蛋白质生物合成-翻译及翻译后过程课件

1、蛋白质生物合成 翻译及翻译后过程1最新课件蛋白质生物合成 翻译及翻译后过程1最新课件 将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程n 氨基酸 蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、ATP、GTP翻译（Translation ）2最新课件 将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为参与蛋白质生物合成的物质 三种RNAmRNA、rRNA、tRNA 20种氨基酸（AA）作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子3最新课件参与蛋白质生物合成的物质 三种RNAmRNA、rRNA、tCAACUGCAGACAUAUAUGAUA

2、CAAUUUGAUCAGUAU53 -Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-一、生物合成的模板mRNA遗传密码(genetic code)能编码蛋白质氨基酸序列的基因中的核苷酸体系4最新课件CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAU mRNA分子上从53方向，由起始密码子AUG开始，每3个核苷酸组成的三联体，决定肽链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。密码子起始密码： AUG终止密码： UAA、UAG、UGA5最新课件 mRNA分子上从53方向，由起始密码子AUG遗传密码的性质简并性：指一个氨基

3、酸具有2个或2个以上的密码子摆动性：密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象通用性：除个别细胞器的特殊密码子外，蛋白质生物合成的整套密码，从简单生物到人类都通用连续性：mRNA的读码方向从53，两个密码子之间无任何核苷酸隔开偏爱性：密码子使用频率的差异6最新课件遗传密码的性质简并性：指一个氨基酸具有2个或2个以上的密码子7最新课件7最新课件阅读框架(reading frames)开放阅读框(open reading frame, ORF): 从起始密码AUG到终止密码处的正确可阅读序列8最新课件阅读框架(reading frames)开放阅读框(open

4、原核生物mRNA的特点S-D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游813核苷酸处，存在一段5-UAAGGAGG-3的保守序列，称为S-D序列。是mRNA与核蛋白体识别、结合的位点9最新课件原核生物mRNA的特点S-D序列：原核生物mRNA起始密码A真核生物mRNA的特点真核生物没有S-D序列，靠帽子结构识别核糖体真核生物的起始密码位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻译起始的效率10最新课件真核生物mRNA的特点真核生物没有S-D序列，靠帽子结构识别二、生物合成的场所 核蛋白体(Ribosomes)11最新课件二、生物合成的场所 核蛋白体(Ribosomes)11最原核生物真核生

5、物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 34种rpS 33种rpL 49种核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点12最新课件原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S7小亚基与mRNA的结合13最新课件小亚基与mRNA的结合13最新课件大亚基P位(peptidyl site) ：结合肽酰tRNA的部位A位(aminoacyl site) ：结合氨基酰tRNA的部位E位(exit site) ：排出位P

6、位 A位14最新课件大亚基P位(peptidyl site) ：结合肽酰tRNA三、氨基酸的活化与转运tRNAA C C氨基酸臂反密码环15最新课件三、氨基酸的活化与转运tRNAA C C氨基酸臂反密码环氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶16最新课件氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tR氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi 氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E17最新课件氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E

7、 PPi 氨蛋白质的生物合成的过程氨基酸的活化多肽链合成的起始肽链的延长肽链的终止和释放蛋白质合成后的加工修饰18最新课件蛋白质的生物合成的过程氨基酸的活化18最新课件一、肽链合成起始(initiation)甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物19最新课件一、肽链合成起始(initiation)甲硫氨酰tRNA与m（一）原核生物翻译起始核蛋白体大小亚基分离起始因子 IF3 、IF1介导，利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合mRNA在小亚基定位结合通过5端S-D序列(AGGA)配对结合到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处(UCCU)起始氨基酰

8、-tRNA的结合fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成复合物核蛋白体大亚基结合70S起始复合物形成20最新课件（一）原核生物翻译起始核蛋白体大小亚基分离起始因子 IF3起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基上核蛋白体大亚基结合21最新课件起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基起始因子IF和eIF 原核：起始因子 三种； IF-l、2和3 真核：起始因子 十种； eIF 翻译起始： 1）IF-3 结合核蛋白体30S亚基，使大、小亚基拆离 2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离 3）单独的30S亚基易于与mRNA及起始tRNA结合 4）IF-

9、2促进fMet-tRNA结合mRNA及核蛋白体22最新课件起始因子IF和eIF 原核：起始因子 三种； IF-l（二）真核生物翻译起始复合物形成起始因子eIF3结合到核糖体（80S）的小亚基（40S）上，使大亚基（60S）与小亚基解离 甲硫酰tRNA（ Met-tRNAimet ）结合 mRNA结合（需帽结合蛋白CBP）23最新课件（二）真核生物翻译起始复合物形成起始因子eIF3结合到核糖体met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-3GDP+Pi各种elF释放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B

10、,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复合物形成过程24最新课件met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2二、肽链合成延长 根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程25最新课件二、肽链合成延长 根据mRNA密码序列的指导，顺序添加肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸进位(entrance)/注册（registration）成肽(peptide bond formation)转位(translocation)26最新课件

11、肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(r延伸过程所需蛋白因子延长因子(elongation factor, EF)原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-227最新课件延伸过程所需蛋白因子延长因子原核延长因子生物功能对应真核又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。 28最新课件又称注册(registration)（一）

12、进位指根据mRNA延长因子EF-T催化进位（原核生物） 29最新课件延长因子EF-T催化进位（原核生物） 29最新课件（二）成肽转肽酶(transpeptidase)催化形成肽键30最新课件（二）成肽转肽酶(transpeptidase)催化形成肽键（三）转位（Translocation）延长因子EF-G有转位酶活性，结合并水解GTP，使核蛋白体向mRNA的3侧移动31最新课件（三）转位（Translocation）延长因子EF-G有转进位转位成肽32最新课件进位转位成肽32最新课件三、肽链合成终止 （Termination）终止密码的辨认及肽链从肽酰-tRNA水解出。 mRNA从核蛋白体中分

13、离及大小亚基的拆开 终止过程需释放因子(RF）。33最新课件三、肽链合成终止 （Termination）终止密码的辨认及释放因子(release factor, RF)：与肽链合成终止相关的蛋白因子识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA诱导转肽酶改变为酯酶活性，催化肽酰基转移到-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 34最新课件释放因子(release factor, RF)：与肽链合成四、核蛋白体循环多聚核蛋白体 (polysome)细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体每个核糖体都

14、独立完成一条多肽链的合成 蛋白质合成高速、高效进行35最新课件四、核蛋白体循环细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体35蛋白质生物合成的调节阅读框架的漂移、重叠和5-AUG的作用翻译错误：氨基酰合成酶校正RNA的结构：帽子、poly (A)尾、空间结构蛋白质生物合成阻断剂： 抗生素类大环内酯类、氯霉素、氨基糖苷类、四环素抗代谢药物抗肿瘤药其他生物活性物质白喉毒素、干扰素36最新课件蛋白质生物合成的调节阅读框架的漂移、重叠和5-AUG的作用氨基糖苷类抗生素放线菌酮氯霉素四环素族嘌呤霉素37最新课件氨基糖苷类抗生素放线菌酮氯霉素四环素族嘌呤霉素37最新课件38最新课件38最新课件干扰素的作用机理干

15、扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶39最新课件干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素2. 干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552- 5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化40最新课件2. 干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素蛋白质合成后的折叠折叠(folding):蛋白质可凭借相互作用在细胞环境（特定的酸碱度、温度等）下，进行自我组装蛋白质自发获得成熟的构型自我装配需要辅助蛋白协助分子伴侣41最新课件蛋白质合成后的折

16、叠折叠(folding):蛋白质可凭借相互作分子伴侣（molecular chaperones）一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质。在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份 作用蛋白合成开始时，防止新生肽链在未完成折叠之前相互聚合，帮助蛋白质获得最初的正确结构封闭所暴露出来的疏水区段，为蛋白质折叠创造无干扰的隔离环境识别错误折叠的变性新蛋白，帮助复性或使其降解42最新课件分子伴侣（molecular chaperones）一类在应激蛋白70家族（heat-shock protein 70）：参与蛋白质的从头折叠、跨膜运输、

17、错误折叠多肽的降解及其调控过程伴侣素系统（chaperonin system）:具有独特的双层环状结构的寡聚蛋白，以依赖ATP的方式为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境分子伴侣的分类及作用43最新课件应激蛋白70家族（heat-shock protein 70翻译后的加工修饰新和成的多肽只有经过细胞内各种修饰处理后才能成为有活性的成熟蛋白质翻译后加工蛋白质氨基酸侧链的微小改变特定氨基酸残基上添加体积较大的基团剪切 从新生肽链上去除不等的氨基酸残基44最新课件翻译后的加工修饰新和成的多肽只有经过细胞内各种修饰处理后才能常见的加工修饰方式（一）侧链氨基酸的微小修饰：二硫键的形成和

18、正确配对蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成甲基化、糖基化、磷酸化及乙酰化等化学修饰45最新课件常见的加工修饰方式（一）侧链氨基酸的微小修饰：45最新课件（二）剪切和剪接加工新生肽链N端fMet或Met的切除剪切 直接从新生肽链上除去不等的氨基酸残基 分泌型蛋白的信号肽的切除前体蛋白加工：切除前体蛋白的一端肽段；去除蛋白内含子活性肽的剪切释放：一条已合成的多肽链经翻译加工后生成不同活性的蛋白质或多肽剪接 蛋白质前体通过多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的顺序结合起来生成成熟有活性的蛋白质46最新课件（二）剪切和剪接加工新生肽链N端fMet或Met的切除46最NC信号肽PMOCKRKR103

19、肽 ( ？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰47最新课件NC信号肽PMOCKRKR103肽ACTH-LT-MSH（三）添加化学基团（化学编辑）蛋白质的脂酰化酰基转移酶催化脂肪酸与肽链中的Ser的羟基以酯键结合，使新生的蛋白脂酰化蛋白质的糖基化使蛋白质能够抵抗消化酶的作用赋予蛋白质传导信号的功能某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠 48最新课件（三）添加化学基团（化学编辑）蛋白质的脂酰化酰基转移酶催蛋白质的转运核孔运输胞质中合成的蛋白质穿过胞核内外膜形成的核孔进入细胞核 跨膜运输胞质中合成的蛋白质进入到内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等通过

20、跨膜机制进行运输的。需要消耗能量 小泡运输蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等是由小泡介导的49最新课件蛋白质的转运核孔运输胞质中合成的蛋白质穿过胞核内外膜形成的细胞中蛋白质运输的方式翻译中运输:由与内质网结合的核糖体完成。新生肽链在合成过程中，插入到内质网上的特殊通道，然后转移入内腔 翻译后运输: 由游离核糖体完成。在多肽链合成后，将蛋白质从细胞质转移到线粒体或叶绿体等细胞器和细胞核中50最新课件细胞中蛋白质运输的方式翻译中运输:由与内质网结合的核糖体完成靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-L

21、eu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（2035氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分 51最新课件靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，翻译中运输过程（信号肽假说）信号肽(Signal sequence) 能启动蛋白质运转的任何一段多肽 使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外52最新课

22、件翻译中运输过程（信号肽假说）信号肽(Signal sequ结构：约10-40多个氨基酸构成，分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸, 提供正电荷中性或疏水性氨基酸，能够形成一段螺旋结构，是信号肽的主要功能区 带负电荷的C末端，含小分子氨基酸，是信号肽酶切割信号肽的部位53最新课件结构：约10-40多个氨基酸构成，分三个区：53最新课件信号肽识别粒子（Signal recognition particles- SRP）：6种蛋白质与7S-RNA组成复合体SRP的作用：与合成的分泌蛋白中的信号肽结合。参加与内质网上受体结合的反应。7S-RNA:由305bp组成,提供SRP形成的结构骨架对接蛋白（docking protein- D