生物化学-蛋白质生物合成

生物化学---蛋白质生物合成第1页/共110页第十三章蛋白质的生物合成蛋白质是绝大多数信息途径的终产物蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制尽管蛋白质的合成具有极其复杂，但还是有相当高的速率第2页/共110页20世纪50年代蛋白质生物合成研究的几个重要进展1.核糖体是蛋白质合成的场所（PaulZamecnic)2.tRNA的发现（MahlonHoaglandandZamecnik)3.tRNA充当适配器的作用第3页/共110页第一节遗传密码一、三联体密码

（一）遗传密码的一般特性■1、三个碱基编码一个氨基酸（三联体密码子）■2、密码是非重叠的■3、碱基序列被从一固定且没有标点的固定位置开始阅读■4、密码子是简并的■5、通用与例外（在一些线粒体中UGA不是终止密码子，而是色氨酸的密码子第4页/共110页第5页/共110页（二）、遗传密码词典第6页/共110页

一个蛋白质的氨基酸序列是由连续的三联体密码子的线性顺序决定的，这个序列的第一个密码子建立了一种阅读框（readingframe)

平均说来，每个阅读框中的每20个密码子就应该有一个终止密码子。如果一个阅读框有50个以上的连续密码子无一个终止密码子，这段顺序为开放阅读框（openreadingframe)（三）、三联体密码与阅读框第7页/共110页EstablishedthechemicalstructureoftRNAEstablishedtheinvitrosystemforrevealingthegeneticcodesDevisedmethodstosynthesizeRNAswithdefinedsequences第8页/共110页Copolymerofrepeatingdinucleotidesalwaysleadtosynthesisofpolypeptidesofrepeatingdipeptides: ABABABABABABAB--

aa1---aa2---aa1---aa2----第9页/共110页（四）、通过生物化学方法破解遗传密码破解遗传密码的滤膜结合试验1、均聚多核苷酸链指导蛋白质的合成2、核糖体结合技术第10页/共110页Thefilter-bindingassayfordetectingthebindingofatrinucleotidetoaspecificaminoacyl-tRNAmolecule:about50

codonswereassignedbythissimpleandelegantmethod.第11页/共110页（五）、第二遗传密码：氨酰tRNA合成对底物的正确识别氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后，进一步的去向就由tRNA来决定。ChapevilleandLipmann实验返回第12页/共110页第二节与蛋白质合成有关的细胞器和生物大分子一、核糖体和多核糖体（一）、核糖体

1、核糖体的结构与装配（1）、原核生物核糖体组件第13页/共110页原核生物大肠杆菌核糖体的组成第14页/共110页30S核糖体亚基中16SRNA结构图第15页/共110页E.coli的7个rRNA操纵子第16页/共110页（2）、真核生物核糖体组件第17页/共110页

（3）、原核及真核核糖体的组成与构件图示

第18页/共110页（4）、核糖体的自装配第19页/共110页（5）、tRNA与核糖体可能的结合位置图第20页/共110页

（二）、多核糖体第21页/共110页

二、mRNA是蛋白质合成的模板

1、可被E.coli核糖体识别的不同S-D序列第22页/共110页

三、tRNA1、tRNA结构第23页/共110页

2、tRNA三维结构带状图

（数字代表核苷酸序列）第24页/共110页四、氨酰-tRNA合成酶ClassⅠArgCysGlnGluIleLeuMetTrpTyrValClassⅡAlaAsnAspGlyHisLysPheProSerThr1、氨酰-tRNA合成酶的两种类型第25页/共110页

2、氨酰-tRNA合成酶反应第26页/共110页3、结合有tRNA底物的类型Ⅰ对类型Ⅱ氨酰-tRNA镜像相互作用图第27页/共110页(a)E.coliglu-tRNA合成酶（Ⅰ类酶）(b)Thermusthermophilusgly-tRNA合成酶（Ⅱ类酶）第28页/共110页4、氨酰-tRNA合成酶对

tRNA的选择性识别▲E.ColiGlu-tRNA合成酶tRNA识别位点▲一些氨酰-tRNA合成酶所识别的确定因素在存在于反密码子中▲酵母tRNAphe的确定因素为五个不同的碱基▲共有的12个核苷酸确定tRNAser家族▲单一G:U碱基对决定tRNAAlas第29页/共110页四种tRNA主要确定因素（每个碱基由一圆环代表）第30页/共110页(a)带有tRNAGln和ATP的E.coliglu-tRNAGln复合酶复合物的溶剂可及图(b)tRNAGln结构图第31页/共110页被氨酰-tRNAAla氨酰化的tRNAAla微螺旋模型第32页/共110页tRNA分子中相应于3:70位置不同的碱基配对结构第33页/共110页五、密码-反密码子配对

1、密码-反密码子配对示意图第34页/共110页2、密码-反密码子配对、第三碱基摆动性第35页/共110页第36页/共110页第37页/共110页ICIUGUIA第38页/共110页六、起始因子1、原核生物蛋白质合成中的起始因子第39页/共110页2、真核生物蛋白质合成中的起始因子eIF1

功能与原核生物IF1相似。eIF2

引导结合Met--tRNA与核糖体小亚基结合

2α

与GTP结合

2β

功能尚不清楚

2γ

结合Met--tRNAeIF3

参与43S核糖体复合物的形成,与原核生物的IF3功能不同,它是第一个和小亚基结合因子。第40页/共110页eIF44A促使eIF4E从mRNA帽子结构上释放出来

4B促进eIF4B与mRNA结合

4C参与43S核糖体复合物的形成

4E与P220一起和eIF4A,mRNA结合形成复合物

4F是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA复合物，特称为帽子结构结合蛋白复合物（CBPC），具ATP酶活力第41页/共110页P220促使eIF4A在帽子结构附近寻找结合位,引导eIF4F-mRNA复合物的生成。eIF5

促使eIF4E

、eIF2、

eIF3离开48S起始复合物,引导60S大亚基与40S小亚基结合,生成80S起始复合物。eIF6

加速失活的80S解离。第42页/共110页七、蛋白质生物合成的延伸因子1、原核生物蛋白质生物合成的延伸因子

EF—Tu形成AA—tRNA-GTP-EF—TU复合物，引导AA—tRNA结合在核糖体的A位。

EF—Ts协助EF—TU形成AA—tRNA-GTP-EF—Tu复合物。

EF—G移位因子，帮助移位过程的进行。第43页/共110页2、真核生物蛋白质生物合成的延伸因子EF1α

促进AA-酰tRNA与核糖体结合EF1βγ

促使EF1α再循环EF2

作用与原核生物的EF-G相似第44页/共110页八、蛋白质生物合成的终止和释放因子1、原核生物蛋白质生物合成的终止和释放因子RF—1识别UAA、UAG终止密码子RF—2识别UAA、UGA终止密码子RF—3加强RF—1和RF—2的作用2、真核生物蛋白质生物合成的终止和释放因子RF具有三种原核因子的功能返回第45页/共110页第三节、蛋白质生物合成的机理■

多肽链合成的起始■多肽链的延伸■多肽链终止和释放一、原核生物蛋白质合成的分子机制第46页/共110页1、起始事件（1）、70S核糖体的解聚（2）、30S核糖体IF1.3复合物的形成（3）、30S核糖体起始复合物的形成（4）、70S核糖体起始复合物的形成（一）原核生物中多肽链的起始第47页/共110页2、多肽链起始事件的顺序过程第48页/共110页起始RNA第49页/共110页甲酰甲硫氨酸-tRNA转移酶以N10-甲酰基四氢叶酸为甲基供体催化甲酰甲硫氨酸-tRNA的甲酰化第50页/共110页mRNA识别与对准可被E.coli核糖体识别的不同S-D序列第51页/共110页第52页/共110页3、多肽链的延伸（1）、氨基酸的进位（2）、转肽（3）、移位第53页/共110页（1）、氨基酸的进位第54页/共110页第55页/共110页E.coli核糖体中多肽链延伸事情的循环图解第56页/共110页(2)、肽基转移第57页/共110页（3）、移位使70S核糖体与mRNA复合物返回到延伸循环起点的三个步骤：★脱酰基tRNA自P位点的脱离★肽基-tRNA从A位点移到P位点第58页/共110页第59页/共110页23SRNA是实质的肽基移位酶23SRNA的肽基转移中心核糖体向后移动，使下一密子进入A位点该过程需要EF—G的帮助第60页/共110页结合状态模型第61页/共110页肽基转移与移位中核糖体两tRNA分子相对位置模型第62页/共110页GTP水解刺激核糖体构象的改变进而实施其功能蛋白质合成的能量消耗为每个氨基酸至少需四个高能磷酸键，此外还需两个GTP，运于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化第63页/共110页4、肽链的终止肽链终止事件第64页/共110页第65页/共110页第66页/共110页核糖体的生活周期第67页/共110页多聚核糖体是蛋白质合成的活跃结构多核糖体的电子显微图第68页/共110页原核生物中转录与转译间的关系E.coli色氨酸操纵子第69页/共110页第70页/共110页二、真核细胞的蛋白质合成真核mRNA的特征结构第71页/共110页1、真核蛋白质起始的过程●43S前起始复合物的形成●

43S起始复合物与mRNA的结合及40S核糖体亚基迁移至正确的起始密码子AUG●80S起始复合物的形成第72页/共110页第73页/共110页2、真核生物中肽链的延伸

真核生物中，延伸循环与原核生物中非常相似。三个真核延伸因子称作eIF1α、eIFβγ、eIF2,它们具有与相应的细菌延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G 类似的功能。第74页/共110页3、真核肽链的终止真核生物中一个称为eIF的释放因子识别所有的三个终止密码子第75页/共110页真核细胞中转译起始的三个步骤示意图第76页/共110页真核肽链起始的调节eIF2通过α亚基的ser残基可逆磷酸化作用对其功能进行调节第77页/共110页第78页/共110页三、蛋白质合成的抑制剂链霉素嘌呤霉素白喉毒素蓖麻毒蛋白第79页/共110页四、蛋白质的折叠蛋白折叠途径第80页/共110页GroEL-GroES复合物（E.coli分子伴侣）的结构与功能第81页/共110页五、蛋白质的翻译后加工☆多肽链的蛋白酶切割☆蛋白转运☆原核蛋白转运☆真核蛋白分类与转运§分泌性蛋白和许多膜蛋白的合成与穿过内质网膜的转运相偶联§线粒体蛋白的输入第82页/共110页E.coli转运蛋白N末端信号序列一般特征第83页/共110页真核分泌性蛋白的合成及通过内质网的转运第84页/共110页蛋白质的降解真核中蛋白降解的通用途径蛋白酶体第85页/共110页泛素与蛋白质的连接酶反应第86页/共110页具酸性N末端的蛋白降解对tRNA需求图解第87页/共110页T.acidophilum20S蛋白酶体结构第88页/共110页泛素-蛋白酶体降解途径图解返回第89页/共110页第四节多肽链的折叠和加工一、氨基末端和羧基末端的修饰氨基末端fMet和Met被切除,在50%的真核生物蛋白中,其翻译后氨基末端的氨基都要乙酰化,羧基末端也被修饰。二、信号肽的切除15—30AA三、氨基酸残基的修饰1、苏、丝、酪氨酸被磷酸化2、天冬、谷氨酸被羧化3、赖氨基酸被甲基化第90页/共110页四、糖侧链的连接1、氮连寡糖糖和Asn的氨相接2、氧连寡糖糖和SerThe羟基相接五、异戊二烯基团的附加六、附基的附加七、蛋白酶水解修饰八、二硫键的形成返回第91页/共110页第五节蛋白质的投递和降解

蛋白质的投递蛋白质分类并转运到它们正确的位置的过程。一、分泌到胞外的蛋白质、整合到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源于内质网。二、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三种独特的运转过程。三、细胞质蛋白质仍然存在于细胞质第92页/共110页第93页/共110页一、许多真核蛋白翻译后修饰开始于内质网

分泌到胞外的蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源于内质网，在氨基末端的信号肽的引导下进入内质网腔。信号肽的特点：1、含有10—15个疏水氨基酸2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一个或多个正电荷的氨基酸3、在羧基一端有一个极性的短序列氨基酸。第94页/共110页ProteinsaretranslocatedtotheERlumenviatheguidanceoftheirN-terminalsignalsequences,whichsharethreesimilarstructuralfeatures.第95页/共110页信号肽指导真核蛋白进入内质网第96页/共110页二、糖基化在蛋白质投递过程中起重要作用1、糖基化蛋白是通过Asn与寡糖相连,首先在内质网内形成核心寡糖,核心寡糖和蛋白质结合后,在内质网和高尔基体内被进一步修饰,其修饰的程度和蛋白质的投递有关。2、蛋白质通过运输小泡进入高尔基体，在高尔基体中加上O-连接寡糖，且对N—连接寡糖进一步修饰。蛋白质被重新分类送至最终的目的地。3、在高尔基体内，区分分泌到胞外的蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体的蛋白质的过程，不依赖信号肽而是依赖其结构。第97页/共110页4、溶酶体中水解酶类的投递

在高尔基体内，磷酸转移酶可以识别寡糖链上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸转移酶磷酸化甘露糖的基础是它可以识别水解酶中的特征性结构—“信号补丁”）。磷酸化甘露糖酶可以被高尔基体膜上的受体识别，含有这种受体-磷酸化甘露糖酶复合体的小泡在高尔基体的背面出芽，并使它进入小泡，小泡内的低PH使受体-磷酸化甘露糖酶复合体解体，由泡内的磷酸酯酶水解磷酸基团，受体重新回到高尔基体，含有水解酶的小泡从分类小泡中出芽并被送进溶酶体。第98页/共110页AnUDP-GlcNAcanalog第99页/共110页三、线粒体、叶绿体蛋白的投递1、蛋白质的氨基末端有信号肽序列2、分子伴侣（伴侣蛋白）可以识别3、前体蛋白和细胞器膜上的受体识别，通过蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号肽序列，在分子伴侣的帮助下形成空间结构。4、前体蛋白进入细胞器时，可以被ATP、GTP水解促进，也可以是通过跨膜的电化学势促进。第100页/共110页四、通往细胞核的信号传递1、核糖体是在细胞核中组装的2、真核生物细胞分裂期间，核膜破裂，一旦细胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必须被重新输入进核中，为了重新输入，使蛋白进入核的信号顺序（核定位顺序NLS）是不被切除的。核定位顺