生化蛋白质生物合成

生化蛋白质生物合成第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日本章重要知识点蛋白质生物合成（翻译）的概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作用，遗传密码的特点氨基酰-tRNA合成酶的作用特点原核、真核生物翻译过程的异同分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbiosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。定义第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日（1）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送反应过程第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日（1）维持多种生命活动（2）适应环境的变化（3）参与组织的更新和修复生物学意义第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第一节

蛋白质生物合成体系ProteinBiosynthesisSystem第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器（运载体）：tRNA装配机（合成场所）：核蛋白体（核糖体）主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区533’-端非翻译区开放阅读框架从mRNA5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日mRNA是遗传信息的携带者遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)

。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)

。

第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG-53蛋白质AAA…第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子（三联体密码）。起始密码子(initiationcodon)：AUG终止密码子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密码子（codon）起始密码子和终止密码子：第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日遗传密码表第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日遗传密码具有以下特点：①方向性

；

②连续性；③简并性；

④通用性；⑤

摆动性。第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向5′3′读码方向第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致mRNA与其DNA模板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNAediting）。第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日3.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子。第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日各种氨基酸的密码子数目第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日4.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。

通用密码线粒体密码AUA异亮蛋、起始AGA精终止AGG精终止UGA终止色第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日5.摆动性(wobble)

反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobblebasepairing)。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日U321123摆动配对第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种

不同细胞核蛋白体的组成(ribosomalprotein，rp)第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日核蛋白体的组成第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目录第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日1．与模板mRNA和起始tRNA结合位点：主要与小亚基有关。2．三个不同的tRNA结合位点：⑴A位：又称氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；由大、小亚基成分构成。⑵P位：又称肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合；由大、小亚基成分构成。⑶E位：又称排出位，空载tRNA脱离核蛋白体前的结合位点；主要由大亚基成分构成。核蛋白体大、小亚基的功能：第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日3.转肽酶活性：将P位上的肽酰基转移给A位上的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成。4.GTPase活性：水解GTP，获得能量；分别由大、小亚基成分构成。5.起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日原核生物核蛋白体结构模式

第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器tRNA的作用运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能；充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离；转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5´帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子eIF1-α促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放，相当于EF-G释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+

等。（三）能源物质及离子第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。氨基酰-tRNA可以携带活化的氨基酸，也可以识别mRNA分子上的遗传密码（tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对）。tRNA分子的3’末端CCA-OH是氨基酸的结合位点，与氨基酸的羧基生成酯键。参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP