《蛋白质合成定》PPT课件.ppt

1、2020/8/2,1,第12章 翻译,蛋白质的生物合成,Protein Biosynthesis,2020/8/2,2,蛋白质的生物合成 = 翻译 protein biosynthesis translation,以mRNA为直接模板合成蛋白质的过程。,将mRNA分子中核糖核酸信息转变成氨基酸信息的过程。,2020/8/2,3,第一节 蛋白质生物合成需要的物质Material Required for Protein Biosynthesis,2020/8/2,4,. 原料: 20种氨基酸,. 各种蛋白质因子,参与蛋白质生物合成的物质,起始因子(initiation factors、IF) (

2、eukaryote、eIF),延长因子(elongation factors、EF),终止因子(release factors、RF) 核蛋白体释放因子 (ribosomal release factors、RR),2020/8/2,5,. 三种RNA 在蛋白质合成中的作用 mRNA(信使核糖核酸) 直接模板 tRNA(转运核糖核酸) 转运氨基酸 rRNA(核糖体核糖核酸) 提供场所,2020/8/2,6,1.mRNA在蛋白质合成中的作用,mRNA做直接模板，DNA为间接模板,mRNA从5端AUG开始每三个碱基是一个遗传密码(genetic codon)，代表一种氨基酸。,遗传密码表,2020

3、/8/2,8,遗传密码的特点,4 3 = 64个 方向性(direction ): 连续性(commaless):3个一组连续读 插入和缺少可框移 简并性(degeneracy):第三位碱基改变 可不影响氨基酸排列顺序 摆动性(wobble): 通用性(universal):高、低等生物通用,2020/8/2,9,（1）密码的方向性和连续性：,编码区内的密码子是连续的不间断的。,AUG UUU UUC CUU CUC AUU GUU ACC AAC GGU,2020/8/2,10,（2）密码的简并性：,一个氨基酸通常是由一个或一个以上的密码 子编码, 密码子的第一位、第二位碱基多数相同， 前2

4、位碱基决定编码氨基酸的特异性，差异出现在 第三位碱基。,2020/8/2,11,遗传密码表,2020/8/2,12,（3）摆动性：,在翻译过程中氨基酸能否正确的加入，需要依靠mRNA上的密码 和tRNA上的反密码相互配对辨认，但是在实际翻译中也会出现理论上mRNA与tRNA不配对，但是实际二者仍能配对的现象，翻译仍能继续进行，这种现象称为遗传密码子的摆动性。出现的部位是mRNA密码子上的第三位碱基，tRNA上的第一 位碱基。,2020/8/2,13,C C I,G G A（C、U）,3,3,5,5,2020/8/2,14,密码子、反密码子配对的摆动现象,2020/8/2,15,（4）通用性：,

5、从最简单的生物病毒到人类。在蛋白质合成中都使用一套通用的密码。（除线粒体外） 起始密码：AUG 终止密码：UAA、UAG、UGA,起始密码,AUG(开放读码框架 open reading frame) 在mRNA的5端为起始密码，在中间代表蛋氨酸。,终止密码(stop codon) UAA UAG UGA 位于mRNA3端，是肽链合成终止信号,2020/8/2,17,2. tRNA在蛋白质合成中的作用,搬运氨基酸到合成场所,遗传密码与反密码的摆动配对,配对方式,2020/8/2,18,tRNA与mRNA配对,2020/8/2,19,摆动配对规律,tRNA I U C,mRNA A G U A

6、G C G U,2020/8/2,20,氨基酸的活化,氨基酸羧基被活化！,氨基酸ATP酶 氨基酰-AMP-酶PPi 氨基酰-AMP-酶 + tRNA氨基酰-tRNAAMP酶,2020/8/2,21,氨基酰-tRNA合成酶促反应,2020/8/2,22,氨基酰-tRNA合成酶,具有高度特异性，既能识别氨基酸，也能识别相应的tRNA。,氨基酰-tRNA表示方法,ala-tRNAala ; arg-tRNAarg,tRNAimet _ 起始者tRNA,tRNAe met_ 携带延长链上蛋氨酸的tRNA,fmet-tRNAf met _ N-甲酰蛋氨酸,2020/8/2,23,3. rRNA在蛋白质合

7、成中的作用,参与组成核蛋白体，提供合成场所.,原核生物,真核生物,大亚基,小亚基,16S rRNA,21种,18S rRNA,33种,5S rRNA,23S rRNA,34 种,28S rRNA,5.8S rRNA,5S rRNA,49种,2020/8/2,24,核蛋白体(ribosomal),P位= 肽位= 给位 peptidyl site, donor site 结合肽酰tRNA的位置,A位= 受位= 氨基酰位 aminoacyl site，acceptor site 结合氨基酰tRNA的位置,由大、小亚基组成,大亚基有转肽酶活性.,一个mRNA分子上可有多个核蛋白体(多聚核蛋白体)。,核

8、蛋白体（ribosome）,4. 参加蛋白质生物合成的酶体系,（1）氨基酰tRNA合成酶 （2）转肽酶 （3）转位酶,氨基酰tRNA合成酶 （aminoacyl-tRNA synthetase）,在ATP供能的情况下催化氨基酸活化成氨基酰tRNA。,转肽酶,催化两个氨基酸之间形成肽键，存在于核蛋白体大亚基上，是组成核糖体的蛋白质成分之一。,转位酶（translocase）,催化核糖体和mRNA移位，核糖体向mRNA的3端移动相当于一个密码子的距离。,5. 蛋白质合成需要的其他物质,Mg2+、K+等无机离子 ATP、GTP等供能物质,大肠杆菌蛋白质合成需要的物质,2020/8/2,32,第二节

9、蛋白质生物合成过程 Process of Protein Synthesis,起始阶段,延长阶段,终止阶段,2020/8/2,33,一、起始阶段_ 形成起始复合物,mRNA - 核蛋白体 - 蛋氨酰-tRNA,mRNA- 核蛋白体 甲酰蛋氨酰-tRNA,原核与真核需要的起始因子不同,但步骤相似.,起始因子(initiation factors, IF),原核生物: 有三种, IF1 IF2 IF3,真核生物:共发现10+种 eIF,核酸-核酸和核酸-蛋白质辨认,核酸-核酸辨认:mRNA核蛋白体结合位点(RBS) 与核蛋白体小亚基16S rRNA的碱基互补。,RBS(ribosomal bind

10、ing site)= S-D序列 位于起始密码AUG上游约813个核苷酸 处,以AGGA为核心的富含嘌呤的46 个核苷酸序列,RBS与16S rRNA3-端的UCCU互补.,核酸-蛋白质辨认:由核蛋白体小亚基蛋白(res-1) 辨认紧接AGGA的小段核苷酸。,S-D序列,2020/8/2,36,原核生物起始复合物的形成,、核蛋白体亚基的解体 大小亚基必须解体才利于mRNA结合 终止的最后一步就是下一轮起始的第一步,、mRNA就位 通过核酸-核酸辨认和核酸-蛋白质辨认把 mRNA联结在核蛋白体小亚基上.,、fmet-tRNA- mRNA-IF2-GTP 复合体形成 需要IF2先与GTP结合fme

11、t-tRNA再与其 结合,推动mRNA前移,tRNA达P位,、大亚基结合形成起始复合物 mRNA-fmet-tRNA-核蛋白体,2020/8/2,37,P,A,U,G,A,A,U,G,A,U,G,30S,50S,30S,30S,30S,30S,50S,50S,IF3 IF1,mRNA,50S,IF2,GTP,2020/8/2,38,真核生物起始特点,核蛋白体差异: 80S (40S +60S),起始tRNA为met-tRNA,没有PBS序列,有帽子结构和多聚A尾巴,起始顺序不同: 先形成eIF2-tRNA-GTP, 再 由 eIF3 和eIF4C 协助结合到小亚基上,然后 才由mRNA的AUG

12、辨认met-tRNA的反密 码, eIF4 协助进入小亚基 eIF2 是蛋白质合成调控的关键物,2020/8/2,39,帽子结合蛋白(cap-site binding protein,CBP),结合在帽子结构上,促进mRNA与小亚基结合 已知有两种:CBP-1 = CBPa = eIF4E CBP-2=CBPb=eIF4F eIF4F有解螺旋酶和ATP酶活性是主要的帽子结合蛋白,2020/8/2,40,真核生物翻译起始过程： 1、核蛋白体大小亚基分离 起始因子eIF-2B、eIF-3与核蛋白体小亚基结合，在eIF-6参与下， 促进80S核蛋白体解离成大、小亚基。,40S,60S,eIF-2B,

13、eIF-3,eIF-6,2020/8/2,41,40S,eIF-3,Met-tRNAi Met-eIF-2-GTP,2、起始氨基酰-tRNA结合 起始Met-tRNAi和结合GTP的eIF-2共同结合于小亚基的P位的起始点位置上。,2020/8/2,42,3、mRNA在核蛋白体上准确就位 真核生物的mRNA不含类似的原核的S-D序列，真核mRNA在核蛋白体小亚基上就位，涉及多种蛋白因子形成的复合物。首先在帽子结合蛋白复合物（包括eIF-4E、eIF-4G、 eIF-4A）作用下，该复合物通过eIF-4E结合mRNA5帽子。然后在polyA结合蛋白辅助下结合3polyA尾。最后在eIF-4F复合

14、物的辅助下，从mRNA的5端扫描，直到起始密码子AUG与甲硫氨酰-tRNA的反密码配对，mRNA最终在小亚基上定位。（该过程耗能）,ATP,ADP + pi,eIF-4E，eIF-4G，eIF-4A， eIF-4B，PAB,2020/8/2,43,4、核蛋白体的大小亚基结合 已经结合了mRNA、Met-tRNAi的小亚基与大亚基结合，形成翻译起始复合物。同时，在eIF-5作用下水解GTP，促进各种eIF从核蛋白体释放。,eIF-5,各种起始因子释放,GDP + pi,2020/8/2,44,原核与真核起始因子的作用比较,生成起始复合物,IF,eIF,大小亚基分离 IF3 (IF1) eIF3,

15、NA-NA eIF3, eIF1 mRNA进入小亚基 NA-蛋白质 eIF4A eIF4B 辨认结合 CBP1 eIF4E(CBP2),起始tRNA进入P位 IF2 GTP (IF1) eIF2 eIF3 eIF4c co-eIF2-GTP,大亚基结合 各种IF脱落,GTP水解 eIF5 eIF4D,2020/8/2,45,二、延长阶段,肽链延长 = 核蛋白体循环(ribosomal cycle) 该阶段核心是形成肽键,将单个氨基酸连接成多肽链.整个反应都在核蛋白体上完成.,需要的蛋白质因子延长因子(EF),原核与真核生物延长因子的种类和作用,原核生物,真核生物,功 能,EFTu EF1 -)

16、 协助氨基酰-tRNA进入A位; EFTs 结合GTP,EFG EF2 - 转位酶，协助mRNA前移, A位P位;游离tRNA释放,2020/8/2,47,延长三步曲,进位(entrance)或注册(registration) : 氨基酰-tRNA按mRNA密码的指导进 入A位,EFT协助,成肽(peptide bond formation):由转肽酶 催化P位上的氨基酰基进入A位形 成肽键,转位(translocation):A位上的肽链同mRNA 一起进入P位,核蛋白体相对移动。反应 由转位酶催化,2020/8/2,48,（一）进位 进位又称注册，即是根据mRNA下一组 遗传密码指导，使相

17、应的氨基酰-tRNA进入 核蛋白体的位。该过程需要延长因子EF-T 参与。,2020/8/2,49,P,A,P,A,U,G,A,GTP,延长因子EF-T,A,U,G,2020/8/2,50,（二）成肽 成肽是在转肽酶的催化下形成肽键的过程。 转肽酶是由数种大亚基蛋白组成的。,A,P,P,A,A,U,G,A,U,G,2020/8/2,51,（三）转位,AUG,P,A,延长因子EF-G有转位酶活性,GTP,2020/8/2,52,EFTu和EFTs,为延长因子T的2个亚基,在肽链延长时的程序:,Pi + Tu-GDP + AA-tRNA-mRNA,2020/8/2,53,转肽酶,是核蛋白体大亚基上

18、的核酶,在成肽结束前P位上空载的tRNA从核蛋白体脱落,肽链合成的方向: NC,始终是P位氨基酰基通过羧基与A位氨基酸的-氨基形成肽键,氨基酸活化: 羧基与tRNA的3-OH形成酯键,2020/8/2,54,三、终止阶段,包括终止密码的辨认、肽链水解、mRNA离开核蛋白体、核蛋白体大小亚基解体。,需要的蛋白因子称为释放因子(RF,RR). IF3 、eIF 也参与拆开大小亚基,RF的作用,辨认终止密码;促进肽链C端与tRNA3-OH 酯键断裂，释放肽链。现知三种: RF-1:能辨认UAA，UAG RF-2:能辨认UAA，UGA RF-3:为酯酶的激活剂,水解酯键,RR的作用:将mRNA从核蛋白

19、体上释放出来,2020/8/2,56,终止过程,1. 核蛋白体A位出现终止密码, RF-1 和 RF2 去 识别,并结合在A位,2. RF-3使转肽酶变构,激活转肽酶,水解P位肽链 与tRNA的3-OH形成的酯键,释放肽链,3. 在RR作用下, tRNA、mRNA和RF都从核蛋白 体脱落, IF3 又作用,核蛋白体大小亚基解体, 可参加下一轮循环,蛋白质合成要消耗GTP和ATP(各阶段), 估计每生成一个肽键要消耗5个高能磷酸键,2020/8/2,57,P,U,A,A,RF-1、RF-2,RF,A,GTP,GDP + pi,RF,GTP,2020/8/2,58,真核生物与原核生物翻译过程的区别

20、 1、翻译起始： 2、肽链延长：延长因子体系不同 原核生物的延长因子是：EF-Tu；EF-Ts；EF-G 真核生物的延长因子是：EF1；EF1；EF1；EF-2 3、翻译终止：真核生物只有一种释放因子，有GTP酶的活性，能类似原核生物3种释放因子促进肽链合成终止。,2020/8/2,59,蛋白质合成小结： 1、参与物质：mRNA 、tRNA、核蛋白体，氨基酰-tRNA 合成酶、转肽酶、各种蛋白因子 2、合成过程： 起始：形成翻译起始复合物（核蛋白体、mRNA 、 fMet-tRNAifMet、起始因子） 延长：核蛋白体循环：进位、成肽、转位 终止： 3、耗能：合成一分子的氨基酸残基需要消耗4个

21、ATP 4、肽链的合成方向：N端 C端,2020/8/2,60,第三节 蛋白质合成后修饰加工Posttranslational Processing and Modification,刚合成的蛋白质往往需要加工修饰才会有功能,翻译后修饰加工方式很多,可分为三方面:,1. 一级结构的修饰: 多肽链长短、氨基酸残基,2. 高级结构的修饰: 空间结构的加工,3. 靶向输出:定向输送到执行作用的细胞,器官,2020/8/2,61,一级结构的修饰加工,. 切除N-甲酰基或N-蛋氨酸,. 修饰氨基酸: 羟基化(羟脯氨酸,羟赖氨酸) 磷酸化(丝、苏、酪) 糖基化,. 形成二硫键: -S S-,. 水解切除肽段: 切除多余氨基酸和肽段,高级结构的修饰加工,亚基聚合: 多肽链之间相互聚合形成多聚体,辅基连接: 结合蛋白的非氨基酸部分加入,细菌蛋白质的跨膜分泌,真核生物蛋白质的分泌,2020/8/2,64,第四节 蛋白质生物合成与医学Protein Pynthesi