生物化学蛋白质生物合成专家讲座

第十三章蛋白质生物合成◆第一节遗传密码◆第二节与蛋白质合成相关细胞器和生物大分子◆第三节蛋白质生物合成机理◆第四节多肽链折叠和加工◆第五节蛋白质投递和降解生物化学蛋白质生物合成专家讲座第1页第十三章蛋白质生物合成蛋白质是绝大多数信息路径终产物蛋白质合成机制是最复杂生物合成机制尽管蛋白质合成含有极其复杂，但还是有相当高速率生物化学蛋白质生物合成专家讲座第2页20世纪50年代蛋白质生物合成研究几个主要进展1.核糖体是蛋白质合成场所（PaulZamecnic)2.tRNA发觉（MahlonHoaglandandZamecnik)3.tRNA充当适配器作用生物化学蛋白质生物合成专家讲座第3页第一节遗传密码一、三联体密码

（一）遗传密码普通特征■1、三个碱基编码一个氨基酸（三联体密码子）■2、密码是非重合■3、碱基序列被从一固定且没有标点固定位置开始阅读■4、密码子是简并■5、通用与例外（在一些线粒体中UGA不是终止密码子，而是色氨酸密码子生物化学蛋白质生物合成专家讲座第4页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第5页（二）、遗传密码词典生物化学蛋白质生物合成专家讲座第6页

一个蛋白质氨基酸序列是由连续三联体密码子线性次序决定，这个序列第一个密码子建立了一个阅读框（readingframe)

平均说来，每个阅读框中每20个密码子就应该有一个终止密码子。假如一个阅读框有50个以上连续密码子无一个终止密码子，这段次序为开放阅读框（openreadingframe)（三）、三联体密码与阅读框生物化学蛋白质生物合成专家讲座第7页EstablishedthechemicalstructureoftRNAEstablishedtheinvitrosystemforrevealingthegeneticcodesDevisedmethodstosynthesizeRNAswithdefinedsequences生物化学蛋白质生物合成专家讲座第8页Copolymerofrepeatingdinucleotidesalwaysleadtosynthesisofpolypeptidesofrepeatingdipeptides: ABABABABABABAB--

aa1---aa2---aa1---aa2----生物化学蛋白质生物合成专家讲座第9页（四）、经过生物化学方法破解遗传密码破解遗传密码滤膜结合试验1、均聚多核苷酸链指导蛋白质合成2、核糖体结合技术生物化学蛋白质生物合成专家讲座第10页Thefilter-bindingassayfordetectingthebindingofatrinucleotidetoaspecificaminoacyl-tRNAmolecule:about50

codonswereassignedbythissimpleandelegantmethod.生物化学蛋白质生物合成专家讲座第11页（五）、第二遗传密码：氨酰tRNA合成对底物正确识别氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后，深入去向就由tRNA来决定。ChapevilleandLipmann试验返回生物化学蛋白质生物合成专家讲座第12页第二节与蛋白质合成相关细胞器和生物大分子一、核糖体和多核糖体（一）、核糖体

1、核糖体结构与装配（1）、原核生物核糖体组件生物化学蛋白质生物合成专家讲座第13页原核生物大肠杆菌核糖体组成生物化学蛋白质生物合成专家讲座第14页30S核糖体亚基中16SRNA结构图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第15页E.coli7个rRNA操纵子生物化学蛋白质生物合成专家讲座第16页（2）、真核生物核糖体组件生物化学蛋白质生物合成专家讲座第17页

（3）、原核及真核核糖体组成与构件图示

生物化学蛋白质生物合成专家讲座第18页（4）、核糖体自装配生物化学蛋白质生物合成专家讲座第19页（5）、tRNA与核糖体可能结合位置图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第20页

（二）、多核糖体生物化学蛋白质生物合成专家讲座第21页

二、mRNA是蛋白质合成模板

1、可被E.coli核糖体识别不一样S-D序列生物化学蛋白质生物合成专家讲座第22页

三、tRNA1、tRNA结构生物化学蛋白质生物合成专家讲座第23页

2、tRNA三维结构带状图

（数字代表核苷酸序列）生物化学蛋白质生物合成专家讲座第24页四、氨酰-tRNA合成酶ClassⅠArgCysGlnGluIleLeuMetTrpTyrValClassⅡAlaAsnAspGlyHisLysPheProSerThr1、氨酰-tRNA合成酶两种类型生物化学蛋白质生物合成专家讲座第25页

2、氨酰-tRNA合成酶反应生物化学蛋白质生物合成专家讲座第26页3、结合有tRNA底物类型Ⅰ对类型Ⅱ氨酰-tRNA镜像相互作用图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第27页(a)E.coliglu-tRNA合成酶（Ⅰ类酶）(b)Thermusthermophilusgly-tRNA合成酶（Ⅱ类酶）生物化学蛋白质生物合成专家讲座第28页4、氨酰-tRNA合成酶对

tRNA选择性识别▲E.ColiGlu-tRNA合成酶tRNA识别位点▲一些氨酰-tRNA合成酶所识别确实定原因在存在于反密码子中▲酵母tRNAphe确实定原因为五个不一样碱基▲共有12个核苷酸确定tRNAser家族▲单一G:U碱基对决定tRNAAlas生物化学蛋白质生物合成专家讲座第29页四种tRNA主要确定原因（每个碱基由一圆环代表）生物化学蛋白质生物合成专家讲座第30页(a)带有tRNAGln和ATPE.coliglu-tRNAGln复合酶复合物溶剂可及图(b)tRNAGln结构图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第31页被氨酰-tRNAAla氨酰化tRNAAla微螺旋模型生物化学蛋白质生物合成专家讲座第32页tRNA分子中对应于3:70位置不一样碱基配对结构生物化学蛋白质生物合成专家讲座第33页五、密码-反密码子配对

1、密码-反密码子配对示意图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第34页2、密码-反密码子配对、第三碱基摆动性生物化学蛋白质生物合成专家讲座第35页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第36页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第37页ICIUGUIA生物化学蛋白质生物合成专家讲座第38页六、起始因子1、原核生物蛋白质合成中起始因子生物化学蛋白质生物合成专家讲座第39页2、真核生物蛋白质合成中起始因子eIF1

功效与原核生物IF1相同。eIF2

引导结合Met--tRNA与核糖体小亚基结合

2α

与GTP结合

2β

功效尚不清楚

2γ

结合Met--tRNAeIF3

参加43S核糖体复合物形成,与原核生物IF3功效不一样,它是第一个和小亚基结合因子。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第40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参加43S核糖体复合物形成

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酶活力生物化学蛋白质生物合成专家讲座第41页P220促使eIF4A在帽子结构附近寻找结合位,引导eIF4F-mRNA复合物生成。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80S解离。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第42页七、蛋白质生物合成延伸因子1、原核生物蛋白质生物合成延伸因子

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

EF—Ts帮助EF—TU形成AA—tRNA-GTP-EF—Tu复合物。

EF—G移位因子，帮助移位过程进行。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第43页2、真核生物蛋白质生物合成延伸因子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EF-G相同生物化学蛋白质生物合成专家讲座第44页八、蛋白质生物合成终止和释放因子1、原核生物蛋白质生物合成终止和释放因子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作用2、真核生物蛋白质生物合成终止和释放因子RF含有三种原核因子功效返回生物化学蛋白质生物合成专家讲座第45页第三节、蛋白质生物合成机理■

多肽链合成起始■多肽链延伸■多肽链终止和释放一、原核生物蛋白质合成分子机制生物化学蛋白质生物合成专家讲座第46页1、起始事件（1）、70S核糖体解聚（2）、30S核糖体IF1.3复合物形成（3）、30S核糖体起始复合物形成（4）、70S核糖体起始复合物形成（一）原核生物中多肽链起始生物化学蛋白质生物合成专家讲座第47页2、多肽链起始事件次序过程生物化学蛋白质生物合成专家讲座第48页起始RNA生物化学蛋白质生物合成专家讲座第49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甲酰化生物化学蛋白质生物合成专家讲座第50页mRNA识别与对准可被E.coli核糖体识别不一样S-D序列生物化学蛋白质生物合成专家讲座第51页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第52页3、多肽链延伸（1）、氨基酸进位（2）、转肽（3）、移位生物化学蛋白质生物合成专家讲座第53页（1）、氨基酸进位生物化学蛋白质生物合成专家讲座第54页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第55页E.coli核糖体中多肽链延伸事情循环图解生物化学蛋白质生物合成专家讲座第56页(2)、肽基转移生物化学蛋白质生物合成专家讲座第57页（3）、移位使70S核糖体与mRNA复合物返回到延伸循环起点三个步骤：★脱酰基tRNA自P位点脱离★肽基-tRNA从A位点移到P位点生物化学蛋白质生物合成专家讲座第58页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第59页23SRNA是实质肽基移位酶23SRNA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帮助生物化学蛋白质生物合成专家讲座第60页结合状态模型生物化学蛋白质生物合成专家讲座第61页肽基转移与移位中核糖体两tRNA分子相对位置模型生物化学蛋白质生物合成专家讲座第62页GTP水解刺激核糖体构象改变进而实施其功效蛋白质合成能量消耗为每个氨基酸最少需四个高能磷酸键，另外还需两个GTP，运于氨酰-tRNA合成中氨基酸活化生物化学蛋白质生物合成专家讲座第63页4、肽链终止肽链终止事件生物化学蛋白质生物合成专家讲座第64页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第65页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第66页核糖体生活周期生物化学蛋白质生物合成专家讲座第67页多聚核糖体是蛋白质合成活跃结构多核糖体电子显微图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第68页原核生物中转录与转译间关系E.coli色氨酸操纵子生物化学蛋白质生物合成专家讲座第69页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第70页二、真核细胞蛋白质合成真核mRNA特征结构生物化学蛋白质生物合成专家讲座第71页1、真核蛋白质起始过程●43S前起始复合物形成●

43S起始复合物与mRNA结合及40S核糖体亚基迁移至正确起始密码子AUG●80S起始复合物形成生物化学蛋白质生物合成专家讲座第72页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第73页2、真核生物中肽链延伸

真核生物中，延伸循环与原核生物中非常相同。三个真核延伸因子称作eIF1α、eIFβγ、eIF2,它们含有与对应细菌延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G 类似功效。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第74页3、真核肽链终止真核生物中一个称为eIF释放因子识别全部三个终止密码子生物化学蛋白质生物合成专家讲座第75页真核细胞中转译起始三个步骤示意图生物化学蛋白质生物合成专家讲座第76页真核肽链起始调整eIF2经过α亚基ser残基可逆磷酸化作用对其功效进行调整生物化学蛋白质生物合成专家讲座第77页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第78页三、蛋白质合成抑制剂链霉素嘌呤霉素白喉毒素蓖麻毒蛋白生物化学蛋白质生物合成专家讲座第79页四、蛋白质折叠蛋白折叠路径生物化学蛋白质生物合成专家讲座第80页GroEL-GroES复合物（E.coli分子伴侣）结构与功效生物化学蛋白质生物合成专家讲座第81页五、蛋白质翻译后加工☆多肽链蛋白酶切割☆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合成与穿过内质网膜转运相偶联§线粒体蛋白输入生物化学蛋白质生物合成专家讲座第82页E.coli转运蛋白N末端信号序列普通特征生物化学蛋白质生物合成专家讲座第83页真核分泌性蛋白合成及经过内质网转运生物化学蛋白质生物合成专家讲座第84页蛋白质降解真核中蛋白降解通用路径蛋白酶体生物化学蛋白质生物合成专家讲座第85页泛素与蛋白质连接酶反应生物化学蛋白质生物合成专家讲座第86页具酸性N末端蛋白降解对tRNA需求图解生物化学蛋白质生物合成专家讲座第87页T.acidophilum20S蛋白酶体结构生物化学蛋白质生物合成专家讲座第88页泛素-蛋白酶体降解路径图解返回生物化学蛋白质生物合成专家讲座第89页第四节多肽链折叠和加工一、氨基末端和羧基末端修饰氨基末端fMet和Met被切除,在50%真核生物蛋白中,其翻译后氨基末端氨基都要乙酰化,羧基末端也被修饰。二、信号肽切除15—30AA三、氨基酸残基修饰1、苏、丝、酪氨酸被磷酸化2、天冬、谷氨酸被羧化3、赖氨基酸被甲基化生物化学蛋白质生物合成专家讲座第90页四、糖侧链连接1、氮连寡糖糖和Asn氨相接2、氧连寡糖糖和SerThe羟基相接五、异戊二烯基团附加六、附基附加七、蛋白酶水解修饰八、二硫键形成返回生物化学蛋白质生物合成专家讲座第91页第五节蛋白质投递和降解

蛋白质投递蛋白质分类并转运到它们正确位置过程。一、分泌到胞外蛋白质、整合到质膜和进入溶酶体蛋白质，运转前几步是相同，起源于内质网。二、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三种独特运转过程。三、细胞质蛋白质依然存在于细胞质生物化学蛋白质生物合成专家讲座第92页生物化学蛋白质生物合成专家讲座第93页一、许多真核蛋白翻译后修饰开始于内质网

分泌到胞外蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体蛋白质，运转前几步是相同，起源于内质网，在氨基末端信号肽引导下进入内质网腔。信号肽特点：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氨基酸3、在羧基一端有一个极性短序列氨基酸。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第94页ProteinsaretranslocatedtotheERlumenviatheguidanceoftheirN-terminalsignalsequences,whichsharethreesimilarstructuralfeatures.生物化学蛋白质生物合成专家讲座第95页信号肽指导真核蛋白进入内质网生物化学蛋白质生物合成专家讲座第96页二、糖基化在蛋白质投递过程中起主要作用1、糖基化蛋白是经过Asn与寡糖相连,首先在内质网内形成关键寡糖,关键寡糖和蛋白质结合后,在内质网和高尔基体内被深入修饰,其修饰程度和蛋白质投递相关。2、蛋白质经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—连接寡糖深入修饰。蛋白质被重新分类送至最终目标地。3、在高尔基体内，区分分泌到胞外蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体蛋白质过程，不依赖信号肽而是依赖其结构。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第97页4、溶酶体中水解酶类投递

在高尔基体内，磷酸转移酶能够识别寡糖链上甘露糖并使之磷酸化，（磷酸转移酶磷酸化甘露糖基础是它能够识别水解酶中特征性结构—“信号补丁”）。磷酸化甘露糖酶能够被高尔基体膜上受体识别，含有这种受体-磷酸化甘露糖酶复合体小泡在高尔基体后面出芽，并使它进入小泡，小泡内低PH使受体-磷酸化甘露糖酶复合体解体，由泡内磷酸酯酶水解磷酸基团，受体重新回到高尔基体，含有水解酶小泡从分类小泡中出芽并被送进溶酶体。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第98页AnUDP-GlcNAcanalog生物化学蛋白质生物合成专家讲座第99页三、线粒体、叶绿体蛋白投递1、蛋白质氨基末端有信号肽序列2、分子伴侣（伴侣蛋白）能够识别3、前体蛋白和细胞器膜上受体识别，经过蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号肽序列，在分子伴侣帮助下形成空间结构。4、前体蛋白进入细胞器时，能够被ATP、GTP水解促进，也能够是经过跨膜电化学势促进。生物化学蛋白质生物合成专家讲座第100页四、通往细胞核信号传递1、核糖体是在细胞核中组装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，分散核蛋白必须被重新