蛋白质合成的生物学机制

（优选）蛋白质合成的生物学机制本文档共39页；当前第1页；编辑于星期三\17点50分氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止4.4蛋白质合成的生物学机制本文档共39页；当前第2页；编辑于星期三\17点50分(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶本文档共39页；当前第3页；编辑于星期三\17点50分氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

本文档共39页；当前第4页；编辑于星期三\17点50分原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet本文档共39页；当前第5页；编辑于星期三\17点50分第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

本文档共39页；当前第6页；编辑于星期三\17点50分第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E本文档共39页；当前第7页；编辑于星期三\17点50分tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP本文档共39页；当前第8页；编辑于星期三\17点50分(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、本文档共39页；当前第9页；编辑于星期三\17点50分（1）起始因子（initiationfactors,IF）

起始因子:

起始因子是参与蛋白质生物合成起始的可溶性蛋白因子起始复合物:

蛋白质合成的起始，生成核糖体·mRNA·起始-tRNA三元复合物，也叫起始复合物。起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。目前已知原核生物有3种起始因子，而真核生物约有10种。本文档共39页；当前第10页；编辑于星期三\17点50分

原核生物的3种起始因子：

▼

IF-1（9.5×103）为一小的碱性蛋白、已结晶、热稳定、没有专一的功能，只能增加其他两个起始因子的活性。

▼

IF-2(9.0×104～1.18×105，

有IF-2a

和IF-2b

两种形式)热不稳定。IF-2的功能是通过生成IF-2·GTP·Met-tRNAfMet三元复合物，使起始tRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合。▼

IF-3（有IF-3a、IF-3b两种）是个双功能蛋白质，IF-3的功能是促进mRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合，同时还具解离因子活性。

本文档共39页；当前第11页；编辑于星期三\17点50分IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：1.30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1,IF-3结合,在通过SD序列与mRNA模板相结合AUG5'3'本文档共39页；当前第12页；编辑于星期三\17点50分S-D序列本文档共39页；当前第13页；编辑于星期三\17点50分IF-3IF-1IF-2GTP2.在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。AUG5'3'本文档共39页；当前第14页；编辑于星期三\17点50分IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。AUG5'3'本文档共39页；当前第15页；编辑于星期三\17点50分IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi本文档共39页；当前第16页；编辑于星期三\17点50分真核生物翻译起始的特点

●核糖体较大,为８０Ｓ；●起始因子比较多（约有10种）；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子结构●Met-tRNAMet

●mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形成翻译起始复合物；本文档共39页；当前第17页；编辑于星期三\17点50分

真核生物的起始因子对于生成80S核糖体·mRNA·Met-tRNAMet三元起始复合物是必要的。本文档共39页；当前第18页；编辑于星期三\17点50分表4-14a真核细胞中参与翻译起始的蛋白质因子及其功能真核因子功能eIF2促进Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合。（最重要的）

eIF2B

eIF3是最早与核糖体40S小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进。eIF4A具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次级结构并使之与40S小亚基结合，形成eIF4F复合物。eIF4B与mRNA模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位AUG。eIF4E与mRNA5'的帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。eIF4G与eIF4E和poly（A）结合蛋白（PAB）相结合，形成eIF4F复合物。eIF5促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成80核糖体，形成翻译起始复合物。eIF6促进没有蛋白质合成活性的80S核糖体解离成40S和60S两个亚基。本文档共39页；当前第19页；编辑于星期三\17点50分真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)

原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物。本文档共39页；当前第20页；编辑于星期三\17点50分内容原核生物真核生物核糖体完整70S80S亚基50S,30S60S,40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三种至少七种起始复合物生成顺序1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAMet2.30S-mRNA·fMet-tRNAfMet2.40S-mRNA·Met-tRNAMet3.70S-mRNA·fMet-tRNAfMet3.80S-mRNA·Met-tRNAMet原核生物和真核生物蛋白质合成起始的区别本文档共39页；当前第21页；编辑于星期三\17点50分met40SMetMetmRNAelF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程本文档共39页；当前第22页；编辑于星期三\17点50分

肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。

延伸因子(elongationfactor,EF)

：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链的延伸本文档共39页；当前第23页；编辑于星期三\17点50分1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子本文档共39页；当前第24页；编辑于星期三\17点50分延伸因子（elongationfactorsEF）

延伸因子：是一类参与蛋白质合成过程中肽链延伸的蛋白因子。

无论原核或真核生物，延伸因子可分为二类：

一类：是帮助氨酰tRNA(延伸tRNA)进入核糖体与mRNA结合的EF。原核生物EF-Tu、EF-Ts

真核生物EF-1本文档共39页；当前第25页；编辑于星期三\17点50分

另一类：是使肽基tRNA从核糖体的A位向P位移动的EF

原核生物EF-G

真核生物EF-2

▼

在原核生物中：

EF-Tu的功能是按照mRNA上的编码携带aa-tRNA进入A位。EF-Tu有GTP存在下与aa-tRNA形成稳定的三元复合物：

(EF-Tu·GTP·aa-tRNA)本文档共39页；当前第26页；编辑于星期三\17点50分本文档共39页；当前第27页；编辑于星期三\17点50分通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu·GTP复合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环本文档共39页；当前第28页；编辑于星期三\17点50分EF-Tu·GDPEF-TsEF-Tu·GTP

GDPEF-Tu·EF-TsGTP

本文档共39页；当前第29页；编辑于星期三\17点50分

EF-Tu具高度专一性，只能识别并结合除了fMet-tRNAf

Met

外的所有aa-tRNA。

EF-Tu的这一特性保证了起始tRNA携带的fMet不能进入肽链内部，因为无论甲酰或非甲酰的起始tRNA都不能与EF-Tu和GTP生成复合物。

GTP水解后，EF-Tu·GDP从核糖体释放出来。EF-Tu是一个热不稳定的蛋白因子。

EF-Ts则是热稳定的，它不直接与核糖体发生联系，其功能是使EF-Tu·GDP再生为EF-Tu·GTP，然后再参与肽链延伸：本文档共39页；当前第30页；编辑于星期三\17点50分2、肽键形成

是由转肽酶/肽基转移酶催化

本文档共39页；当前第31页；编辑于星期三\17点50分3、移位核糖体向mRNA3’端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子自第一个肽链合成以后，每增加一个氨基酸，肽基-tRNA都要从A位移至P位，核糖体与mRNA相对移动3个核苷酸（一个密码子）的距离，该过程需要EF-G和GTP。EF-G是一种依赖于核糖体的GTPase它能使GTP水解。本文档共39页；当前第32页；编辑于星期三\17点50分延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。本文档共39页；当前第33页；编辑于星期三\17点50分fMetAUG5'3'fMetTuGTP本文档共39页；当前第34页；编辑于星期三\17点50分本文档共39页；当前第35页；编辑于星期三\17点50分当mRNA分子上终止密码子出现在核糖体的A位时，在一般情况下由于没有任何氨酰tRNA可以与终止密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。释放因子(终止因子：原核RF-1、RF-2、RF-3、真核RF)在GTP存在下能识别终止密码子。

RF