分子生物学课件5Ch5. Protein Synthesis and Protein Processing

Ch5.ProteinSynthesisandProteinProcessing一、蛋白质生物合成的条件：

mRNA——模板

核糖体（rRNA）——场所

tRNA——工具、原料

能量——ATP、GTP

酶及蛋白因子

mRNA占细胞总RNA的2%-5%，大小差异较大；在一定条件下，原核蛋白编码序列可在真核翻译系统的翻译——原核和真核生物的翻译机制、遗传密码的阅读是共通的。mRNA的5’端存在被翻译系统识别的结构。原核mRNA5’端序列原核mRNA——多顺反子SD序列：在起始密码子AUG上游的9~13个核苷酸处有一段可受核糖体结合、保护和富含嘌呤的共同序列，一般为AGGA，称SD序列。作用：与核糖体小亚基16SrRNA3’端结合，使mRNA与核糖体结合。（mRNA与30S亚基结合，并正确定位）——翻译起始识别一些细菌和病毒mRNA中S.D顺序比较真核mRNA的5’端结构mRNA——5’m7GpppN，3’poly（A）对翻译效率的调节有协同作用。1.“第一AUG规律”

ANNAUGGN2.5’端的二级结构对mRNA的翻译效率也有影响；3.先导序列的长度也会影响翻译起始效率和准确性。

MessengerRNA(mRNA)m7GpppCap5’5’untranslatedregionAUGinitiationcodontranslated(coding)region(AAAA)npoly(A)tail3’untranslatedregionUGAterminationcodon3’AAUAAA原核生物和真核生物mRNA结构的比较Initiationinprokaryotesandeukaryotes

initiationcanoccuratinternalAUGcodonsinprokaryoticmRNA

initiationineukaryotesoccursonlyatthefirstAUGcodonlacoperoninE.coliistranscribedasapolycistronic

mRNA

withmultipleAUGcodonseukaryotic

mRNAlacIPOlacZlacYlacAAUGAUGAUGAUGSDAUGSDAUGinitiationcodonwithShine-DalgarnositeinitiationcodonwithShine-DalgarnositeinternalMetcodondoesnothaveShine-Dalgarnosite5’5’capAUGinitiationcanonlyoccuratfirstAUGcodondownstreamofthe5’capAUGinternal(downstream)MetcodoncannotserveasaninitiationsiteAUGTheGeneticCodeUUUUUCUUAUUGCUUCUCCUACUGAUUAUCAUAAUGGUUGUCGUAGUGUCUUCCUCAUCGCCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCUGCCGCAGCGUAUUACUAAUAGCAUCACCAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAAGAGUGUUGCUGAUGGCGUCGCCGACGGAGUAGCAGAAGGGGUGGCGGAGGGPheLeuLeuValIleMetSerProThrAlaTyrStopHisGlnAsnLysAspGluCysArgSerArgGlyStopTrptRNA的分子特征：TransferRNA

tRNAisthe“adaptor”moleculeinproteinsynthesisacceptorstemCCA-3’terminustowhichaminoacidiscoupledcarriesaminoacidonterminaladenosineanticodonstemandanticodonloop酵母Ala-tRNA的碱基顺序酵母Phe-tRNA三维结构tRNA

氨基酸活化形式的载体：专一性识别氨基酸，形成氨基酰-tRNA识别密码子大多数生物起始密码子是AUG—甲硫氨酸，但原核生物中Met-tRNAfMet必须先甲基化，生成甲酰甲硫氨酰-tRNA（

fMet-tRNAfMet）原核生物中除tRNAfMet外，其余tRNA是延伸tRNA

甲酰甲硫氨酰-tRNA的形成aa-tRNA合成酶催化aa-tRNA合成；多种tRNA能携带同一种氨基酸（能携带相同氨基酸的tRNA称同功tRNA），同一种氨基酸能有一种/几种aa-tRNA合成酶识别。氨酰tRNA合成酶催化氨酰tRNA的形成aa+ATP氨基酰腺苷酸tRNAaa-tRNA合成酶aa-tRNAIle和Val的差异对Ile-tRNA合成酶活性的作用MitochondrialtRNAphenylanine

MitochondrialtRNAleucine1MitochondrialtRNAisoleucine

MitochondrialtRNAmethionine

RNA序列差异核糖体——蛋白质生物合成的机器原核生物核糖体的组成；

真核生物核糖体组成Ribosomes

prokaryoticribosome

eukaryoticribosome70Sribosome80Sribosome50Ssubunit23SrRNA5SrRNA35proteins60Ssubunit28SrRNA5SrRNA5.8SrRNA49proteins30Ssubunit16SrRNA21proteins40Ssubunit18SrRNA33proteinsRibosomestructureAPPPPPPPPP-sitepeptidyltRNAsiteA-siteaminoacyltRNAsitemRNA5’SmallsubunitLargesubunitRibosomewithboundtRNAsandmRNA核糖体上的活性部位

30S小亚基mRNA结合位点（SD）tRNA-起始因子复合物结合位点70SA位点——aa-tRNA结合位点P位点——肽酰-tRNA结合位点EF-G结合位点——肽酰-tRNA转位反应翻译功能域exit结构域——与膜结合肽酰转移酶活性中心两个亚基的结合参与蛋白质合成的蛋白因子：起始因子IF、延伸因子EF、终止因子RF

原核生物的蛋白因子：

IF-1——G蛋白

IF-2——起始tRNA进入30SIF-3——双重功能

EF-Tu、Ts

真核生物的蛋白因子：

CBP

eIF-2、3、4A、4B等

二、原核生物蛋白质合成合成起始延伸终止IF-3结合到30S亚基上，形成稳定的游离亚基，使30S亚基特异的结合于mRNA的起始位点形成IF-2•GTP•fMet-tRNAfMet复合物IF-2•GTP•fMet-tRNAfMet结合到30S亚基的P位点，识别AUG，IF-2，3释放，50S亚基结合，形成完整的核糖体其它aa-tRNA进入核糖体的A位点fMet-tRNAfMet与第二个aa-tRNA形成肽键肽酰转移酶合成起始：起始因子参与小亚基与大亚基的结合只有fMet-tRNAfMet与P位点结合，其余aa-tRNA进入核糖体的A位点蛋白质合成起始复合物的形成Tu+Ts→Tu•Ts→Tu•GTPGTPaa-tRNA进入核糖体A位点Tu•GDPEF-G•GTP核糖体沿mRNA向前移动一个密码子，使肽酰-tRNA由A位移动到P位A位空缺，准备接受下一个aa-RNA肽酰-tRNA的肽酰基转移到aa-tRNA上形成肽键肽酰转移酶延伸：延伸因子的循环延伸因子Tu(EF-Tu)的循环蛋白质合成的延伸过程肽键的形成和肽酰转移酶的作用合成终止：终止密码子——UAG、UAA、UGA终止因子（释放因子）：RF-1

RF-2终止密码子被RF识别，作用于A位点肽酰-tRNA的肽酰基转移到aa-tRNA上，多肽与tRNA断裂核糖体从mRNA上解离下来蛋白质合成的终止过程三、真核生物蛋白质合成特点：1.比原核需要更多的蛋白因子;2.40S亚基先与起始tRNA结合,再与mRNA结合;3.mRNA5’帽子结构和二级结构具有重要作用.40SeIF-1A、3、4A60SeIF-3AMet-tRNAiMet•GTP•eIF-240S40S40S40S60S合成起始真核生物前40S起始复合物的形成扫描模型：40S亚基携带着Met-tRNAiMet及相应起始因子进入mRNA5’端，沿mRNA滑动，寻找第一个AUG，与60S亚基结合，形成第一个肽键。识别第一个AUG时，往往需要上下文正确（AGNNAUGG），才能使40S亚基与mRNA结合稳定，再与60S亚基形成完整的核糖体。真核生物蛋白质合成起始的扫描模式mRNA5’cap40SsubunitMeIF2AUGInitiatortRNAboundtothesmallribosomalsubunitwiththeeukaryoticinitiationfactor-2(eIF2)Initiationofproteinsynthesis:mRNAbindingThesmallsubunitfindsthe5’capandscansdownthemRNAtothefirstAUGcodonmRNA5’40SsubunitMeIF2AUG

theinitiationcodonisrecognizedeIF2dissociatesfromthecomplexthelargeribosomalsubunitbinds60SsubunitmRNA5’MAUG

aminoacyltRNAbindstheA-sitefirstpeptidebondisformedinitiationiscompleteGCCAmRNA5’MAUGGCCA真核蛋白质合成起始模式延伸：aa-tRNA结合于核糖体A位点eEF-1α

eEF-1α•GDP

形成肽键（肽酰转移酶）eEF-2•GTP核糖体沿mRNA向前移动，A位空缺PUCAPPPPPUCAGCAGGGUAGAPPPPElongationGCAGGGUAG

followingpeptidebondformationtheunchargedtRNAdissociatesfromtheP-site

theribosomeshiftsonecodonalongthemRNA,movingpeptidyltRNAfromtheA-sitetotheP-site;thistranslocationrequirestheelongationfactorEF2

thenextaminoacyltRNAthenbindswithintheA-site;thistRNAbindingrequirestheelongationfactorEF1

energyforelongationisprovidedbythehydrolysisoftwoGTPs:onefortranslocationoneforaminoacyltRNAbindingEF1EF2终止：mRNA上的终止密码子出现于A位时，无相应的aa-tRNA与之结合eRF识别终止信号，结合于A位tRNA与肽链间的酯键水解，多肽释放核糖体从mRNA上解离GTP肽酰转移酶eRF——结合核糖体、结合GTP、介导肽酰-tRNA水解、GTP水解酶等活性。PUCAGCAGGGUA