蛋白質(zhì)生物合成—翻譯及翻譯后過程 教育學(xué)習(xí)

蛋白質(zhì)生物合成,翻譯及翻譯后過程,1,高等課件,將存在于mRNA上代表一個(gè)多肽的核苷酸殘基序列轉(zhuǎn)換為多肽鏈氨基酸殘基序列的過程,翻譯（Translation）,2,高等課件,參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì),三種RNAmRNA、rRNA、tRNA20種氨基酸（AA）作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無機(jī)離子,3,高等課件,CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU,5,3,-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-,一、生物合成的模板mRNA,遺傳密碼(geneticcode)能編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的基因中的核苷酸體系,4,高等課件,mRNA分子上從53方向，由起始密碼子AUG開始，每3個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼。,密碼子,起始密碼：AUG終止密碼：UAA、UAG、UGA,5,高等課件,遺傳密碼的性質(zhì),簡(jiǎn)并性：指一個(gè)氨基酸具有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子擺動(dòng)性：密碼子與反密碼子配對(duì)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不遵從堿基配對(duì)規(guī)律的情況，稱為遺傳密碼的擺動(dòng)現(xiàn)象通用性：除個(gè)別細(xì)胞器的特殊密碼子外，蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從簡(jiǎn)單生物到人類都通用連續(xù)性：mRNA的讀碼方向從53，兩個(gè)密碼子之間無任何核苷酸隔開偏愛性：密碼子使用頻率的差異,6,高等課件,7,高等課件,閱讀框架(readingframes),開放閱讀框(openreadingframe,ORF):從起始密碼AUG到終止密碼處的正確可閱讀序列,8,高等課件,原核生物mRNA的特點(diǎn),S-D序列：原核生物mRNA起始密碼AUG上游813核苷酸處，存在一段5-UAAGGAGG-3的保守序列，稱為S-D序列。是mRNA與核蛋白體識(shí)別、結(jié)合的位點(diǎn),9,高等課件,真核生物mRNA的特點(diǎn),真核生物沒有S-D序列，靠帽子結(jié)構(gòu)識(shí)別核糖體真核生物的起始密碼位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻譯起始的效率,10,高等課件,二、生物合成的場(chǎng)所核蛋白體(Ribosomes),11,高等課件,核蛋白體蛋白及rRNA的組成特點(diǎn),12,高等課件,小亞基與mRNA的結(jié)合,13,高等課件,大亞基,P位(peptidylsite)：結(jié)合肽酰tRNA的部位A位(aminoacylsite)：結(jié)合氨基酰tRNA的部位E位(exitsite)：排出位,P位A位,14,高等課件,三、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)tRNA,ACC,氨基酸臂,反密碼環(huán),15,高等課件,氨基酸的活化,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase),16,高等課件,氨基酸ATP-E氨基酰-AMP-EPPi,氨基酰-AMP-EtRNA氨基酰-tRNAAMPE,17,高等課件,蛋白質(zhì)的生物合成的過程,氨基酸的活化多肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止和釋放蛋白質(zhì)合成后的加工修飾,18,高等課件,一、肽鏈合成起始(initiation),甲硫氨酰tRNA與mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物,19,高等課件,（一）原核生物翻譯起始,核蛋白體大小亞基分離起始因子IF3、IF1介導(dǎo)，利于小亞基與mRNA，fMet-tRNAfMet結(jié)合mRNA在小亞基定位結(jié)合通過5端S-D序列(AGGA)配對(duì)結(jié)合到核蛋白體小亞基上的16S-rRNA近3-末端處(UCCU)起始氨基酰-tRNA的結(jié)合fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成復(fù)合物核蛋白體大亞基結(jié)合70S起始復(fù)合物形成,20,高等課件,起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基上核蛋白體大亞基結(jié)合,21,高等課件,起始因子IF和eIF,原核：起始因子三種；IF-l、2和3真核：起始因子十種；eIF翻譯起始：1）IF-3結(jié)合核蛋白體30S亞基，使大、小亞基拆離2）IF-1協(xié)助IF-3結(jié)合和亞基拆離3）單獨(dú)的30S亞基易于與mRNA及起始tRNA結(jié)合4）IF-2促進(jìn)fMet-tRNA結(jié)合mRNA及核蛋白體,22,高等課件,（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成,起始因子eIF3結(jié)合到核糖體（80S）的小亞基（40S）上，使大亞基（60S）與小亞基解離甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet）結(jié)合mRNA結(jié)合（需帽結(jié)合蛋白CBP）,23,高等課件,真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程,24,高等課件,二、肽鏈合成延長(zhǎng),根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，順序添加的氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程,25,高等課件,肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸,進(jìn)位(entrance)/注冊(cè)（registration）成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation),26,高等課件,延伸過程所需蛋白因子延長(zhǎng)因子(elongationfactor,EF),27,高等課件,又稱注冊(cè)(registration),（一）進(jìn)位,指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。,28,高等課件,延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）,29,高等課件,（二）成肽,轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化形成肽鍵,30,高等課件,（三）轉(zhuǎn)位（Translocation）,延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，結(jié)合并水解GTP，使核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動(dòng),31,高等課件,32,高等課件,三、肽鏈合成終止（Termination）,終止密碼的辨認(rèn)及肽鏈從肽酰-tRNA水解出。mRNA從核蛋白體中分離及大小亞基的拆開終止過程需釋放因子(RF）。,33,高等課件,釋放因子(releasefactor,RF)：與肽鏈合成終止相關(guān)的蛋白因子,識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕呋孽；D(zhuǎn)移到-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。,原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF,34,高等課件,四、核蛋白體循環(huán)多聚核蛋白體(polysome),細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行,35,高等課件,蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié),閱讀框架的漂移、重疊和5-AUG的作用翻譯錯(cuò)誤：氨基酰合成酶校正RNA的結(jié)構(gòu)：帽子、poly(A)尾、空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)生物合成阻斷劑：抗生素類大環(huán)內(nèi)酯類、氯霉素、氨基糖苷類、四環(huán)素抗代謝藥物抗腫瘤藥其他生物活性物質(zhì)白喉毒素、干擾素,36,高等課件,四環(huán)素族,37,高等課件,38,高等課件,干擾素的作用機(jī)理,1.干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活,39,高等課件,2.干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解,40,高等課件,蛋白質(zhì)合成后的折疊,折疊(folding):蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細(xì)胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下，進(jìn)行自我組裝蛋白質(zhì)自發(fā)獲得成熟的構(gòu)型自我裝配需要輔助蛋白協(xié)助分子伴侶,41,高等課件,分子伴侶（molecularchaperones）,一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)。在細(xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組份,作用蛋白合成開始時(shí)，防止新生肽鏈在未完成折疊之前相互聚合，幫助蛋白質(zhì)獲得最初的正確結(jié)構(gòu)封閉所暴露出來的疏水區(qū)段，為蛋白質(zhì)折疊創(chuàng)造無干擾的隔離環(huán)境識(shí)別錯(cuò)誤折疊的變性新蛋白，幫助復(fù)性或使其降解,42,高等課件,應(yīng)激蛋白70家族（heat-shockprotein70）：參與蛋白質(zhì)的從頭折疊、跨膜運(yùn)輸、錯(cuò)誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過程伴侶素系統(tǒng)（chaperoninsystem）:具有獨(dú)特的雙層環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白，以依賴ATP的方式為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境,分子伴侶的分類及作用,43,高等課件,翻譯后的加工修飾,新和成的多肽只有經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)各種修飾處理后才能成為有活性的成熟蛋白質(zhì)翻譯后加工,蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈的微小改變特定氨基酸殘基上添加體積較大的基團(tuán)剪切從新生肽鏈上去除不等的氨基酸殘基,44,高等課件,常見的加工修飾方式,（一）側(cè)鏈氨基酸的微小修飾：二硫鍵的形成和正確配對(duì)蛋白質(zhì)合成后通過兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成甲基化、糖基化、磷酸化及乙?；然瘜W(xué)修飾,45,高等課件,（二）剪切和剪接加工,新生肽鏈N端fMet或Met的切除剪切直接從新生肽鏈上除去不等的氨基酸殘基分泌型蛋白的信號(hào)肽的切除前體蛋白加工：切除前體蛋白的一端肽段；去除蛋白內(nèi)含子活性肽的剪切釋放：一條已合成的多肽鏈經(jīng)翻譯加工后生成不同活性的蛋白質(zhì)或多肽剪接蛋白質(zhì)前體通過多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的順序結(jié)合起來生成成熟有活性的蛋白質(zhì),46,高等課件,鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾,47,高等課件,（三）添加化學(xué)基團(tuán)（化學(xué)編輯）,蛋白質(zhì)的脂酰化?；D(zhuǎn)移酶催化脂肪酸與肽鏈中的Ser的羥基以酯鍵結(jié)合，使新生的蛋白脂?；鞍踪|(zhì)的糖基化使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊,48,高等課件,蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn),核孔運(yùn)輸胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)穿過胞核內(nèi)外膜形成的核孔進(jìn)入細(xì)胞核跨膜運(yùn)輸胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等通過跨膜機(jī)制進(jìn)行運(yùn)輸?shù)摹Ｐ枰哪芰啃∨葸\(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體以及從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體、分泌泡、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞外等是由小泡介導(dǎo)的,49,高等課件,細(xì)胞中蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞?翻譯中運(yùn)輸:由與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體完成。新生肽鏈在合成過程中，插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的特殊通道，然后轉(zhuǎn)移入內(nèi)腔翻譯后運(yùn)輸:由游離核糖體完成。在多肽鏈合成后，將蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體或葉綠體等細(xì)胞器和細(xì)胞核中,50,高等課件,靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分,51,高等課件,翻譯中運(yùn)輸過程（信號(hào)肽假說）,信號(hào)肽(Signalsequence)能啟動(dòng)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的任何一段多肽使核蛋白體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合，合成的肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔運(yùn)至靶器官，信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽，使成熟的蛋白質(zhì)釋放至胞外,52,高等課件,結(jié)構(gòu)：約10-40多個(gè)氨基酸構(gòu)成，分三個(gè)區(qū)：N端為親水區(qū)含堿性氨基酸,提供正電荷中性或疏水性氨基酸，能夠形成一段螺旋結(jié)構(gòu)，是信號(hào)肽的主要功能區(qū)帶負(fù)電荷的C末端，含小分子氨基酸，是信號(hào)肽酶切割信號(hào)肽的部位,53,高等課件,信號(hào)肽識(shí)別粒子（Signalrecognitionparticles-SRP）：6種蛋白質(zhì)與7S-RNA組成復(fù)合體SRP的作用：與合成的分泌蛋白中的信號(hào)肽結(jié)合。參加與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上受體結(jié)合的反應(yīng)。7S-RNA:由305bp組成,提供SRP形成的結(jié)構(gòu)骨架對(duì)接蛋白（dockingprotein-DP）：對(duì)接蛋白是SRP的受體，與SRP共同催化轉(zhuǎn)運(yùn)攜有肽鏈的核蛋白體到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。,參與轉(zhuǎn)運(yùn)的分子,54,高等課件,信號(hào)肽假設(shè)示意圖,編碼分泌型蛋白質(zhì)的mRNA與游離核糖體結(jié)合，蛋白合成起始合成蛋白N-端的信號(hào)肽序列信號(hào)肽序列被信號(hào)肽識(shí)別顆粒SRP識(shí)別，翻譯暫停SRP-核糖體復(fù)合物與ER上的SRP受體（停泊蛋白，DP）結(jié)合，多肽合成恢復(fù)新生肽鏈通過核蛋白體受體蛋白與蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)子形成的通道進(jìn)入ERSRP釋放，多肽移位到ER內(nèi)腔，信號(hào)肽被酶切除,