大连理工大学生物化学课件-蛋白质合成与转运

蛋白质合成与转运蛋白质是生命活动的重要组成部分，从合成到发挥作用需要经历一系列复杂的步骤，包括转录、翻译和转运等。本课件将重点讲解蛋白质合成和转运的过程，帮助同学们深入理解蛋白质的生物学功能。by蛋白质合成的重要性生命活动的基础蛋白质是构成细胞和生物体的基本物质，参与所有生命活动，如催化、运输、结构、免疫等。遗传信息的表达蛋白质合成是基因表达的核心过程，将遗传信息从DNA传递到蛋白质，实现生物功能。生命现象的维持蛋白质合成是一个高度动态的过程，不断合成新的蛋白质，维持细胞和生物体的正常功能。基因表达过程概述1蛋白质最终产物2mRNA中间产物3DNA遗传信息DNA复制1解旋DNA双螺旋结构解开，形成两个单链模板。2引物合成引物酶合成短的RNA引物，作为DNA聚合酶的起始位点。3延伸DNA聚合酶沿着模板链移动，以核苷酸为原料合成新的互补链。4校对DNA聚合酶具有校对功能，可以纠正错误的碱基配对。RNA转录1DNA解旋DNA双螺旋解开，形成单链模板2RNA聚合酶识别启动子序列，开始转录3RNA合成以DNA为模板，合成RNA链4转录终止遇到终止信号，RNA聚合酶脱离模板mRNA加工加帽在转录起始时，在mRNA的5'端加上一个7-甲基鸟嘌呤帽结构。这可以保护mRNA不被降解，并有助于其与核糖体的结合。加尾在mRNA的3'端加上一个多聚腺苷酸尾巴（poly(A)tail）。它可以提高mRNA的稳定性，并有助于其从细胞核中转运到细胞质。剪接去除mRNA中的内含子，并将外显子连接起来。这可以产生成熟的mRNA，它可以翻译成蛋白质。核糖体结构与功能核糖体是蛋白质合成的场所，由rRNA和蛋白质组成。核糖体由两个亚基组成，一个是大的亚基，另一个是小的亚基。大的亚基负责催化肽键的形成，小的亚基负责结合mRNA和tRNA。核糖体具有多种功能，包括结合mRNA和tRNA、催化肽键的形成、移动mRNA和tRNA以及释放多肽链。核糖体在蛋白质合成中起着至关重要的作用，它可以将遗传信息翻译成蛋白质。氨基酸活化tRNA结合氨基酸与相应的tRNA结合，形成氨酰-tRNA。能量消耗此过程需要消耗ATP，将氨基酸连接到tRNA上。氨酰-tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA的结合。肽链延长1tRNA结合携带正确氨基酸的tRNA与mRNA上的密码子配对，进入核糖体A位。2肽键形成核糖体催化A位氨基酸与P位肽链之间形成肽键。3移位核糖体沿mRNA移动一个密码子，P位tRNA移至E位并释放，A位tRNA移至P位。肽链终止1终止密码子UAA,UAG,UGA2释放因子识别终止密码子3肽链释放新合成的肽链从核糖体上释放蛋白质翻译后修饰磷酸化添加磷酸基团，改变蛋白质活性。糖基化添加糖基，影响蛋白质稳定性和细胞识别。乙酰化添加乙酰基，影响蛋白质与DNA的相互作用。蛋白质折叠1三维结构蛋白质的特定功能由其独特的三维结构决定2氨基酸序列蛋白质折叠过程由其氨基酸序列决定3非共价键氢键、疏水相互作用、离子键和范德华力等非共价键相互作用稳定蛋白质的三维结构分子伴侣的作用蛋白质折叠分子伴侣帮助蛋白质正确折叠，防止错误折叠和聚集。保护蛋白质分子伴侣保护蛋白质免受损伤，例如高温、氧化或pH值变化。转运蛋白质分子伴侣协助蛋白质穿过细胞膜或到达目标位置。蛋白质转运机制1转运方向从合成部位到功能部位2转运途径核孔、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体3信号肽引导蛋白质到特定部位4转运蛋白协助蛋白质通过膜内质网转运蛋白质合成核糖体在内质网上的结合，开始蛋白质的合成。信号肽识别信号肽引导蛋白质进入内质网腔。蛋白质折叠在内质网腔内，蛋白质进行折叠，形成正确的三维结构。质量控制内质网上的分子伴侣协助蛋白质折叠，并进行质量控制，确保蛋白质的正确折叠。高尔基体转运1蛋白质分选来自内质网的蛋白质在高尔基体中进行分选和修饰，根据目标位置被送往不同的细胞器或分泌到细胞外。2糖基化修饰高尔基体是蛋白质糖基化修饰的重要场所，通过添加糖基链改变蛋白质的结构和功能。3蛋白质包装高尔基体将蛋白质包装成不同的囊泡，并根据目的地将这些囊泡运送到其他细胞器或细胞外。溶酶体转运1转运途径蛋白质通过内质网、高尔基体等途径进入溶酶体2转运信号识别溶酶体靶向信号，确保蛋白质被准确送达3降解功能溶酶体降解废弃蛋白、细胞器等，维持细胞功能线粒体转运蛋白质合成线粒体蛋白的合成发生在细胞质中的核糖体上，生成前体蛋白。识别信号肽前体蛋白含有靶向线粒体的信号肽，可与线粒体膜上的受体蛋白结合。跨膜转运前体蛋白通过线粒体膜上的蛋白质转运通道进入线粒体内部。信号肽切除进入线粒体后，信号肽被特异的蛋白酶切除，形成成熟的线粒体蛋白。线粒体功能转运后的蛋白质参与线粒体内的各种代谢活动，如呼吸链和三羧酸循环。细胞核转运1核孔复合体蛋白质通过核孔复合体进入细胞核2NLS信号蛋白质需要携带核定位信号才能进入细胞核3转运蛋白转运蛋白帮助蛋白质穿过核孔复合体分泌性蛋白质转运1蛋白质合成核糖体合成多肽链2内质网转运进入内质网腔3高尔基体加工折叠、修饰、包装4分泌小泡包裹蛋白质并运输5细胞外分泌释放到细胞外膜蛋白转运1合成膜蛋白在核糖体上合成，并根据信号肽的引导进入内质网。2转运通过内质网膜上的转运蛋白，膜蛋白被引导到内质网腔中。3折叠膜蛋白在内质网中折叠成正确的三维结构，并进行一些翻译后修饰。4定位膜蛋白最终被转运到目标膜，并整合到膜结构中。泛素-蛋白酶体系统泛素泛素是一种小蛋白，通过与靶蛋白共价结合，标记它们以进行降解。蛋白酶体蛋白酶体是一个大型蛋白质复合物，负责降解泛素化的蛋白质。降解过程泛素化蛋白被蛋白酶体识别并降解成短肽，这些短肽可被进一步降解或重新利用。蛋白质错误折叠与降解错误折叠蛋白质错误折叠会导致功能丧失、聚集和疾病。降解机制细胞拥有专门的机制来识别和降解错误折叠的蛋白质。蛋白质突变与疾病功能丧失突变可能导致蛋白质失去正常功能，从而导致疾病。功能获得突变也可能使蛋白质获得新的功能，从而导致疾病。结构改变突变可能改变蛋白质的结构，影响其稳定性和功能。蛋白质在生物工程中的应用药物生产蛋白质被广泛应用于药物生产，如胰岛素、生长激素和抗体。食品工业蛋白质可作为食品添加剂，改善食品的营养价值和口感。工业生产酶作为生物催化剂在工业生产中应用广泛，如洗衣粉中的蛋白酶。总结蛋白质合成与转运复杂的生物过程，从基因到蛋白质，确保细胞功能的正常运行。基因表达过程的核心环节，包括转录、翻译、蛋白质折叠与转运。蛋白质合成和转运是生命活动的基础，参与各种重要的细胞过程。参考文献LehningerPrinciplesofBiochemist