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蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成. 翻 译. 蛋白质的生物合成. 蛋白质生物合成 : 是指 mRNA 分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质 多肽链 的氨基酸排列顺序的过程 翻译 : 遗传信息（ 碱基排列 顺序 ， 英文 ）由 mRNA 携带到蛋白质多肽链上体现为 氨基酸残基 排列顺序 （ 中文 ） 的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译. 特 点. 翻译过程十分复杂 -- 参与因素多 -- 合成步骤繁. 第一节 蛋白质合成体系. 一、 20 种氨基酸. 二、 mRNA 和遗传密码. 三、 tRNA. 四、 核糖体.

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蛋白质的生物合成

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Presentation Transcript

  1. 蛋白质的生物合成 翻 译

  2. 蛋白质的生物合成 • 蛋白质生物合成:是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序的过程 • 翻译:遗传信息（碱基排列顺序，英文）由mRNA携带到蛋白质多肽链上体现为氨基酸残基排列顺序（中文）的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译

  3. 特 点 • 翻译过程十分复杂 -- 参与因素多 -- 合成步骤繁

  4. 第一节 蛋白质合成体系 一、20种氨基酸 二、 mRNA和遗传密码 三、tRNA 四、核糖体 五、酶和辅助因子及无机离子、以ATP 、GTP 合成方向：N→C端

  5. 遗 传 密 码 （一）密码子(codon): mRNA自5‘→3’方向每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密码体现一个氨基酸信息 密码子的数量 43 =64 密码子的发现: 1965年，Nirenberg用poly u加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表

  6. 5′…. UACGGACAUCUG….3′ 甘 酪 组 蛋 5′….UACCGGACAUCUG….3′ 插入 半胱 酪 精 苏 缺失 5′…. UACGACAUCUG….3′ 酪 天 异亮 密码子的特点 (1)连续性:两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移

  7. 密码子的特点 (2)简并性: 除Met，Trp外，其余氨基酸均由2个以上密码子编码。其中UAG,UAA,UGA是终止密码子,AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸；但细菌例外，在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸 (3)通用性:所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等

  8. ACG 5′ 3′ UGU 5′ Thr 3′ 密码子的特点 （四）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子 反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异 mRNA tRNA反密码环

  9. DNA mRNA 蛋白质 mRNA • (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体

  10. 顺反子 顺反子 顺反子 插入顺序 插入顺序 末端顺序 原核细胞mRNA的结构特点 SD区 5 3 AGGAGGU 先导区 一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质

  11. 顺反子 5 “帽子” PolyA3 真核细胞mRNA的结构特点 m7G-5ppp-N-3 p AAAAAAA-OH 一条mRNA链只能为一种蛋白质编码

  12. tRNA（transfer ribonucleic asid） • tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体

  13. tRNA 1.结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3‘-CCA的位置 2.反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座

  14. tRNA 3.起始密码子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始密码 真核生物有两种，tRNAimet,tRNAemet原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tRNAfmet表示, tRNAfmet的甲酰基由一碳单位提供

  15. 核糖体rRNA（ribosomal ribonucleic asid） • 是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的 • 组成：大小亚基 • 原核：30s + 50s ＝70s 真核: 40s + 60s ＝80s

  16. 原核生物核糖体的组成

  17. 核糖体 • 分类：一类附着于粗面内质网参与分泌蛋白的合成；另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成 • 功能：核糖体相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽

  18. 5 3 mRNA 原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图 转肽酶 肽位：结合或接受肽基的部位 受位/氨基酰位：结合或接受AA-tRNA的部位 50S T P A 30S 与mRNA结合部位

  19. 5′ 多核蛋白体 一mRNA上同同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成 3′

  20. 第二节 蛋白质的合成过程 一、氨基酸的活化与转运 二、翻译起始（以原核为例） 三、肽链的延长 四、肽链合成终止

  21. 一、氨基酸的活化与转运 氨基酸活化→活化氨基酸的搬运→活化氨基酸与核蛋白体结合 1.参与活化转运的酶氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸有特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译

  22. H2N-CH-C-AMP-E H2N-CH-C-OH RO RO 氨基酰tRNA 合成酶 tRNA RO H2N-CH-C~O-ACC-tRNA 氨基酰tRNA的生成---氨基酸的活化 2.催化过程氨基酸+ATP+tRNA氨基酰→氨基酰-tRNA+AMP+ppi Gly 氨基酰tRNA 合成酶 PPi Gly ATP Gly 氨基酰tRNA

  23. 氨基酰tRNA的表示方法 丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala 精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA： met-tRNAmet 起始密码子AUG编码的met由tRNAimet （真核） 或tRNAfmet（原核）转运 真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化 大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化

  24. 参与翻译的蛋白质因子 阶段　原核 真核 功 能 IF1 IF2eIF2 参与起始复合物的形成　 IF3eIF3、eIF4C 起始　　　　 　CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUG eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放 eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 EF-TueEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体 延长　EF-TseEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-GeEF2 移位因子　　　 终止 RF-1 eRF 释放完整的肽链 RF-2 因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic)

  25. 二、翻译起始（原核） IF1 IF2-GTP-fMet-tRNA IF3 50S亚基 IF2+ IF1+GDP+Pi mRNA+30S亚基-IF3 mRNA与30s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成 mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合 30S亚基• mRNA IF3- IF1复合物 fmet-tRNA的结合：与以上过程同时发生，fmet-tRNA辨认并与mRNA 模板中的AUG结合。反应需IF2,GTP,Mg2+参与;而IF3脱落 50s的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1 IF2脱落,形成了启动复合体 30S• mRNA •GTP- fMet –tRNA- IF2- IF1复合物 核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合 70S起始复合物 70S启始复合物由大、小亚基, mRNA,fmet-tRNAfmet构成

  26. 三、肽链的延长 • 延长即核蛋白体自mRNA 5‘端向3’端推进，反应需延长因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与 进位 狭义的核蛋白体循环 转位 成肽

  27. AUG A p Tu-GTP AUG Tu-GTP 三、肽链的延长步骤 1.进位：aa进入受位，反应需GTP, Mg2+，EFTu,哺乳动物的延长因子：EFT1 氨基酰-tRNA进入A位 Tu-GTP GTP Ts Tu-Ts Tu-GDP Pi GDP

  28. AUG AUG UAC UAC 给 受 给 受 OH O O O CH3 O = C O= = O C C S R-CH CH2CH2-CH CH-R NH H2N NH2 O= C H3CSCH2CH2-CH NH2 2.成肽（转肽与脱落）：50s大亚基上的给位有转肽酶活性，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落 转肽酶 Mg2+，K+

  29. 3.转位（移位） 反应需EFG, GTP, Mg2+参与 核蛋白体向mRNA 3‘端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位 肽键每增加一个氨基酸就按 进位→成肽→转位 这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度

  30. 转位酶 3′ AUG 5′ AUG AUG AUG AUG A OH 2 1 2 1 OH 3 3 3 2 2 1 1 2 1 转位（移位） 5′→3′ EFG，GTP 进位 转位 成肽 N→C延长 成肽

  31. 四、肽链合成终止 • 需终止因子RF、RR和IF3参与。终止信号出现，释放因子（release factor,RF, RR）与其结合。RF有三种RF1，RF2，RF3

  32. UAA UAA UAA A RF O O C C O = O = R-CH R-CH 1.终止密码子的辨认 RF-1 或RF-2 RF1和 RF2识别终止密码，进入A位

  33. RF-3 RF RF O OH O = C O = C-OH R-CH R-CH 2. 肽链的水解和脱落 转肽酶 H-OH RF3使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出

  34. RF OH 3.tRNA、RF、mRNA的释放，核蛋白体大小亚基的解聚 RR，GTP RF IF-3 IF-1 在RR作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF1作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环 OH

  35. AUG fMet 广义的核蛋白体循环 1. 起始 2. 肽链延长 3. 终止

  36. 小 结 1．合成方向：对mRNA的移动是自5‘→3’肽链合成方向自N端→C端 2．能量计算：活化与启动消耗2个高能键，生成一个肽键时需2个GTP,生成一个肽键的整个过程需4个高能键 3．核蛋白体循环：在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。合成速度40aa/S

  37. 真核与原核蛋白质合成的异同 真核 原核 核蛋白体80S 70S 含蛋白数量多于80 少于60 小亚基结构无嘧啶区和互补区含嘧啶区与互补tRNAtRNAimettRNAfmet启动eIF 9-10种 需ATP小亚基先与tRNA结合，在与mRNA结合延长EF1,EF2EFTu EFTs 终止RF 需 GTP RF1，RF2，RF3

  38. 第三节 翻译后加工 合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合才有活性 一、翻译后的加工修饰 二、分泌蛋白的跨膜转运

  39. fMet- Met- 一、翻译后的加工修饰 1. N端加工 脱甲 酰基酶 氨基肽酶 真核细胞 原核生物

  40. 一、翻译后的加工修饰 2. 氨基酸残基的修饰： 磷酸化、羟基化、乙酰化、糖基化… 3. 水解加工：酶前体的活化 4. 亚基聚合：Hb 4亚基的聚合

  41. 二、分泌蛋白的跨膜转运 将合成后的蛋白质,定向到达行使功能目标地的过程为跨膜转运 信号肽：使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外

  42. 信号肽结构 • 约10-40多个氨基酸构成 • 分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸, 提供正电荷疏水区含中性或疏水性氨基酸加工区是信号肽酶切割信号肽的部位

  43. 转运过程 （1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，SRP把核蛋白体带至胞膜的胞浆面与对接蛋白结合，核蛋白体与内质网膜结合 （2）信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔

  44. 分泌蛋白的转运过程

  45. 蛋白质合成与医学的关系 一、分子病（molecular diseases） 二、蛋白质合成的阻断剂 蛋白质生物合成自复制、转录和翻译的不同过程均有抑制剂能加以阻断。抑制剂包括抗菌素和毒素等

  46. 分子病 • 分子病：因DNA分子基因的缺陷,使某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列发生改变导致的遗传病。例：镰刀形红细胞贫血。病因：编码血红蛋白b链的基因，其DNA上的T被A代替，导致b链氨基端第6位的谷氨酸被缬氨酸代替

  47. 蛋白质合成的阻断剂 • 抗生素 1.四环素：抑制氨基酰-tRNA与原核细胞的小亚基结合 2.氯霉素：与原核细胞的大亚基结合,对真核线立体合成有阻断作用 • 白喉毒素：抑制哺乳类动物的延长因子EFT2的活性

  48. 干扰素 病毒感染宿主后，细胞产生一类蛋白因子，它抑制病毒的繁殖保护宿主 [作用机制]：1、当双链RNA病毒存在时，干扰素活化一种蛋白激酶,激酶使启动因子eIF2磷酸化而失活，从而抑制蛋白合成 2、干扰素间接活化一种核酸内切酶，此酶使病毒mRNA降解,从而阻断蛋白质合成

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