蛋白质的生物合成专题省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第11章2蛋白质生物合成1/86第1节蛋白质合成体系2/86一、mRNA与遗传密码蛋白质合成直接模板，指导肽链合成。mRNA分子上核苷酸次序决定蛋白质分子氨基酸次序。1、信使RNA3/86２、遗传密码3个连续核苷酸代表1个氨基酸，即每3个核苷酸组成1个密码子，称为三联体密码。4/864种碱基怎样对应20种基本氨基酸？1个碱基对应一个AA42个碱基对应一个AA163个碱基对应一个AA64

——三联体密码（１）遗传密码破译5/86遗传密码表6/861、方向性

５’－３’2、简并性

除Try和Met各有一个，其它都有两个以上。

3、通用性与例外

全部生物共用一套密码。但在真核细胞线粒体中，UAG不是终止密码子，是Trp密码子；AUA不是Ile密码子，而是Met密码子；AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。4、读码连续性（2）遗传密码基本特征7/865、有起始密码子和终止密码子

起始密码子：AUG终止密码子：UAA、UAG、UGA6、变偶性tRNA上反密码子第1位碱基与mRNA密码子第3位碱基配对时，能够在一定范围内变动，即并不严格遵照碱基配对规律，这一现象称为摆动性（变偶性）。8/86二、tRNA氨基酸携带者；每一个氨基酸都有特有tRNA携带，有氨基酸能够被几个tRNA携带称为同工受体tRNA；携带了氨基酸tRNA：Ala-tRNAAla

原核细胞：起始甲酰甲硫氨酰tRNA—tRNAfMet

真核细胞：起始tRNA—tRNAmMet

肽链延伸—tRNAMet

9/86

核蛋白体组成核蛋白体原核生物真核生物蛋白质S值rRNA蛋白质S值rRNA小亚基21种30S16S33种40S18S大亚基34种50S23S5S49种60S28S5.8S5S核蛋白体70S80S三、核糖体是蛋白质合成工厂10/8611/86原核生物核蛋白体结构模式12/86

多核糖体（polysome) 一个mRNA分子可同时有多个核蛋白体在进行同一个蛋白质合成，这种mRNA和多个核蛋白体聚合物称为多聚核蛋白体。13/86四、翻译辅助因子P349表13-514/86第2节蛋白质生物合成氨基酸活化肽链合成起始肽链合成延伸肽链合成终止与释放翻译后加工15/86一、氨基酸活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶16/86二、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translationalinitiationcomplex)。参加起始过程蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）。17/86S-D序列：

在原核生物mRNA起始密码AUG上游，存在4~9个富含嘌呤碱一致性序列，如-AGGAGG-，称为S-D序列。

又称为核蛋白体结合位点（ribosomalbindingsite，RBS)

能与16S核糖体RNA识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。

Shine和Dalgarno（一）、起始密码子识别18/86S-D序列19/86（二）、原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA结合；核蛋白体大亚基结合。20/86IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离21/86AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合22/86IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA与小亚基结合23/86IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白体大亚基结合24/86A：aminoacylsiteP：peptidesiteE：exitsite（大部分在大亚基上）25/86IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗1个GTP。26/86指按照mRNA密码序列指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止过程。三、蛋白质合成延伸（elongation）27/86肽链延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（ribosomalcycle)。每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：进位（entrance）转肽（peptidebondformation）移位（translocation）

28/86①进位指依据mRNA上一组遗传密码指导，使对应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

29/86TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP延长因子EF-T催化进位（原核生物）

30/86②转肽：肽酰转移酶（核糖体参加催化）31/8632/8633/86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mRNA3’侧移动。③移位：EF-G（EF-2）34/86

35/86进位移位转肽36/86肽酰转移酶活性变为酯酶活性（八）翻译终止（terminate）当mRNA上终止密码（UAA、UAG、UGA）出现后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

37/86原核肽链合成终止过程38/86UAG5'3'RFCOO-39/86

原核生物蛋白质合成能量计算 氨基酸活化：2个~P ATP 起始： 1个 GTP 延长： 2个 GTP 终止： 1个 GTP 结论：每合成一个肽键最少消耗4个~P。40/86蛋白质合成过程小结肽链合成方向NC（同位素证实）以mRNA5’-3’方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程

41/86新生多肽链不具备蛋白质生物学活性，必须经过复杂加工过程才能转变为含有天然构象功效蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslationalmodification)。翻译后修饰包含多肽链折叠为天然三维构象及对肽链一级结构修饰、空间结构修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成愈加多样化，从而使蛋白质结构上展现更大复杂性。第三节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送42/86蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用靶位点过程称为蛋白质靶向输送(proteintargeting)。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送43/86一、多肽链折叠为天然构象蛋白质新生肽链折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链折叠即开始。可能伴随序列不停延伸肽链逐步折叠，产生正确二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。普通认为，多肽链本身氨基酸次序储存着蛋白质折叠信息，即一级结构是空间构象基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其它酶和蛋白质辅助。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送44/86几个有促进蛋白质折叠功效大分子:分子伴侣(molecularchaperon)蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送45/861.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链非天然构象、促进各功效域和整体蛋白质正确折叠保守蛋白质。分子伴侣有以下功效：①封闭待折叠蛋白质暴露疏水区段；②创建一个隔离环境，能够使蛋白质折叠互不干扰；③促进蛋白质折叠和去聚集；④碰到应激刺激，使已折叠蛋白质去折叠。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送46/86(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(2)伴侣蛋白(chaperonin)分子伴侣主要有：第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送47/86(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠多肽折叠为有天然空间构象蛋白质。热休克蛋白包含HSP70、HSP40和GrpE三族。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送48/86(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣另一家族，如大肠杆菌GroEL和GroES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形整天然空间构象微环境。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送49/862.蛋白质二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等天然构象十分主要，这一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定天然构象。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送50/863.肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成肽键有顺反两种异构体，空间构象有显著差异。肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间转换。肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送51/86二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰

（一）肽链末端修饰（二）个别氨基酸共价修饰1．糖基化2．羟基化3．甲基化4．磷酸化5．二硫键形成6．亲脂性修饰第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送52/86四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个适当部位才能行使各自生物学功效。蛋白质靶向输送与翻译后修饰过程同时进行。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送53/86新生蛋白质去向：第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送54/86全部靶向输送蛋白质结构中存在分选信号，主要是N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞适当靶部位，这类序列称为信号序列(signalsequence)。信号序列是决定蛋白质靶向输送特征最主要元件，提醒指导蛋白质靶向输送信息存在于蛋白质本身一级结构中。（一）靶向输送蛋白质N-端存在信号序列第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送55/86N-端含1个或几个带正电荷碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；中段为疏水关键区，主要含疏水中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signalpeptidase)裂解位点。信号肽有以下共性：第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送56/86第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送57/86靶向输送到细胞核蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)。NLS为含4～8个氨基酸残基短序列，富含带正电荷赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链不一样部位，而不只在N末端。不一样NLS间未发觉共有序列；在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。核定位序列第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送58/86真核细胞分泌型蛋白质靶向输送过程为：核蛋白体上合成肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为含有一定功效构象蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送59/86信号序列引导蛋白质进入内质网第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送60/86与分泌型蛋白质一样，内质网中驻留蛋白质先经粗面内质网上附着核蛋白体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。不过，内质网蛋白质多肽链C-端含有滞留信号序列，可与对应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质经过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。（三）靶向输送至内质网蛋白质C-端含有滞留信号序列第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送61/86（四）质膜蛋白质靶向输送由囊泡转移到细胞膜质膜蛋白质合成时在粗面内质网上跨膜机制与分泌型蛋白质跨膜机制相同，不过，质膜蛋白质肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。不一样类型跨膜蛋白质以不一样形式锚定于膜上。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送62/86（五）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中。第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送63/86真核细胞线粒体蛋白质靶向输送第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送64/86（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核第三节蛋白质翻译后修饰和靶向输送65/86N端改造

fMet切除信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除氨基酸修饰/改造肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化氨基酸残基修饰（Pro-OH/Cys-OH）4.糖基化

（Asp、Ser、Thr、Asn）5.一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素)6.高级结构形成在分子伴侣帮助下形成正确结构7.锚定（定位）66/86第四节抑制蛋白质生物合成抗菌素一、四环素族抑制氨基酰-tRNA与原核细胞核糖体结合。二、氯霉素与原核细胞核糖体50S结合，阻断肽链形成。三、链霉素与卡那霉素与原核细胞核糖体30S结合，改变其构象，引发读码错误，造成合成错误蛋白质。67/86四、嘌呤霉素结构与氨基酰tRNA末端相同，带有游离氨基酸，能够取代氨基酰tRNA进入核糖体受位，使正在合成肽链转移到嘌呤霉素氨基上，这种异常肽链很轻易从核糖体上释放，肽链合成终止。五、亚胺环己酮（放线菌酮）对真核细胞有作用，能抑制核糖体上肽链转移酶活性。68/86本章小结1.蛋白质合成体系。2.核糖体结构。3.密码子特点。4.蛋白质合成过程。5.蛋白质翻译后加工。69/861.真核生物在蛋白质生物合成中起始tRNA是A.亮氨酸tRNAB.丙氨酸tRNAC.赖氨酸tRNAD.甲酰甲硫氨酸tRNAE.甲硫氨酸tRNA70/864.反密码子IGG对应密码子是A.ACCB.GCCC.UCCD.CCAE.GCG6.蛋白质合成方向A.由mRNA3’端向5’端进行B.由mRNA3’端与5’端进行C.由肽链C端向N端进行D.由肽链N端向C端进行E.由肽链N端与C端进行71/8672/8673/86判断题1.三羧环循环酶系全都位于线粒体基质。(-)2.三羧酸循环是糖，脂肪和氨基酸氧化生能最终共同通路。(+)3.每摩尔葡萄糖经三羧酸循环产生ATP分子数比糖酵解时产生ATP多一倍。(-)4.DNA只存在于细胞核中，核外没有。

(-)5.DNA复制时，岗崎片段合成需要RNA引物。(+)

74/866.水解蛋白质所取得全部氨基酸均为L—氨基酸。（-）

7.与非酶促反应相比，酶促反应能使更多底物形成产物。（-）

8.亚基是独立结构单位，但不是独立功效单位。（+）

9.糖酵解过程中，因为葡萄糖和果糖活化都需要ATP，所以，ATP高时，糖酵解速度会加紧。（-）10.DNA、RNA和蛋白质合成都不需要引物。（-）75/8611.假如DNA样品A中Tm低于DNA样品B中Tm，那么样品A中含有A-T碱基对高于样品B。（+）

12.线粒体中FADH2P/O比是2。（+）

13.丙酮酸脱氢酶系与α—酮戊二酸脱氢酶系含有相同辅因子。（+）14.脂肪酸合成限速酶是乙酰CoA羧化酶。（+）

15.一条新链合成开始时，fMet-tRNAfMet与核糖体A位结合。（-）

76/8616.真核细胞和原核细胞转录和翻译都是偶联。（-）

17.DNA半不连续复制是指复制时一条链合成方向是从5′到3′，而另一条链是3′到5′。（-）

18.1/Km愈大，表明酶和底物亲和力越大。（+）

19.奇数脂肪酸不经过β-氧化方式氧化。（-）20.tRNA分子中存在有胸腺嘧啶核糖核苷酸。（+）77/8621.只有DNA作为遗传信息。（-）22.辅基与酶结合不紧，很轻易除去。（-）23.分子内氢键使α—螺旋稳定。（+）24.6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖都是磷酸酯且不含高能键。（+）25.β-氧化路径是脂肪酸合成逆反应。（-）78/8626.在脂肪酸合成过程中，中间产物是以共价键与ACP相联。（+）27.蛋白质分子中因含有Phe、Tyr、Trp，所以在260nm处有最大吸收。（-）28.蛋白质是稳定亲水胶体，其稳定原因是因为蛋白质表面含有相反电荷与水膜。（-）29.蛋白质合成中，终止密码子不编码任何氨基酸。（+）30.酶活力随反应温度升高而不停加大。（-）79/8631.反竞争性抑制剂不会改变酶最大反应速度。（-）32.酮体生成和利用都是在肝脏中进行。（-）33.L-谷氨酸脱氢酶能够催化L-谷氨酸氧化脱氨，它辅助因子是NAD+。（+）34.催化ATP分子中磷酰基转移到受体上酶称为激酶。（+）35.淀粉、糖原、纤维素合成均需引物存在。（+）

80/8636.呼吸链中E0’值越小，夺取电子倾向越大。（-）37.脂肪酸合成直接前体是丙二酸单酰CoA。（+）38.FAD和FMN是维生素B2衍生物。（+）39.参加尿素循环酶都位于线粒体内。（-）40.生物体内转运一碳单位载体是四氢叶酸。（+）81/8641