蛋白质生物合成4

第二十一章

蛋白质的生物合成BingfangHe

NanjingUniversityofTechnology

生物与制药工程学院何冰芳现在是1页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/111蛋白质的生物合成生物体不论是繁殖期还是成熟期，要不断地合成各种蛋白质来维持生命。蛋白质的生物合成是生命科学最重大而基本的研究课题。Pro生物合成的本质：包括肽键的形成和AA排列顺序的确定基因表达—遗传信息的传递：DNA→mRNA→蛋白质→生物性状DNA并不直接参与Pro的合成，Pro的合成是mRNA为模板，AA的“搬运工”tRNA，“装配机”rRNA（核蛋白体）及其它许多酶及辅助因子的协助下进行的。2023/4/112现在是2页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/113现在是3页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/114现在是4页\一共有106页\编辑于星期五一．密码子是如何阐明的遗传密码：mRNA中核苷酸的排列顺序与蛋白质中AA的排列顺序的关系称为遗传密码。1．密码子——AA的代码四种核苷酸如何决定二十种AA的排列顺序？人工合成的核苷酸序列为模板，进行体外蛋白质合成。无细胞测活系统在遗传密码揭示中的运用如多聚UUC,得三种不同的多肽.UUCUUCUUCUUC多聚PheUCUUCUUCUUCU多聚SerCUUCUUCUUCUU多聚Leu第一节、遗传密码的揭示2023/4/115现在是5页\一共有106页\编辑于星期五三联体密码：3个核苷酸组成一个密码子（codon），每个codon就是特定AA代码四种核苷酸每3个一组，可组成43=64密码子>AA种类，所以有些AA是二个以上密码子亮Leu有六个codon

61codon编码二十种AA3codon终止密码UAA，UAG，UGA

Met起始信号—AUG

（蛋白分子中的Met也用此codon）

Val-GUG

有时也为N-甲酰Met起始密码UGA编码天然蛋白质的硒代半胱氨酸（See）UAG编码天然蛋白质的吡咯赖氨酸（Pyl）

2023/4/116现在是6页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/117现在是7页\一共有106页\编辑于星期五2．密码的性质—各种生物共用一套密码基本单位是按5’3’方向编码、不重叠、无标点的三联体密码。

①

无间隔性：codon之间是连续的，无其他核苷酸隔开起始codon——终止codon

②方向性：codon的阅读方向mRNA5’—3’

③不重叠性：3个核苷酸——1个AA，核苷酸无重叠编码情况，如5核苷酸编码2个AA④终止密码非兼职性

UAG，UAA，UGA

起始密码兼职性

AUG

起始codon—Metcodon及链内Metcodon(tRNA不同)GUGValcodon有时兼起始codon编码N-甲酰Met（少数）

三、密码子的性质2023/4/118现在是8页\一共有106页\编辑于星期五2．密码的性质—各种生物共用一套密码基本单位是按5’3’方向编码、不重叠、无标点的三联体的三联体密码。

⑤密码的通用性从低等生物→人，所有生物共用一套密码但是不同的生物中，不同codon使用频率不同真核生物线粒体内的codon与通用密码有些差异

⑥密码的简并性：一种AA由几个codon编码的性质

64个密码子，其中61个密码子编码20种氨基酸如Alacodon：GCU，GCC，GCA，GCG

此时codon的专一性取决于前二个碱基，此性质可减少Pro生物合成时的突变机会，提高稳定性。

2023/4/119现在是9页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1110现在是10页\一共有106页\编辑于星期五2．密码的性质—各种生物共用一套密码基本单位是按5’3’方向编码、不重叠、无标点的三联体密码。

⑦

密码的变偶性如Glycodon：GGU，GGC，GGA，GGGAlacodon：GCU，GCC，GCA，GCG

它们的前两位碱基都相同，有些氨基酸只有两个密码子，通常第三位碱基都是嘧啶或嘌呤，可用通式XY或XY来表示，进而发现tRNA上的反密码子与密码子配对时，密码子的第一、第二位碱基是严格配对的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称此现象为变偶性（wobble)。

UCAG32种tRNA61氨基酸密码子2023/4/1111现在是11页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1112现在是12页\一共有106页\编辑于星期五变偶配对2023/4/1113现在是13页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1114现在是14页\一共有106页\编辑于星期五2．密码的性质—各种生物共用一套密码

⑧密码的防错系统密码子的简并程度不同，但同义密码子在密码表中的分布十分有规律。氨基酸的极性由第二碱基决定，简并性由第三碱基决定。中间碱基U,它编码的氨基酸是非极性、疏水和支链的常在球蛋白的内部中间碱基C,它编码的氨基酸是非极性或具有不带电荷的极性侧链中间碱基A或G,其相应的氨基酸常在球蛋白的外周，具有亲水性。前两位是GA,第三位任意，相应的为亲水的酸性氨基酸第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任意，相应的氨基酸具有亲水性侧链并具有碱性2023/4/1115现在是15页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1116现在是16页\一共有106页\编辑于星期五⑧密码的防错系统密码子的分布规律可降低突变造成的危害，比如：密码子中一个碱基被置换，可能编码相同的氨基酸或理化性质相似的氨基酸。2023/4/1117现在是17页\一共有106页\编辑于星期五第二节蛋白质生物合成中的大分子蛋白因子酶类mRNA/tRNA核糖体（rRNA）2023/4/1118现在是18页\一共有106页\编辑于星期五mRNA与读码框(readingframe)mRNA携带的翻译成多肽链的遗传信息，由起始密码到终止密码的一个区域，在此区域中密码子排列是连续的。读码框外的称非编码区真核mRNA原核mRNA核糖体结合位点ORFORFORFSD一、mRNA结构特征与翻译起始无SD序列2023/4/1119现在是19页\一共有106页\编辑于星期五SD序列翻译开始于mRNA与核糖体的结合富含嘌呤2023/4/1120现在是20页\一共有106页\编辑于星期五RBS2023/4/1121现在是21页\一共有106页\编辑于星期五二、tRNA的功能—“AA的搬运工”

识别AA，3’端氨基酸臂CCA的核糖2‘或3’-OH上，tRNA转运AA

氨基酰tRNA

识别遗传密码—反密码子（反密码环）1、同功受体运输同一种氨基酸的不同tRNA称为同功受体tRNA种类很多，分子大小也不同，不同tRNA具有不同的反密码子起始Met与链内Met的tRNA不同2023/4/1122现在是22页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1123现在是23页\一共有106页\编辑于星期五2、tRNA反密码子的摇摆性质2023/4/1124现在是24页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1125现在是25页\一共有106页\编辑于星期五三、氨基酰tRNA合成酶氨基酰tRNA是氨基酸的激活形式2023/4/1126现在是26页\一共有106页\编辑于星期五氨基酰tRNA合成酶催化反应需要ATPATP1、氨基酰tRNA合成酶催化氨基酰tRNA的合成2023/4/1127现在是27页\一共有106页\编辑于星期五a.具有高度的专一性识别AA

识别特异的tRNAb.该酶还有校正功能避免携带错误的AA

Phe-tRNAphe

不水解Ile-tRNAphe水解2、氨基酰tRNA合成酶具有校对功能2023/4/1128现在是28页\一共有106页\编辑于星期五2、氨基酰tRNA合成酶具有校对功能正确的氨基酸对应的tRNA相连接2023/4/1129现在是29页\一共有106页\编辑于星期五副密码子与校正（tRNA合成酶）3、氨酰tRNA合成酶起着“第二套遗传密码子”作用2023/4/1130现在是30页\一共有106页\编辑于星期五四．核蛋白体rRNA（核糖体）合成Pro的场所1．核糖体，核蛋白体的组成核蛋白体—rRNA(60%)+蛋白质(40%)是巨大的多酶复合体，还有一些蛋白因子等在细胞中以游离形式存在，在真核细胞中也可与内质网结合，形成粗面内质网。

2023/4/1131现在是31页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1132现在是32页\一共有106页\编辑于星期五

真核生物原核生物

小亚基大亚基小亚基大亚基RNA（沉降系数）18S28S,5S,5.8S16S23S,5SPro种类30∽502136颗粒大小（沉降系数）40S60S30S50S核糖体大小80S

70S核蛋白体的组成2023/4/1133现在是33页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1134现在是34页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1135现在是35页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1136现在是36页\一共有106页\编辑于星期五2、核糖体的结构与功能小亚基结合mRNA，起始识别tRNA结合部位：氨酰tRNA接受部位（A），肽基tRNA结合部位（P），tRNA退出部位（E）大亚基的肽基转移酶活性蛋白因子等结合位点RBS2023/4/1137现在是37页\一共有106页\编辑于星期五3、多聚核糖体每秒40个密码子2023/4/1138现在是38页\一共有106页\编辑于星期五多聚核糖体Pro合成时，mRNA与核蛋白体的结合是小亚基靠大亚基的接触面上，核蛋白体向mRNA的3‘端移动一定距离后，第二个核蛋白体又可结合到mRNA，一条mRNA可接5、6个或50、60个核蛋白体（一般隔80核苷酸）。意义

1）高速翻译

2）避免合成过量同种mRNA而造成错误突变。2023/4/1139现在是39页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1140现在是40页\一共有106页\编辑于星期五第三节原核生物蛋白质生物合成

Pro的生物合成是从氨基端到羧基端逐个加上AA的过程,既快又复杂,需要多种成分(200)的参与.—核蛋白体循环

2023/4/1141现在是41页\一共有106页\编辑于星期五蛋白质生物合成

AA的活化与搬运—氨基酰tRNA的合成肽链合成的起始—起始复合物的形成四个阶段（70S-mRNA-fMet-tRNA）肽链的延伸—包括进位,转肽,移位肽键的终止—终止codon2023/4/1142现在是42页\一共有106页\编辑于星期五一、大肠杆菌蛋白质合成的起始

AA的活化与搬运AA的NH2与-COOH的反应性并不强,需活化①活化反应

需:氨基酰tRNA合成酶(Mg2+),ATP,tRNAAA先与酶形成中间复合物再接到tRNA的

AA臂(3‘末端CCA-OH)上2023/4/1143现在是43页\一共有106页\编辑于星期五活化反应原核细胞第一个AA—N-甲酰MetN端封闭，利于Pr合成从NC端1、甲酰蛋氨酸tRNA的合成2023/4/1144现在是44页\一共有106页\编辑于星期五氨基酰tRNA第二密码子2023/4/1145现在是45页\一共有106页\编辑于星期五SD序列翻译开始于mRNA与核糖体的结合核糖体结合位点2、起始密码子正确识别的基础

SD序列2023/4/1146现在是46页\一共有106页\编辑于星期五3、起始因子与起始复合物的形成需起始因子IF1,IF2,IF3,GTPIF3促进30sRNA与mRNA的结合IF1,IF2再结合

fMet.tRNAfMet

再结合50sRNA起始复合物的形成

70S.mRNA.fMet.tRNAfMet2023/4/1147现在是47页\一共有106页\编辑于星期五蛋白质合成的起始GTP2023/4/1148现在是48页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1149现在是49页\一共有106页\编辑于星期五二、肽链的延伸

—包括进位,转肽和移位三个步骤需延长因子,EF-Tu,EF-Ts,GTP的参与a.对应mRNA上第二codon的AA-tRNA进A位b.在肽基转移酶的催化下,P位的fMet转移到A位的AA-tRNA上,与2位的AA残基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA—fMet·AA2·tRNA，P位空tRNA掉下。c.A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位如此,第三,第四,n个AA的肽酰AA·tRNA继续参与肽链的合成。2023/4/1150现在是50页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1151现在是51页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1152现在是52页\一共有106页\编辑于星期五3、肽链合成的终止(UAAUGAUAG)终止密码出现在A位,终止因子(RF1,RF2,RF3)识别终止codon,RF因子促进P位上肽链水解释放及tRNA的释放,离开rRNA,IF3促进亚基解聚,30S,50S又用于新肽链的合成实际活细胞中Pro合成时,每条mRNA上同时结合多个核糖体,这样可充分利用mRNA,提高Pro的合成效率.2023/4/1153现在是53页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1154现在是54页\一共有106页\编辑于星期五肽链的终止2023/4/1155现在是55页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1156现在是56页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1157现在是57页\一共有106页\编辑于星期五四.新合成多肽链经受折叠与加工

—功能蛋白的生成合成后的Pro需经过加工,修饰,正确的折叠才能成为功能蛋白重要的修饰方式:①

N-末端Met的切除原核生物大多Pr不含1位Met1个或多个AA残基切除真核生物的Pr不含1位Met原核生物的N-End不含甲酰基—脱甲酰基酶②

二硫键的形成二硫键异构酶正确-S-S-的形成2023/4/1158现在是58页\一共有106页\编辑于星期五四.新合成多肽链经受折叠与加工

—功能蛋白的生成合成后的Pro需经过加工,修饰,正确的折叠才能成为功能蛋白1、新生多肽链的折叠①二硫键的形成二硫键异构酶

正确-S-S-的形成2023/4/1159现在是59页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1160现在是60页\一共有106页\编辑于星期五②正确的折叠分子伴侣molecularcharperones分子伴侣(chaperone)是一种帮助其它蛋白质正确折叠成功能蛋白的巨大蛋白质(14聚体),广泛存在于生物界.分子伴侣在蛋白质（一级结构）合成结束前阻止新生多肽的错误折叠2023/4/1161现在是61页\一共有106页\编辑于星期五2.蛋白质合成后加工与修饰

—功能蛋白的生成合成后的Pro需经过加工,修饰,正确的折叠才能成为功能蛋白重要的修饰方式:①

N-末端Met的切除原核生物大多Pr不含1位Met1个或多个AA残基切除真核生物的Pr不含1位Met原核生物的N-End不含甲酰基—脱甲酰基酶

2023/4/1162现在是62页\一共有106页\编辑于星期五2、蛋白质合成后的加工与修饰②

信号肽的切除与肽链的部分切除某些肽链合成后需经酶水解切除一些肽链后才能折叠出正确的构象③个别AA残基的修饰如羟基化,磷酸化,甲基化,乙酰化等④糖基化O-糖苷键（Ser，Thr，Hpr，Hly）N-糖苷键（Asn）⑤二硫键的形成与辅助因子的结合

2023/4/1163现在是63页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1164现在是64页\一共有106页\编辑于星期五五、蛋白质合成过程中的能量问题ATP主要为氨基酸的活化提供能量GTP主要为移位，分子运动提供能量2023/4/1165现在是65页\一共有106页\编辑于星期五作用于蛋白质合成的抗生素—翻译抑制剂氯霉素,红霉素:与细菌50SrRNA(核蛋白体)结合,抑制70S核糖体生成,不抑制真核生物80S核糖体的生成嘌呤霉素:结合于50SA位,阻止正常进位土霉素,链霉素,四环素,金霉素等作用于30SrRNA,阻止翻译的进行六.蛋白质生物合成的抑制剂2023/4/1166现在是66页\一共有106页\编辑于星期五嘌呤霉素2023/4/1167现在是67页\一共有106页\编辑于星期五第四节、真核细胞蛋白质合成真核细胞蛋白质合成与原核细胞有一定的差别①

合成场所核蛋白体大(80S-60S,40S)②

起始AA为Met③起始codon只有AUG

2023/4/1168现在是68页\一共有106页\编辑于星期五第五节、蛋白质合成后的导向和转运蛋白质运输与信号肽2023/4/1169现在是69页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1170现在是70页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1171现在是71页\一共有106页\编辑于星期五信号肽的结构特征剪切位点Ala,Gly一、信号肽引导蛋白质转运2023/4/1172现在是72页\一共有106页\编辑于星期五1、蛋白质运输与信号肽(signalorleadersequance)①

信号肽序列；需要运输的新合成蛋白N端含有的一段特殊的氨基酸序列。转运的过程中该序列被信号肽酶切除。②

信号肽的结构特征；含10－40个氨基酸残基，氨基端至少含有一个带正电的氨基酸，中部有长度为8-15高度疏水的氨基酸（丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸）③信号肽的功能；携带蛋白质通过脂膜，达到一定的位置。2023/4/1173现在是73页\一共有106页\编辑于星期五信号肽的结构特征2023/4/1174现在是74页\一共有106页\编辑于星期五2、信号肽假说—分泌蛋白跨膜机制SRP;Signalrecognitionparticle2023/4/1175现在是75页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1176现在是76页\一共有106页\编辑于星期五信号肽的跨膜作用2023/4/1177现在是77页\一共有106页\编辑于星期五信号肽的跨膜作用与蛋白质的糖基化长醇二、糖基化在蛋白质定位中的作用2023/4/1178现在是78页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1179现在是79页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1180现在是80页\一共有106页\编辑于星期五习题何谓密码的简并性和变偶性？两者有何关系？阐述蛋白质生物合成的全过程。什么是信号肽?有何特征和功能?在蛋白质定向输送时，多肽本身有何作用？分子伴侣有何功能?P537,第4题2023/4/1181现在是81页\一共有106页\编辑于星期五第22章

细胞代谢与基因表达调控现在是82页\一共有106页\编辑于星期五2023/4/1182相互关系

糖、脂类、蛋白质、核酸代谢糖代谢与蛋白质代谢的相互关系脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系糖代谢与脂类代谢的相互关系核酸代谢与糖、脂及蛋白质代谢的相互关系2023/4/1183现在是83页\一共有106页\编辑于星期五糖与蛋白质代谢2023/4/1184现在是84页\一共有106页\编辑于星期五脂类与糖代谢Glucose2023/4/1185现在是85页\一共有106页\编辑于星期五AA，糖，脂肪代谢的关系磷酸甘油脂肪酸胆固醇酮体脂肪葡萄糖脂类与蛋白质代谢的相互关系（有限）liver2023/4/1186现在是86页\一共有106页\编辑于星期五脂类、蛋白质与糖代谢2023/4/1187现在是87页\一共有106页\编辑于星期五Glucose为什么说乙酰辅酶A是糖、脂肪与氨基酸代谢的共同节点2023/4/1188现在是88页\一共有106页\编辑于星期五6-P-Glucose为中心的代谢网络2023/4/1189现在是89页\一共有106页\编辑于星期五ATP是通用的能量载体磷酸肌酸2023/4/1190现在是90页\一共有106页\编辑于星期五ATP是通用的能量载体2023/4/1191现在是91页\一共有106页\编辑于星期五代谢调控复杂的物质代谢总是彼此配合，保持高度的协调统一，是因为机体内存在一个完善的自我调控系统。单细胞生物：细胞或酶水平的调控复杂的高等生物：细胞水平的调控体液（激素）水平的调控神经系统的调控2023/4/1192现在是92页\一共有106页\编辑于星期五一、神经系统的调控神经系统的调节具有整体性，协调全部代谢，而且作用非常快。神经系统的调节既能直接影响代谢活动，又能影响激素分泌来间接控制新陈代谢。代谢调控2023/4/1193现在是93页\一共有106页\编辑于星期五垂体前叶下丘脑垂体后叶甲状腺肾上腺皮质2023/4/1194现在是94页\一共有106页\编辑于星期五二、体液激素的调控激素由细胞分泌出来，由体液运往各靶器官和靶细胞起作用。高等动物的激素分三类；含氮类激素、类固醇激素、脂肪酸衍生物激素。作用机制：含氮类激素的作用机制——第二信使学说类固醇激素的作用机制——调节基因表达代谢调控2023/4/1195现在是95页\一共有106页\编辑于星期五三、细胞或酶水平的调控细胞内的调控主要是通过酶来实现的，所以又称酶水平的调控或分子水平的调控。一般代谢体系的调节是通过某些关键酶—限速酶的调节达到的。不管是激素调节，还是神经系统的调节最终都要体现到细胞水平——酶水平的调节上。代谢调控2023/4/1196现在是96页\一共有106页\编辑于星期五三、细胞或酶水平的调控1、区域定位的调节——不同酶分布于细胞的不同部位酶分布的分隔性决定了细胞内不同部位（细胞器）进行着不同的代谢，这种隔离分布为细胞或酶水平代谢调节创造了有利条件，使某些调节因素可以专一地影响某一细胞部分的酶活性，而不影响其他部分的酶活。代谢调控2023/4/1197现在是97页\一共有106页\编辑于星期五三、细胞或酶水平的调控1、区域定位的调节——不同酶分布于细胞