氨基酸蛋白質(zhì)合成課件

1、氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成三、氨基酸和蛋白質(zhì)的生物合成（一）氨基酸的生物合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成（二）蛋白質(zhì)的生物合成 蛋白質(zhì)的生物合成在細(xì)胞代謝中占有十分重要的地位。以大腸肝菌為例,蛋白質(zhì)占細(xì)胞干重50%左右,每個(gè)細(xì)胞約有3000種不同的蛋白質(zhì)分子,每種蛋白質(zhì)又有無(wú)數(shù)分子,而大腸肝菌的分裂周期不過(guò)20分鐘,可見(jiàn)蛋白質(zhì)合成速度之快。 按中心法則,DNA貯存遺傳信息傳遞給mRNA,mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板,但是mRNA蛋白質(zhì)之間遺傳信息的傳遞并不像轉(zhuǎn)錄的堿基配對(duì)那樣簡(jiǎn)單。 從mRNA的核苷酸順序到多肽鏈上的AA順

2、序,即蛋白質(zhì)合成過(guò)程稱為翻譯或轉(zhuǎn)譯（Translation)。 翻譯的過(guò)程非常復(fù)雜,幾乎涉及到細(xì)胞內(nèi)所有種類的RNA和幾十種蛋白質(zhì)因子。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成1、遺傳密碼的基本單位：密碼子 密碼子：編碼確定一個(gè)氨基酸的核苷酸的三聯(lián)體順序。 從數(shù)理上講，密碼子必須是3個(gè)或3個(gè)以上核苷酸順序。 密碼子的確定與密碼表 Nirenborg,1961開(kāi)始，1965完成。 1）用隨機(jī)多核苷酸順序確定，體外翻譯 2）用tRNA-AA-核糖體結(jié)合法確定 3）用重復(fù)序列多核苷酸確定。 結(jié)果：密碼表 密碼子的方向：53 氨基酸蛋白質(zhì)合成三聯(lián)體密碼的破譯 1954年Gamov確認(rèn)核酸分子中三個(gè)堿基決定一

3、個(gè)氨基酸 1961年Crick等用遺傳學(xué)方法也證實(shí)三聯(lián)體密碼子學(xué)說(shuō)是正確的 Nirenberg以均聚物共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,尋找到了破譯遺傳密碼的途徑 Khorana以共聚物指導(dǎo)多肽的合成，加快了破譯遺傳密碼的步伐氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成 以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成 Poly U 為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Poly Phe Poly A 為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Poly Lys Poly C 為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Poly Pro 氨基酸蛋白質(zhì)合成 以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成 （1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基酸組成的多肽,如以Pol

4、y UG 為模板，合成產(chǎn)物為Poly Lys-Val。 （2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨基酸組成的多肽。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成遺傳密碼的基本特點(diǎn)（1）通用性 病毒、原核生物、真核生物都使用同樣的密碼子。到目前為止,只發(fā)現(xiàn)線粒體、葉綠體與纖毛原生動(dòng)物相同，其遺傳密碼有個(gè)別的變化。 （2）簡(jiǎn)并性 多個(gè)密碼子編碼同一AA. or : 一個(gè)AA可以被1個(gè)以上的密碼子編碼的性質(zhì)。編碼同一種AA的密碼子稱為同義密碼子. e.g. Glu: CAA CAG ; Asp: GAU GAC; Leu 、Ser有6個(gè)code. 意義：可忍受置換突變，增加遺傳穩(wěn)定性。 （3）不重疊性 閱讀框架確

5、定后，相鄰的密碼子互不重疊。 CAA GAU GACCAG 不會(huì)讀成：C AAG AUG ACC AG 氨基酸蛋白質(zhì)合成（4）密碼子之間無(wú)分隔. 密碼子之間沒(méi)有任何信號(hào)加以隔開(kāi), 如果在中間插入或減少一個(gè)堿基, 就會(huì)造成這一位點(diǎn)以后的讀碼發(fā)生錯(cuò)誤, 即移碼。 可解變閱讀框架，增加DNA信息量。 （5）特殊密碼子 64個(gè)code中，有61個(gè)編碼AA 3個(gè)終止密碼子：UAG、UAA、UGA 起始密碼子：AUG 唯一密碼子：AUG（Met)、UGG(Trp) 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成（6） 擺動(dòng)性（變偶性） 密碼的專一性主要是由第一第二個(gè)堿基所決定，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)時(shí)

6、，密碼子的第一、二位堿基是嚴(yán)格的，第三位堿基可以有一定的變動(dòng)（要求不嚴(yán)格）。Crick稱這一為變偶性（wobble） tRNA的反密碼子中5含有I、I對(duì)mRNA密碼子的3堿基要求不嚴(yán)格。I 能與U、C、A形成氫鍵配對(duì)，e.g. tRNAArg5ICG3 反密碼子3G C I G C I G C I 密碼子5C G A C G U C G C 均為Arg 氨基酸蛋白質(zhì)合成通過(guò)一系列考查,Crick得出結(jié)論: 大多數(shù)密碼子的第三個(gè)堿基與它的反密碼子相對(duì)應(yīng)的堿基（5）之間配對(duì)是比較疏松的,這些密碼子的第三個(gè)堿基具有擺動(dòng)性,稱為擺動(dòng)假說(shuō),也叫變偶假說(shuō)。 (1)密碼子由前兩個(gè)堿基決定專一性。 (2)反密

7、子的第一個(gè)堿基（5-）決定tRNA識(shí)別密碼的數(shù)目： C、A 識(shí)別一種 G、U 識(shí)別二種 I 識(shí)別三種 （3）翻譯20種AA的61個(gè)密碼子最少有32種tRNA。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成2、蛋白質(zhì)合成體系的組分 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成需要大約200多種生物大分子來(lái)協(xié)同完成。其中包括mRNA、tRNA、rRNA及核糖體以及許多酶和輔助因子。 （1）mRNA 方向53與AA：NC 相對(duì)應(yīng)。 多肽鏈的藍(lán)圖，密碼子載體。 （2）tRNA 被氨酰-tRNA合成酶識(shí)別，專一運(yùn)載氨基酸的氨酰基 反密碼子,識(shí)別mRNA鏈上的密碼子 連接多肽鏈與核糖體 tRNA與mRNA之間存在變偶性：一種tRNA可以識(shí)別一種

8、以上的同一氨基酸的密碼子。 氨基酸蛋白質(zhì)合成（3）核糖體 70S核糖體(30S-50S),含有兩個(gè)結(jié)合部位: 氨?；课? A位，氨酰-tRNA結(jié)合部位 肽基部位：P位，多肽基tRNA的結(jié)合部位 A位、P位有一小部分在30S亞基內(nèi),大部分在50S亞基內(nèi)。 （4）輔助因子 起始因子：IF1、IF2 、IF3 、e1F2 參與起始 延長(zhǎng)因子: EF-TU 、EF-TS，EF-G參與多肽合成 終止因子：RE1、RE2、eRF 釋放完整的肽鏈 ( IF: Initial Factors EF: Extent Factors RF: Release Factors ) 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成3

9、、多肽鏈的生物合成 （1）氨基酸的活化 兩AA之間不能直接形成肽鍵,這一能障是通過(guò)活化AA形成活化中間體：氨酰tRNA加以克服。在蛋白質(zhì)合成中,必須經(jīng)過(guò)活化才能形成肽鍵。 有兩個(gè)意義: 1.AA只有與自已相對(duì)應(yīng)的tRNA連接，才能運(yùn)轉(zhuǎn)至核糖體,才能識(shí)別mRNA上的密碼子。運(yùn)輸與識(shí)別，保證合成準(zhǔn)確性。 2.氨酰鍵儲(chǔ)存了能量，具有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能,用于以后肽鍵的形成。也就降低了形成肽鍵的能障。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成（2）起始氨酰-tRNA的形成 真核生物中起始AA是Met（甲硫氨酸） 原核生物中起始AA是fMet（N-甲酰甲硫氨酸） 兩類生物中，起始密碼

10、子只有1個(gè)：AUG 氨基酸蛋白質(zhì)合成 原核生物： 識(shí)別起始密碼子AUG的tRNA 為：tRNAffMet 它與fMet組成起始氨酰-tRNA: fMet-tRNAf fMet 識(shí)別非起始AUG（中間的）的tRNA表示為： tRNAmMet 它攜帶Met, 組成中間的氨酰-tRNA: Met-tRNAmMet 真核生物：起始 Met-tRNAiMet 中間 Met-tRNAmMet 氨基酸蛋白質(zhì)合成 fMet-tRNAffMet分兩步形成: (1)Met + tRNAfMet+ ATPMet tRNAffMet-AMP + Ppi合成酶 (2)轉(zhuǎn)甲酰酶、甲酰甲氫葉酸為甲?；w形成fMet-tR

11、NAfffMet 兩種tRNA者都帶有相同的反密碼子3UAC5, 是如何識(shí)別起始和內(nèi)部的AUG ？ 1）核糖體小亞基內(nèi)16S rRNA與起始密碼子AUG前一段有互補(bǔ)的SD序列即AGGAGGU，這樣16S rRNA便起著選擇起始密碼子的作用。 2）轉(zhuǎn)甲酰酶只能催化fMet與tRNAfffMet的結(jié)合。 3）fMet的-NH2甲基化，不能與AA形成肽鍵，不可能在中間出現(xiàn)。 氨基酸蛋白質(zhì)合成3、原核生物多肽鏈合成過(guò)程（1）肽鏈合成起始 形成一個(gè)具有肽鏈合成功能的70S起始復(fù)合物： ( mRNA-fMet-tRNAffMet-70S核糖體-IF1、2、3) 1） 30S-mRNA復(fù)合物的形成 核糖體分

12、解成30S、50S兩個(gè)亞基; IF3與30S亞基結(jié)合，使30S與50S不能結(jié)合; 30S.IF3結(jié)合到mRNA上,使AUG正確定位于P位內(nèi),形成30S、mRNA復(fù)合物 mRNA的SD序列與16S rRNA 3互補(bǔ),確定起始AUG。 氨基酸蛋白質(zhì)合成2）30S預(yù)起始復(fù)合物的形成 fMet-tRNAffMet與GTP+IF2結(jié)合到30S mRNA的復(fù)合物上,形成預(yù)起始復(fù)合物。 fMet-tRNAffMet座落在P位 起始tRNA的反密碼子與mRNA的AUG配對(duì)。 IF1協(xié)助GTP-IF2再生 氨基酸蛋白質(zhì)合成3）70S起始復(fù)合物的形成 50S結(jié)合到30S預(yù)起始物上,結(jié)合在IF2上的GTP被水解成G

13、DP和Pi并被釋放。IF3、IF2也離開(kāi)核糖體,結(jié)果便形成了一個(gè)包含有mRNA和起始fMet-tRNAffMet在內(nèi)的有功能的70S核糖體,稱為70S起始復(fù)合物。 此時(shí)狀態(tài)：P位占滿,A位空著。核糖體A、P位占據(jù)2個(gè)密碼子位置 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成（2）肽鏈的延長(zhǎng) 參與的組分: 70S起始復(fù)合體； 多種氨酰-tRNA; 延長(zhǎng)因子EF-Tu, EF-Ts、EF-G GTP。 以循環(huán)的方式將AA加到正在合成的肽鏈的羧基端，形成肽鍵。 氨基酸蛋白質(zhì)合成 每一循環(huán)分為四步: 進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位、脫落 1.進(jìn)位：新的（第2個(gè)）氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位 (1)

14、EF-TU、GTP與氨酰tRNA結(jié)合形成三元復(fù)合物：氨酰-tRNA.EF-Tu.GTP, 然后進(jìn)入A位 氨酰-tRNA的反密碼子與mRNA上處于A位的密碼子配對(duì),GTP水解成GDP和Pi，同時(shí)EF-TU、GDP釋放出來(lái)。 氨基酸蛋白質(zhì)合成(2) EF-TU.GTP復(fù)合物再生 EF-TU.GDP + EF-TS EF-TU.EF-TS + GDP EF-TU.EF-TS + GTP EF-TU.GTP + EF-TS 消耗1個(gè)GTP (3) fMet-tRNAffMet不能與EF-TU.GTP結(jié)合,所以fMet不會(huì)參與到肽鏈的中間合成中。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成 2. 轉(zhuǎn)肽：肽鍵的形成

15、 氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位以后,P位與A位均被占滿：P（fMet-tRNAffMet) A(AA2-tRNAAA2) P位的fMet-fRNAfMet上的fMet在肽基轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)移到A位上的AA的氨基上,從而形成第一個(gè)肽鍵。 結(jié)果:A位上形成一個(gè)二肽基-tRNA, P位是空載的tRNAffMet (空的起始tRNA） 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成3. 移位 EF-G、GTP與核糖體結(jié)合推動(dòng)核糖體沿mRNA 53方向移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離. 結(jié)果： 二肽基tRNA從A位進(jìn)為P位,仍與mRNA結(jié)合； 原來(lái)在P位中的tRNAfMet便離開(kāi)P位露出； mRNA上的下一個(gè)(第3個(gè)）密碼子恰好

16、處于核糖體的A位,供下一個(gè)氨酰-tRNA的進(jìn)位。 EF-G也稱移位酶，消耗1個(gè)GTP。 4.脫落：露出核糖體的空載tRNA從mRNA上脫落。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成（3）肽鏈合成的終止及釋放 當(dāng)核糖體沿mRNA移動(dòng)至終止密碼子(UAA、UAG、UGA)進(jìn)入A位時(shí)，再?zèng)]有氨酰-tRNA進(jìn)位，肽鏈的延長(zhǎng)停止。 終止因子: RF1, 識(shí)別UAA、UAG RF2, 識(shí)別UAA、UGA RF3與GTP結(jié)合，并水解GTP,用其能量促進(jìn)多肽鏈釋放。 氨基酸蛋白質(zhì)合成分三個(gè)階段: 1.終止因子RF1 or RF2進(jìn)入A位與終止密碼子結(jié)合。 2.多肽鏈的釋放：RF1 or RF2誘導(dǎo)肽

17、基轉(zhuǎn)移酶將位于P位tRNA上的多肽基轉(zhuǎn)移到H2O分子上，RF3-GTP作用使多肽鏈與最后一個(gè)tRNA脫離并離開(kāi)核糖體，終止因子與空載的tRNA也離開(kāi)。 3. 70S核糖體解離 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成多肽合成所需的能量： 氨基酸活化 2 ATP （ATPAMP） 起始 1 GTP 延長(zhǎng) 2 GTP（進(jìn)位1、移位1） 終止 1 GTP n個(gè)AA的多肽：2N+2（N-1）+2 = 4N 氨基酸蛋白質(zhì)合成 真核生物多肽鏈合成的特點(diǎn)與原核細(xì)胞相比有如下不同：1）核糖體為80S（40S+60S），以多聚核糖體形式進(jìn)行。2）起始AA、起始tRNA不同，Met-tRNAiMet3）原

18、核生物合成多肽受抗菌素抑制，真核不受抑制。4）真核肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識(shí)別mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移動(dòng)尋找AUG；5）能量供體不同：原核GTP、真核ATP6）真核IF有12種、但只有2種EF和1種RF。7）真核細(xì)胞中線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過(guò)程都類似于原核細(xì)胞。 氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成氨基酸蛋白質(zhì)合成肽鏈合成后的加工新生肽鏈不具有生物活性，不是最后產(chǎn)物,要加以修飾。 主要有以下方式: 1.末端修飾 原核生物中的fMet、真核生物中的Met被酶切除 去甲?；?甲酰甲硫氨酰肽-甲酸+甲硫氨酰肽 Met氨肽酶 甲硫氨酰肽-多肽+Met 真核生物中50% N端被乙?；?C端有時(shí)也修飾。 氨基酸蛋白質(zhì)合成2.信號(hào)肽的切除 多肽上N端一段用于多肽穿膜運(yùn)輸?shù)碾逆湥?8-35aa)，由疏水AA組成的特殊序列。 3. 氧化形成二硫鍵，再形成二級(jí)或高級(jí)結(jié)構(gòu) 4.部分中間肽段的切除：有