蛋白质合成公开课课件

第13章蛋白质的生物合成

一、概述基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。合成体系：20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和因子,以及无机离子、ATP、GTP合成方向：N→C端。二、参与蛋白质合成的三类RNA及核糖体1.rRNA

与蛋白质一起构成核糖体——蛋白质合成“工厂”核糖体结构组成核糖体的基本功能结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对肽键的形成

存在核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成串状——多核糖体原核生物核糖体组成真核生物核糖体组成2.tRNA

结合氨基酸：一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3‘-CCA的位置。

反密码子：每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座。反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则

三、遗传密码子为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置的三个核苷酸单位称为密码子（Coden）或三联体密码。密码子的发现

统计学方法人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一种氨基酸合成的多肽核糖体结合试验1965年，Nirenberg用polyu加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表。遗传密码遗传密码子的特点无标点、不重叠

密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象简并(degeneracy)几种密码子对应于相同一种氨基酸。这些密码子为同义密码子通用性绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外终止信号UAG、UAA、UGA起始信号AUG（真核中起始为Met、原核中起始为fMet,翻译中间为Met）和氨酸的密码子(GUG)(极少出现）摆动性U摆动配对目录密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG四、蛋白质生物合成过程以mRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰tRNA为原料，GTP、ATP供能，在核糖体中完成。1.氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的3'-OH与氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基转移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E目录氨基酸的活化2.在核糖体上合成肽链氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。肽链的合成过程（以原核为例）起始延伸终止与释放S-D序列

InitiationComplexElongation肽链的延长进位（氨酰tRNA进入A位点）参与因子：延长因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽链的形成肽酰基从P位点转移到A位点，形成新的肽链移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖体沿mRNA（5’-3’）作相对移动，使原来在A位点的肽酰－tRNA回到P位点核糖体移动方向P位点A位点AUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUUItbringsanaminoacidtothefirstthreebases(codon)onthemRNA.

AminoacidtRNAmoleculeanticodon

UACAtransferRNAmoleculearrives.Thethreeunpairedbases(anticodon)onthetRNAlinkupwiththecodon.AUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUUAnothertRNAmoleculecomesintoplace,bringingasecondaminoacid.

UAC

CCGItsanticodonlinksupwiththesecondcodononthemRNA.AUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUUThefirsttRNAmoleculereleasesitsaminoacidandmovesoffintothecytoplasm.

CCG

UACAUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUU

CCGTheribosomemovesalongthemRNAtothenextcodon.AUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUUAnothertRNAmoleculebringsthenextaminoacidintoplace.

CCG

AAUAUGGGCUUAAAGCAGUGCACGUUThepolypeptidechaingetslonger.

GUC

ACGTheprocesscontinues.Thiscontinuesuntilatermination(stop)codonisreached.Thepolypeptideisthencomplete.肽链的延伸过程肽链合成的终止与释放识别mRNA的终止密码子，水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释放肽链R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGAR3影响肽链的释放速度RR帮助P位点的tRNA残基脱落，而后核糖体脱落（一）进位（注册）

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目录（二）成肽（三）转位延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录进位转位成肽原核肽链合成终止过程UAG5'3'RFCOO-目录UAG5'3'RFCOO-目录多核糖体在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时，第一个核糖体在mRNA的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNA的3’端移动一定距离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合，现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率

多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。目录五、真核细胞蛋白质合成的特点核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成起始密码AUG起始tRNA为Met－tRNA起始复合物结合在mRNA5’端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）已发现的真核起始因子有近9种（eukaryoteInitiationfactor,eIF）

eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（CBPC）肽链终止因子（EF1αEF1βγ

）及释放因子（RF）线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞蛋白质合成过程小结肽链合成方向NC（同位素证明）以mRNA的5’-3’方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程

肽链的起始需要5ATP，延长时只需4ATP，合成一个n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽链的终止不需GTP，则合成n肽所需能量3×n＋1六、肽链合成后的“加工处理”N端改造

fMet的切除信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除氨基酸的修饰/改造

肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化

氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Cys-OH）4.糖基化

（Asp、Ser、Thr、Asn）5.某些多肽要经特殊的酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素)6.高级结构的形成在分子伴侣的协助下形成正确的结构7.锚定（定位）2．个别氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。3．二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。4．水解修饰：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。

如鸦片促黑皮质素原（POMC）ＡＣＴＨ（39）β－促黑激素（18）β－内啡肽（11）β－脂酸释放激素（91）RandomChainSecondaryhelixorsheetHydrophobicalignmentsCompactfoldedproteinStepwiseProteolyticProcessingofInsulinAchainPreproinsulinProinsulinInsulinBchainDisulfidebondsssssssss（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。

信号肽(signalpeptide)

各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。信号肽的一级结构信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网目录常见的信号肽由10~40个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区，而C端由小分子氨基酸残基组成（加工区），可被信号肽酶识别并裂解。

信号假说：分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的对接蛋白（DP，

即SRP受体）结合后→开放膜蛋白通道→分泌性蛋白穿过膜→膜外侧面信号肽酶切断信号肽加工区。七、蛋白质生物合成的调节转录水平调节转录后水平调节翻译水平调节蛋白质合成抑制剂：抗生素类阻断剂a.链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：①50S起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落；②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配；③在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的介离。

b.四环素和土霉素c.氯霉素d.白喉霉素（diphtheriatoxin）

由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对真核生物的延长因子-2（EF-2）起共价修饰作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡

e.亚胺环己酮（放线菌酮）只抑制真核60S亚基的肽酰转移酶活性

干扰素对病毒蛋白合成的抑制

四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮目录嘌呤霉素作用示意图白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理白喉毒素++延长因子-2（有活性）延长因子-2（无活性）干扰素的作用机理干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活化思考题何为翻译(translation)?

参与翻译的RNA有几类,各起什么作用?何为三联体密码(coden),三