第十三章蛋白质的生物合成ppt课件

1、第十三章第十三章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成一一 遗传密码遗传密码遗传密码实践上是指mRNA中的核苷酸陈列序列与蛋白质中的氨基酸陈列序列的关系。一个三联体密码密码子决议着一个氨基酸。mRNA中共有64种密码子，AUG既是Met的密码，也是“起始密码。UAA、UAG、UGA是终止密码。生物的遗传密码是通用的。在起始密码上游约10个核苷酸处，通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列。SD序列使mRNA与小亚基结合。二二 核糖体核糖体 一核糖体是蛋白质合成的部位一核糖体是蛋白质合成的部位二核糖体的组成和构造二核糖体的组成和构造原核细胞的核糖体真核细胞的核糖体三核糖体的功能三核糖体的功能核糖体上有

2、两个tRNA结合位点：肽链结合位P位和氨酰接受位A位。 原核生物核糖体原核生物核糖体 70S50S30S5S rRNA， 23S rRNA34种蛋白质种蛋白质16S rRNA21种蛋白质种蛋白质真核生物核糖体真核生物核糖体 80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质种蛋白质18SrRNA33种蛋白质种蛋白质三三 tRNA的功能的功能tRNA分子上与蛋白质合成有关的位点：1. 3端-CCA上的氨基酸接受位点。2. 识别氨酰-tRNA合成酶的位点。3. 核糖体识别位点，使延伸中的肽链附着于核糖体上。4. 反密码子位点。第一套密码系统、第二套密码系统蛋白质生物合成的

3、分子机制蛋白质生物合成的分子机制蛋白质合成的普通特征：蛋白质合成的普通特征：蛋白质生物合成的方向：蛋白质生物合成的方向：N端端C端端 mRNA的翻译方向：的翻译方向：53蛋白质合成除需求蛋白质合成除需求aa外，还需求外，还需求ATP、GTP，一系列酶，一系列酶 和许多辅助因子。和许多辅助因子。 一氨基酸的激活一氨基酸的激活ATP + HOOCCH(NH2)R APOCCH(NH2)R + PPiPAPOCCH(NH2)R + tRNA RCH(NH2)CO-tRNA + AMPP三肽链合成后的三肽链合成后的“加工处置加工处置四蛋白质合成所需的能量四蛋白质合成所需的能量五活性肽合成的特征五活性肽

4、合成的特征3. 肽链合成的终止和释放肽链合成的终止和释放2. 肽链的延伸肽链的延伸1. 肽链合成的起始肽链合成的起始二在核糖体上合成多肽二在核糖体上合成多肽E.Coli蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 :1.氨基酸的活化：氨基酸的活化： 由高度特异的氨酰由高度特异的氨酰-tRNA合成酶合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)催化，反催化，反响分两步响分两步 总反响式总反响式 2肽链的起始：肽链的起始： mRNA中的起始密码是中的起始密码是AUG，少数是，少数是GUG。 起始密码子的上游约起始密码子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称个核苷酸的地方往往有一段

5、富含嘌呤的序列称SD序列序列Shine-Dalgarno序列，普通为序列，普通为310个核苷酸，它与核糖体个核苷酸，它与核糖体16srRNA 3端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与mRNA的结合。的结合。 在在E.Coli和其它原核生物中与这起始密码和其它原核生物中与这起始密码AUG相对应的相对应的tRNA是甲酰甲硫氨是甲酰甲硫氨酰酰tRNAfMet-tRNAf Met，这是起，这是起始始tRNA。 起始起始tRNA怎样构成？由甲硫氨酰怎样构成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化甲酰化 tRNAMetMet-tRNA甲酰基转移酶甲酰基转移酶N10甲酰甲酰FH4 FH4M

6、ettRNACOHfMettRNAf甲酰基甲酰基Structure of N-formyl-methionyl-tRNAMetDifferences with other tRNAs 细胞内有细胞内有2种可携带种可携带Met的的tRNA，它们都识别同样的，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级构造和功能不同。密码子，但它们的一级构造和功能不同。 2tRNAmMet带上带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽部，在肽 链延伸中起作用。链延伸中起作用。 1tRNAf Met 带上带上Met后能甲酰化，是起始后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链用于肽链 合成的起始。

7、合成的起始。 所以所以AUG和和GUG是兼职密码子，它们既可以作是兼职密码子，它们既可以作为起始密码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之为起始密码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之对应的氨基酸是甲酰对应的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽链内部相应。另外也可作肽链内部相应aa的密码，这时的密码，这时AUG编码编码Met,GUG编码编码val。MetATP/ Mg 2+ +tRNAm MettRNAf MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-FormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+ PPiThe sa

8、me aaRSAMP/Mg2+PPi 肽链合成的起始除了需求起始密码、肽链合成的起始除了需求起始密码、SD序列、起始序列、起始tRNA外还要外还要三种起始因子三种起始因子initiation factor，即，即IF-1， IF-2 和和IF-3，还要耗，还要耗费费GTP，还需核糖体大小亚基参与，构成一个，还需核糖体大小亚基参与，构成一个70S的真正起始复合物。的真正起始复合物。 inactive 70S ribosomeSD sequence30S initiation complex70S initiation complexGDP + Pi肽链的延伸需求一些延伸因子或称延伸因子肽链的延伸

9、需求一些延伸因子或称延伸因子elongation factor,EF 原核生物的原核生物的EF有有EF-T和和EF-G两类两类: EF-T：延伸因子：延伸因子“T，开场误以为这类延，开场误以为这类延伸因子有肽基转伸因子有肽基转 移酶的活性移酶的活性peptidyl transferase，所以取转，所以取转移酶的第一个字移酶的第一个字 母母“T 。3. 肽链的延伸：肽链的延伸： EF-T:是由是由Tu和和Ts两个亚基组成的二聚体，两个亚基组成的二聚体， EF-Ts：s是是stable的意思，是稳定蛋白质，的意思，是稳定蛋白质， EF-Tu: u是是unstable，不稳定蛋白质。，不稳定蛋白质

10、。 EF-Tu直接参与了氨酰直接参与了氨酰-tRNA与核糖体的结与核糖体的结合。合。 EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需求：这类延伸因子与核糖体结合时需求GTP，当，当GTP水解时，这类延伸因子就从核水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及糖体上解离下来，总之涉及 GTP，所以用，所以用GTP的第一个字母的第一个字母“G，EF-G。v 氨酰氨酰-tRNA进入核糖体的进入核糖体的A位位 v 肽键的构成肽键的构成 v 移位移位 肽链的延伸包括肽链的延伸包括3步步: 这是个比较复杂的过程，需这是个比较复杂的过程，需Ts、Tu，还要，还要 消消 耗耗GTP。EF-Tu与与GTP和氨酰和氨

11、酰-tNRA首先构成三元首先构成三元 复合物，才干进入复合物，才干进入A位。位。 1氨酰氨酰-tRNA进入核糖体的进入核糖体的A位位2肽键的构成肽键的构成 经过一个转肽作用经过一个转肽作用transpeptidation，由肽酰转移酶，由肽酰转移酶peptidyl transferase催化，使一个催化，使一个酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的由核糖体大亚基的23s rRNA承当肽承当肽基转移酶是一种基转移酶是一种ribozyme。嘌呤霉。嘌呤霉素对蛋白质的抑制造用就发生在肽键素对蛋白质的抑制造用就发生在肽键构成这一步。构成这一步。 3移位移位tr

12、anslocation 移位包括三种运动移位包括三种运动: 空载的空载的tRNA分开分开P位。位。 二肽基二肽基tRNA由由A位移到位移到P位位核糖体沿核糖体沿mRNA的的53方向方向 挪动一个密码子的间隔。挪动一个密码子的间隔。 移位需求移位需求EF-G和和GTP。4肽链的终止与释放：肽链的终止与释放： 释放因子释放因子release factor RF能识别终止密码子与终止密码子结合。能识别终止密码子与终止密码子结合。UAARF1 or RF2终止密码子终止密码子 RF-1：识别：识别UAA和和UAG RF-2：识别：识别UAA和和UGA RF-3：RF-3和和GTP构成复构成复 合物，是

13、一种合物，是一种GTP结合蛋结合蛋 白，可促进核糖体与白，可促进核糖体与RF-1 和和RF-2的结合。的结合。 5多聚核糖体多聚核糖体polyribosome, or polysome 五五 真核生物与原核生物蛋白质合成的差别真核生物与原核生物蛋白质合成的差别真核细胞蛋白质的生物合成与原核细胞类似，真核细胞蛋白质的生物合成与原核细胞类似，但过程更复杂，参与的因子更多。但过程更复杂，参与的因子更多。 1核糖体：核糖体： 真核细胞核糖体更大，为真核细胞核糖体更大，为80S，可解离成，可解离成60S和和40S两个亚基。两个亚基。 2起始起始tRNA： 真核生物也有二种携带真核生物也有二种携带Met的

14、的tRNA，一种携带，一种携带Met的的tRNA为起为起始始tRNA ，即，即tRNAiMet，起始，起始tRNA携带携带 Met后，并不甲酰化；另后，并不甲酰化；另一种用于肽链内部的一种用于肽链内部的tRNAMet。 起始密码子：起始密码子： 真核起始密码子总是真核起始密码子总是AUG，它的上游无，它的上游无SD序列，通常把序列，通常把mRNA 上最接近上最接近5端的端的AUG定为起始部位定为起始部位, 40S核糖体与核糖体与 mRNA 5一端的帽子相结合，向一端的帽子相结合，向3一方向挪动，以便寻觅一方向挪动，以便寻觅 AUG密码子，密码子，这过程要耗费这过程要耗费ATP。 真核细胞的起始

15、因子很多，到目前为止发现的至少有真核细胞的起始因子很多，到目前为止发现的至少有10种，命名为种，命名为eIF-n，“e代表真核，有代表真核，有eIF-1，eIF-2，eIF-2A，eIF-3，eIF4A、4B、4C、4D，eIF-5，eIF-6，其中，其中eIF-2是最重要的一种，它是一种帽结合蛋白质是最重要的一种，它是一种帽结合蛋白质cap-binding protein它与它与GTP与起始与起始tRNA结合构成三元复合物，起始翻译。结合构成三元复合物，起始翻译。 4. 起始因子：起始因子： 真核细胞的延伸因子为真核细胞的延伸因子为EF-1和和EF-1r，相当于原核细胞中的相当于原核细胞中的

16、EF-Tu和和EF-Ts。真核生。真核生物的物的EF-2相当于原核生物的相当于原核生物的EF-GEF-2能催能催化化GTP水解，供能，推进位移。水解，供能，推进位移。 真核细胞多肽合成的终止只需一种释放因子真核细胞多肽合成的终止只需一种释放因子eRF，可识别，可识别3种终止种终止密码子。密码子。 5延伸因子和终止因子：延伸因子和终止因子：蛋白质合成总结蛋白质合成总结四蛋白质生物合成所需的能量：四蛋白质生物合成所需的能量： 假设要合成假设要合成100个个aa组成的肽链要耗费多少能量？组成的肽链要耗费多少能量？ aa活化活化 1ATP2个个 键键 起始起始 1GTP1个个 键键 延伸延伸 2GTP

17、2个个 键键 终止终止 1GTP1个个 键键PPPP原核生物原核生物五肽链合成后的加工：五肽链合成后的加工： 1N端甲酰基或端甲酰基或N端端aa的除去：的除去： 原核生物原核生物 fMet - (aa) n Met(aa)n aan or (aa)n-m 去甲酰基酶去甲酰基酶氨肽酶氨肽酶 多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的N端游离出核端游离出核糖体后，立刻进展去甲酰化。糖体后，立刻进展去甲酰化。 真核生物真核生物N端端Met经常在肽链的其他部分还未完全合成时经常在肽链的其他部分还未完全合成时, 就曾经水解下来。就曾经水解下来。2信号肽信号肽(signal

18、peptide)的切除的切除 3. 二硫键的构成：二硫键的构成： 4. 氨基酸的修饰：氨基酸的修饰： 乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖基化等基化等 5. 切去新生肽链中非功能所需的肽段：切去新生肽链中非功能所需的肽段： 如胰岛素原如胰岛素原胰岛素，胰蛋白酶原胰岛素，胰蛋白酶原胰蛋白酶，胰蛋白酶，胰凝乳胰凝乳 蛋白酶原蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 6. 高级构造的构成：高级构造的构成： 蛋白质的一级构造决议高级构造，多肽链的折蛋白质的一级构造决议高级构造，多肽链的折叠在肽链合成没有终了时就曾经开场叠在肽链合成没有终了时就曾经开场 1不需求分

19、子伴侣不需求分子伴侣molecular chaperone 2需求分子伴侣需求分子伴侣 六蛋白质的分拣六蛋白质的分拣sorting与定向保送与定向保送 多肽或蛋白质合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自多肽或蛋白质合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自的生物功能。的生物功能。 真核细胞质真核细胞质 核糖体合成的蛋白质核糖体合成的蛋白质 胞浆胞浆内质网内质网线粒体线粒体细胞核细胞核高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体细胞膜细胞膜分泌到胞外分泌到胞外 原核生物如原核生物如E.Coli合成的蛋白质合成的蛋白质 胞浆、质膜、外膜、胞浆、质膜、外膜、质膜与外膜之间的空隙。质膜与外膜之间的空隙。 为了能准确地运送蛋白质，在进化过程中每种蛋白为了能准确地运送蛋白质，在进化过程中每种蛋白质构成了一种明确的地址标签质构成了一种明确的地址标签address target，细，细胞经过对蛋白质地址标签的识别进展运送，这就是蛋胞经过对蛋白质地址标签的识别进展运送，这就是蛋白质的分拣或称分选白质的分拣或称分选sorting。 蛋白质的定向由蛋白质蛋白质的定向由蛋白质N端特殊的端特殊的aa序列序列信号肽决议的，信号肽决议的，1975年年Blobel和和Dobberstein提出了信号肽学说提出了信号肽学说(signal peptide hypothesis)，由于，由于Blobel在阐明蛋白质的分拣与定向中所作