泌性蛋白其他肽段切除：胰岛素的加工其他肽段切除：胰岛素的加工目目 录录信号肽信号肽(signal peptide):(signal peptide):(1)(1)真核生物分泌性蛋白质中真核生物分泌性蛋白质中, ,可被细胞转运系统识别的可被细胞转运系统识别的 特征性氨基酸序列特征性氨基酸序列, , 约约15-3015-30个个AA (AA (含疏水含疏水AAAA较多较多) )。(2)(2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜 与粗面内质网膜结合与粗面内质网膜