蛋白质合成10的学习课件

蛋白质合成10的学习课件第1页/共40页基因表达：亲代的遗传信息在与“环境”相互作用过程中经历了DNA转录反转录RNA翻译蛋白质生物学作用复制复制第2页/共40页第十三章蛋白质的生物合成参与蛋白质合成的因子蛋白质的合成过程第3页/共40页有300多种生物分子参与蛋白质多肽合成，可概括如下：模板：mRNA（DNA分子上基因决定）场所：核糖体（rRNA和蛋白质复合体）运载工具：tRNA（氨基酸的载体，接合器）原料：氨基酸各种蛋白因子：IFEFR

能量：ATP、GTP一、与蛋白质合成有关的因子第4页/共40页１、三联体密码和密码表密码子：

mRNA分子中，从５′到３′的方向，每3个核苷酸决定一个氨基酸，这3个相邻的核苷酸（碱基）叫一个三联体密码，简称密码子。第5页/共40页

5′-末端碱基中间碱基3′末端碱基UCAG

U苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止色氨酸UCAG

C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAG

A异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸、起始甲酰甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAG

G缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG第6页/共40页2）密码阅读方向是从５′→３′，密码阅读时无任何标点符号，也就是说，相邻密码子之间无任何核苷酸加以分隔。因此，正确翻译密码必须从正确起始点开始。

2、遗传密码的特点1）64种密码子中有61种为氨基酸编码，其中AUG不仅是Met的密码子，而且也是起始密码子；另外，有三个密码子（UAAUAGUGA）不为氨基酸编码，是终止密码子。第7页/共40页

３）兼并性除Ｍet、Trp外，大多数氨基酸都有多个密码子（２－６个）。

密码的兼并性：对于一种氨基酸有两个或两个以上的密码子的现象。

同义密码子：为同一氨基酸编码的不同密码子称为同义密码子。

４）变偶性密码的兼并性主要涉及到第三位碱基的变化，由前两个核苷酸起决定氨基酸的主要作用，第三个可以在一定范围内变化。第8页/共40页1966年，Crick根据立体化学原理提出了：

“变偶假说”（摇摆假说）：密码子与反密码子配对时，前面两个碱基严格遵守碱基互补配对原则（A/U;G/C)，第三个碱基配对时允许有一定自由度，叫变偶假说。专一性主要决定于第一、二碱基。自由度限制：tRNA反密码子第一位：

A、C－－只能识别一种（U、G）

G、U－－可以识别两种（C、U）（A、G）

I－－识别U、C、A

第9页/共40页５）通用性近于完全通用。哺乳动物线粒体中，UGA不是终止密码子，而是色氨酸的密码；AUA是甲硫氨酸的密码，而不是异亮氨酸的密码，CUA是亮氨酸的密码，线粒体中却是苏氨酸的密码。第10页/共40页（二）核糖体核糖体是细胞质中球状颗粒，游离存在或结合在内质网上。１、核糖体是蛋白质合成的部位２、核糖体的组成

含有60%rRNA和40%蛋白质１）原核生物核糖体：18nm、70s、2.8×106

2）真核生物核糖体：20-22nm、80s、4.0×1063、核糖体的结构组成核糖体的各种rRNA和蛋白质巧妙的结合在一起，组装成具有一定空间构象的复合体。第11页/共40页核糖体结构示意图GTP酶位点转肽酶位点mRNAmRNA位点氨酰基部位（Ａ）位点肽酰基部位（P）位点大亚基小亚基第12页/共40页4、核糖体的功能管理、参与、挑选、控制——合成蛋白质的各组分。核糖体上进行肽链合成的启始、延长、终止、释放过程。5、多核糖体

采用温和条件小心的从细胞中分离核糖体时，可以得到一个mRNA上有多个核糖体成串存在，称为多核糖体。多核糖体上，两个核糖体间有40Nt的距离，为裸露的mRNA。第13页/共40页（三）tRNA天然氨基酸都有自己特定的tRNA，而且一种可以有数种tRNA，所以tRNA的种类有数十种。*例如：Met在起使部位的，由tRNAi携带fMet若在肽链中间部位，则由tRNA携带Met

（注）tRNAfMet

的５′端有能被起始因子识别的序列１．功能１）在ATP供能和酶作用下tRNA可以分别与特定的氨基酸结合。－－第二套密码系统２）通过密码子和反密码子碱基互补配对的原则结合到核糖体上。－－接合器作用第14页/共40页２、tRNA的活性部位氨基酸接受位点反密码子位点识别氨酰tRNA合成酶位点核糖体识别位点第15页/共40页３、第二套密码系统

mRNA分子上的遗传密码称为第一套密码系统。

1988年以来，陆续发现tRNA分子上某个碱基或某些碱基对能决定tRNA携带氨基酸的特异性。例如，Ala－tRNA氨基酸接受臂中的G３·U70碱基对识别Ala

。如果这一碱基对被其它碱基对取代，则tRNA不能携带Ala。如果把G３·U70这一碱基对引入Cys-tRNA分子中，则这一tRNA携带Ala。第16页/共40页二、蛋白质合成的过程（分子机制）氨基酸的活化肽链合成的起始肽链的延长肽链合成的终止和释放肽链的折叠和加工处理蛋白质合成过程可划分为五个阶段：下面以原核生物E·coli为例，讲述蛋白质合成机制。第17页/共40页（一）氨基酸的激活

１、进行部位：细胞质２、参加因素及作用１）各种氨基酸－－原料２）tRNA－－运输３）ATP－－供能４）Mg2+

－－酶的激活剂５）氨酰tRNA合成酶－－特异的活化酶体系每一种氨基酸都有特异的活化酶，而且有的不止一种。特点：特异性高———两次特异性选择识别氨基酸：每种氨基酸都有各自的酶识别tRNA：保证携带氨基酸与反密码子相符第18页/共40页３、反应过程——分两步完成

１）

ＯO激活反应H２N－CH－C－OH+ATPE

H2N－CH－C～

AMP·E+PPiROＲO

２）H2N－CH－

C～

AMP·E+tRNAEH2N－CH－C～

tRNA+AMP转移反应

RR总反应：ATPAMP+PPiOH２N－CH－COOH+tRNAH2N－CH－C～

tRNAR氨酰tRNA合成酶

R

反应的平衡常数是１，自由能降低很少，能量在氨酰tRNA中。第19页/共40页（二）肽链合成的起始参加因素：30s小亚基、50s大亚基、mRNA（含起始密码子AUG）、fMet·tRNA、IF_1、IF_2、IF_3（起始因子）及GTP、

Mg2+

反应分三步：～～～～～～mRNA～

～～～～～～～小亚基

IF-3AUGMg2+SD序列：mRNA起始密码子上游－10区的一段富含嘌呤的，可以与小亚基16SrRNA3‘－末端的序列互补，使mRNA与小亚基结合的序列，最初是由Shine-Dalgaino发现的，所以称SD序列。1.30S.mRNA.IF-3复合物的形成：第20页/共40页2、再与结合态的GTP-fMet·tRNA-IF-2结合～

～～～～～～～

IF-1GTP-IF-2-fMet-

UACGTP-IF-2-fMet-UAC～～～～～～～～～～AUG第21页/共40页3、与50s大亚基结合GTPGDP+PiIF-2,IF-3,离开复合体形成具有启始功能的起始复合体（70s）fMet·tRNA占据P位点空着A位点GTP-IF-2-fMet-

UACAUG～～～～～～～～～～～大亚基

fMet-UACAUGAGDP+PiIF-2+IF-3～～～～～～～～～～～～～～AIF-1第22页/共40页小结:

氨基酸的激活是指氨基酸与其tRNA结合形成氨酰tRNA

ATP供能肽链合成的起始就是形成具有起始功能的核糖体(起始复合物)

GTP供能共分三步完成。１、产生30s-mRNA-IF_3复合物

2、30s-mRNA-IF_3复合物再与结合态的GTP-fMet·tRNA-IF-2结合

3、与50s大亚基结合GTPGDP+Pi,IF-2、IF-3离开复合体形成具有生物活性的起始复合体（70s）

真核生物细胞中肽链的起始要复杂些，有独特的起始tRNAi,需要为数众多的起始因子（至少9个），除GTP外还需ATP，起始氨基酸Met。第23页/共40页（三）肽链的延长

肽链的延长分四步进行：

1、进位

2、转肽

3、脱落

4、移位70s核糖体参加因素mRNA的密码子（连续出现）各种氨酰-tRNA,延长因子（EFTu、EFTs、EFG)真核延长因子是T1、T2GTP和Mg2+第24页/共40页fMet-UACAUGA1、进位下一个氨酰-tRNA结合到70s核糖体的A位点上。fMet-UACAUGAA～～～～～～～～～～～～～A～～～～～～～～～～～～～～OOOXXXAAOOOTu－GTPTuTsTu-GTPOOOAAPiGTPGDP-GDP新进入的氨酰-tRNA上的反密码子必须与A位点上mRNA的密码子互补。这一过程需要延长因子Tu、Ts参与，消耗一分子GTP第25页/共40页２、转肽形成肽键。在50s亚基转肽酶（肽酰基转移酶）催化下，fMet脱离fMet－tRNA其羧基和新进入Ａ位点的氨酰-tRNA携带的第二个氨基酸的氨基形成肽键。需要较高浓度的K+Ａ位点产生一个二肽－tRNA２HC=ONHCH3-S-C2H4CHC=O

PONH2R2－CHC=OAO肽基转移酶fMet－tRNA氨酰-tRNA２第26页/共40页HC=ONHCH3-S-C2H4CHC=ONHR2CHC=OOOH空载的tRNAfMet二肽tRNA2第27页/共40页3、脱落转肽后，P位点成为无负载的tRNAfMet,从核糖体上掉下来。HO—

～～～～～～～～～～～～二肽～～～～～～～～～～～～～～二肽第28页/共40页４、移位

70s核糖体沿着mRNA移动一个密码子的距离。携带肽基的tRNA从Ａ位点移到Ｐ位点。这一过程由移位酶参加，需要GTP供能和EFTu、EFTs协助。结果下一个密码子进入Ａ位点，准备接受第3个氨酰-tRNA的进入。～～～～～～～～～～～～～～二肽～～～～～～～～～～～～～～二肽A_GTP_GDP+PiGG第29页/共40页以后，肽链上每增加一个氨基酸残基，就按照：进位（新的氨酰-tRNA进入A位点）转肽（形成新的肽键）脱落（转肽后，P位点空载tRNA脱落）移位（核糖体移动一个密码单位）这四个步骤重复，直到肽链增长到必需的长度肽链延伸方向是NC，每增加一个氨基酸残基消耗2个高能磷酸键，肽链延伸的速度是20个氨基酸残基/秒，延伸一个氨基酸需0.05秒。第30页/共40页（四）肽链合成的终止和释放70s核糖体参加因素mRNA的终止密码子（UAA、UAG、UGA）释放因子（R1、R2、R3、RR）（真核生物释放因子

GTP和

Mg2+只有一个）

肽链合成的终止阶段包括两个步骤：

1、在mRNA上识别终止密码子。

2、水解合成的肽链与tRNA间的酯键，释放出新生的蛋白质多肽。第31页/共40页1、在mRNA上识别终止密码子。终止密码：

UAA、UAG、UGA

当mRNA上出现终止密码子时终止释放因子R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGA

这一识别过程是R1、R2结合到出现终止密码子的A位点。～～～～～～～～～～～～～～fMetUAA～～～～～～～～～～～～～～fMetUAAR1/R2R1/R2第32页/共40页2、水解合成的肽链与tRNA间的酯键释放出新生的蛋白质。

R1或R2结合到A位点后，具有在P位点上把转肽酶作用转变成水解酶的活性，使tRNA携带的多肽链与tRNA间的酯键水解，释放出新生的多肽。R3影响多肽链释放速度。肽链水解后，无负载的tRNA随即脱落，一旦它脱落，70s核糖体也与mRNA分开，并解离成30s和50s亚基。fMetUAAR1/R2UAAR1/R2fMetH2O

R3第33页/共40页RRR1/R2R3～～～～～～～～～～～～～～30s50s第34页/共40页(五)肽链合成后的加工处理

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