蛋白质生物合成

关于蛋白质生物合成第1页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六遗传信息的中心法则蛋白质复制DNARNA转录翻译复制RNA翻译逆转录DNARNA2第2页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六本章主要内容蛋白质合成体系蛋白质的合成过程蛋白质合成后的加工蛋白质的定向转运蛋白质合成的抑制剂3第3页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六一、蛋白质合成体系

氨基酸蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、ATP、GTP原料产物供能模板载体4第4页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六大肠杆菌无细胞体系（去除细胞壁、细胞膜，DNA酶处理）人工合成Poly(U)——mRNA14C标记氨基酸ATP、GTP供能UUU苯丙氨酸AAA赖氨酸CCC脯氨酸1、mRNA——蛋白质合成模板氨基酸密码的发现（1961，M.Nirenberg）5第5页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六6第6页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六密码子：三联体密码（43=64个遗传密码子），代表一个氨基酸起始密码：AUG（又编码甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸）；GUG终止密码：UAA、UGA、UAG；

AGA、AGG7第7页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六非标准遗传密码密码子标准编码非标准编码所属的生物UGA中止色氨酸人、牛、酵母线粒体，支原体(Mycoplasma)基因组，如CapricolumUGA中止半胱氨酸一些纤毛虫(ciliate)细胞核基因组，如游纤虫属(Euplotes)AGR精氨酸中止大部分动物线粒体，脊椎动物线粒体AGA精氨酸丝氨酸果蝇线粒体AUA异亮氨酸蛋氨酸一些动物和酵母线粒体UAA中止谷氨酰胺草履虫、一些纤毛虫(ciliate)细胞核基因组，如嗜热四膜虫(ThermophAilustetrahymena)UAG中止谷氨酸草履虫核细胞核基因组GUG缬氨酸丝氨酸假丝酵母核基因组AAA赖氨酸天冬氨酸一些动物的线粒体，果蝇线粒体CUG亮氨酸中止圆柱念珠菌(Candidacylindracea)细胞核基因组CUN亮氨酸苏氨酸酵母线粒体8第8页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六遗传密码的特点无标点与不重叠连续阅读顺序：mRNA5’→3’肽链合成：N端→C端开放读码框架（openreadingframe,ORF）阅读框移位（frameshift），蛋白功能改变，称为移码突变。简并性P394一种氨基酸有两个或多个密码子同义密码子密码上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可改变，如：UCU、UCC、UCA、UCG都代表Ser减少突变频率，保持遗传稳定性9第9页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六遗传密码的特点摆动性P395（密码子和反密码子配对原则）mRNA上密码子与tRNA上的反密码子进行反平行配对，产生摆动现象反密码子除A、G、U、C外，第一位常为I（次黄嘌呤）降低基因突变的危害，保证遗传稳定通用性一般情况下，病毒、原核及真核生物共用一套密码但存在不同生物或不同亚细胞器之间的密码子略有不同10第10页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六摆动现象反平行配对过程，密码子的第一、二位碱基严格遵守碱基配对原则，而第三位配对并不严格，因此导致摆动配对。11第11页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六原核和真核生物mRNA的异同原核生物真核生物不同点多顺反子mRNA；富含嘌呤的SD序列；单顺反子mRNA；5’端甲基鸟苷酸帽子；3’端PolyA尾巴；相同点阅读顺序5’3’；ORF之间存在非编码区；12第12页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六原核生物核糖体识别mRNA上的起始密码子S-D序列5’3’小亚基13mRNA在原核和真核生物中的结构不同导致核糖体识别起始密码子的方法不同。第13页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六2、tRNA——搬运氨基酸Ser5’Tyr5’每一种氨基酸都有至少一种tRNA负责运载，表示方式如：Ser-tRNASer；Tyr-tRNATyr14第14页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六tRNA的二级结构（三叶草型）

与蛋白质合成有关的位点氨基酸接受位点氨酰-tRNA合成酶识别位点mRNA结合位点15第15页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六tRNA的三级结构（倒L-型）16第16页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六3、核糖体——蛋白质合成的场所rRNA+蛋白质核糖体（核蛋白体）大亚基小亚基17第17页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六核糖体小亚基的组成（原核）嗜热栖热菌（Thermusthermophilus）的30S亚基的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色部分为RNA单链。18第18页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六死海盐盒菌（Haloarculamarismortui）的50S亚基的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色及黄色部分为RNA单链。分子核心的亮绿色部分为亚基的活性中心。核糖体大亚基的组成（原核）19第19页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六核糖体大小亚基的组成沉降系数以时间表示1S=10-13秒20第20页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六21第21页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六大亚基与tRNA的结合A位(aminoacylsite)：氨酰tRNA的结合部位P位(peptidylsite)：肽酰tRNA的结合部位E位(exitsite)：脱肽酰tRNA的部位

（空载tRNA离开）大小亚基的空隙22第22页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六二、蛋白质的合成过程氨基酸的活化肽链合成的起始肽链合成的延长肽链合成的终止核糖体细胞质23第23页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六1、氨基酸的活化——氨基酸与tRNA的结合24第24页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六氨酰-AMP-E+tRNA→氨酰-tRNA+AMP25第25页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六26第26页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六每一种氨酰－tRNA合成酶识别一种特定的氨基酸，但是能识别一种或多种tRNA（由第二套遗传密码决定）氨酰-tRNA合成酶的专一性27第27页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六第二套遗传密码tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做第二套遗传密码，包括反密码子和受体臂上核苷酸序列。这样保证蛋白质合成的忠实性。（P398，4thedition）28第28页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六氨酰-tRNA合成酶的作用对底物氨基酸和tRNA的特异性，保证遗传信息准确翻译。一旦tRNA与错误的氨基酸相连，形成的氨酰-tRNA会被该合成酶水解掉。具有校正活性，保证翻译的正确性。29第29页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六2、肽链合成的起始起始复合体mRNAfMet-tRNAfMet大、小亚基IF-1，2，3GTP，Mg2+原核生物mRNAMet-tRNAMet大、小亚基9种eIFGTP，Mg2+真核生物30第30页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六起始复合物的形成过程（原核生物为例）mRNA与小亚基定位结合31Q1：IF-1为什么在A位？第31页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六起始氨基酰-tRNA的结合32Q2：起始氨基酰-tRNA为什么不在A位？第32页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六核糖体大亚基的结合33第33页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六原核生物起始因子的生物功能起始因子生物功能IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对起始tRNA的敏感性34第34页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六4、肽链合成的延长原核生物肽链延长因子EF-TEF-GEF-TuEF-Ts真核生物肽链延长因子：eEFa、eEFbg和eEF-2循环步骤：进位——成肽——移位条件：延长因子和GTP肽键的形成是依靠核糖体自身催化完成的？35第35页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六肽链的延长进位EF-Ts36第36页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六进位肽酰转移酶37Q3：肽酰转移酶是核糖体的哪一部分？第37页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六成肽38第38页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六肽链的延长成肽转位39第39页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六移位40Q4：真核生物核糖体上无E位，脱酰基-tRNA如何脱落？第40页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六肽链延长的过程中，共消耗两个GTP分子。G蛋白：依赖于GTP结合发挥功能的一类蛋白。一旦GTP水解成GDP，蛋白便无活性。41第41页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六5、肽链合成的终止原核生物：A位上出现终止密码子，在释放因子RF-1、RF-2、RF-3、GTP及肽酰转移酶作用下，多肽链水解。真核生物只有1种释放因子eRF，其终止过程与原核生物基本相同。42第42页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六终止密码子的辨认肽链从肽酰-tRNA水解mRNA从核糖蛋白体中分离核糖体大小亚基分开肽链合成的终止包括43第43页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六释放因子识别终止密码子UAA，UAG，UGARF-1识别UAA、UAGRF-2识别UAA、UGARF-3协助肽链释放，GTP结合蛋白。44Q5：细胞内是否存在识别终止密码子的tRNA？第44页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六多聚核糖体蛋白质合成通常是多个核糖体附着在同一个mRNA分子上，形成多聚核糖体。同时合成不同的肽链。45第45页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六真核和原核生物蛋白质合成的比较相同点：合成方向、地点（核糖体）、原料、步骤、能量、密码子等真核原核核糖体80s（18、28、5.8S和80种蛋白质）70s(5、16、25s和50多种蛋白）核糖体E位没有，转位时卸载的tRNA直接从P位上脱落有小亚基无特征区域与mRNA结合有嘧啶区与SD序列结合起始氨基酸MetfMet启动eIF9-10种，需要ATP小亚基先与tRNA结合再与mRNA结合IF1、IF2、IF3，仅需GTP小亚基先与mRNA结合再与tRNA结合延长EF1，EF2，GTPEF-Tu，EF-Ts，EF-G，GTP终止RF，GTPRF-1，RF-2，RF-3，GTP46第46页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六三、蛋白质合成后的加工转运一级结构：N-端Met（fMet）去除原核生物（脱甲酰基酶氨肽酶）二硫键的形成半胱氨酸信号肽切除分泌性蛋白氨基酸修饰①羟化作用：羟脯氨酸、羟赖氨酸；②酶活性中心的磷酸化高级结构：肽链的修饰①糖链的连接（N-或O-糖苷键）；②蛋白质的剪切（胰岛素）；③辅基的附加（乙酰CoA羧化酶和生物素）多肽链的折叠分子伴侣（高保守性）、ATP47第47页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六N端甲酰基或N端氨基酸的切除N端甲酰甲硫氨酸（甲硫氨酸）是多肽链合成的起始氨基酸，必须在多肽链折叠成一定的空间结构之前被切除。原核生物该过程是：①脱甲酰基酶作用去甲酰化；②氨肽酶作用切去至少一个氨基酸。真核生物的甲硫氨酸通常在肽链未完全合成前就被水解。48第48页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六mRNA中没有编码胱氨酸的密码子，二硫键只能通过两个半胱氨酸的巯基在氧化酶的催化下，将-SH氧化为-S-S-。此二硫键在蛋白质空间构象的形成发挥重要作用。二硫键的形成49第49页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六信号肽的切除N端存在的15-30个高度疏水的氨基酸，引导合成的蛋白质运送到细胞特定部位，随后，在信号肽酶作用下切除。50第50页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六分泌蛋白的加工和定向转运胞浆信号肽颗粒识别、结合

带有信号肽的分泌蛋白内质网通道识别信号肽酶切除信号肽肽链合并高尔基体进一步加工分泌出胞外51第51页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六氨基酸的修饰有些氨基酸不是由遗传密码直接编码，而是在肽链合成后，由专门的酶修饰而成。（1）磷酸化：磷酸丝氨酸（调节酶活性）、磷酸苏氨酸、磷酸酪氨酸（正常细胞癌化）（2）羟化：羟脯氨酸（胶原蛋白、弹性蛋白）、羟赖氨酸（胶原蛋白）52第52页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六肽链的修饰(1)糖链连接：N-糖苷键（糖链与天冬酰胺或谷氨酰胺的酰胺N相连）；O-糖苷键（糖链与丝氨酸或苏氨酸的羟基O相连）(2)蛋白质剪切：某些新生肽需水解掉部分肽段后，才能转变成功能蛋白质。(3)辅基添加：某些蛋白质需要共价结合的辅基。53第53页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六胰岛素原的蛋白质剪切54第54页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六血红素共价结合在血红蛋白上55第55页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六多肽链的正确折叠生物体的蛋白质多肽链正确折叠和组装需要辅助蛋白参与，即分子伴侣。分子伴侣无序列相关性但功能相同，与肽链疏水表面结合，诱发正确折叠。它是保守蛋白质家族成员。发挥作用需ATP供能，存在于细胞膜、线粒体膜、内质网膜内外空间。56第56页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六57第57页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六四、蛋白质生物合成的干扰与抑制1、抗菌素类阻断剂（作用机制多样）-针对原核生物(1)四环素/土霉素：氨酰-tRNA不能在A位与mRNA结合，阻断肽链延长。(2)链霉素/新霉素/卡那霉素：氨酰-tRNA与mRNA上密码子结合松弛，易引起密码错读。(3)氯霉素：抑制肽酰转移酶的活性，阻断肽键形成。…58第58页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六59第59页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素白喉毒素（对真核生物有剧毒的毒素）白喉杆菌产生的毒素蛋白，A、B两条链组成。本质：A链--修饰酶

B链—识别受体，协助A链作用机制:eEF2

（真核生物延长因子）

eEF2

腺苷二磷酸衍生物(无活性)

A链60第60页，共65页，2022年，5月20日，7点48分，星期六

真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。作用机制：

干扰素eIF2-磷酸化

抑制蛋白质