蛋白質(zhì)的生物合成 (2)ppt課件

1、第十章第十章 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)合成后的加工蛋白質(zhì)合成后的加工蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制 翻譯翻譯(translation)(translation)：以：以mRNAmRNA為模板合成蛋白為模板合成蛋白質(zhì)的過程，稱為翻譯。質(zhì)的過程，稱為翻譯。 基因表達基因表達(gene expression)(gene expression)：是指細胞在生：是指細胞在生命過程中，把儲存在命過程中，把儲存在DNADNA順序中遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)順序中遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成

2、具有生物活性的蛋白質(zhì)分子。錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子。 一、蛋白質(zhì)合成體系一、蛋白質(zhì)合成體系 參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包括：包括： mRNA mRNA：作為蛋白質(zhì)生物合成的：作為蛋白質(zhì)生物合成的模板，決議多肽鏈中氨基酸的陳模板，決議多肽鏈中氨基酸的陳列順序；列順序；核糖體：蛋白質(zhì)生物合成的場所；核糖體：蛋白質(zhì)生物合成的場所；tRNAtRNA：搬運氨基酸的工具：搬運氨基酸的工具; ; 起始因子起始因子IFIF； 延伸因子延伸因子EFEF；釋放因子釋放因子RFRF；氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成

3、酶；合成酶；供能物質(zhì)及無機離子供能物質(zhì)及無機離子, ,等等。等等。 一一mRNA與遺傳密碼與遺傳密碼 密碼子密碼子(codon)：作為指點蛋白質(zhì)生：作為指點蛋白質(zhì)生物合物合成的模板，成的模板，mRNA中每三個相鄰的核苷中每三個相鄰的核苷酸組酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸的信息，此成三聯(lián)體，代表一個氨基酸的信息，此三聯(lián)三聯(lián)體就稱為密碼子體就稱為密碼子(codon)。 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯 1961年年Nirenberg建立了無細胞系統(tǒng)建立了無細胞系統(tǒng), 這一新技這一新技術(shù)又是在多核苷酸磷酸化酶發(fā)現(xiàn)的根底上建立起術(shù)又是在多核苷酸磷酸化酶發(fā)現(xiàn)的根底上建立起來的。來的。(1) 去模板：用DNAa

4、se處置E.coli抽提物，使DNA降解，除去原有的細菌模板。(2) 參與poly U：合成了多聚苯丙氨酸，這一結(jié)果不僅證明了無細胞系統(tǒng)的勝利，同時還闡明UUU是苯丙氨酸的密碼子。 分別參與polyA和polyC 結(jié)果相應(yīng)地獲得了多聚賴氨酸和多聚脯氨酸。* 用于蛋白質(zhì)的生物合成研討的體外翻譯系統(tǒng)主要有：細菌大腸桿菌 無細胞系統(tǒng)、網(wǎng)織紅細胞裂解系統(tǒng)和麥胚系統(tǒng)等。 遺傳密碼的特點：遺傳密碼的特點： 無標點、不重疊延續(xù)性；無標點、不重疊延續(xù)性； 簡并性；簡并性； 通用性但在線粒體或葉綠體中特通用性但在線粒體或葉綠體中特殊；殊； 方向性，即解讀方向為方向性，即解讀方向為5 35 3； 擺動性；擺動性；

5、 起始密碼：起始密碼：AUGAUG； 終止密碼：終止密碼：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。* * 開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF): (open reading frame, ORF): 從從mRNA 5mRNA 5端起始密碼子端起始密碼子AUGAUG到到3 3端終止密碼端終止密碼子之子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼延續(xù)陳列編碼一間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼延續(xù)陳列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為 。* * 移碼突變移碼突變(frameshift mutation)(frameshift mutation)：基因損傷引：基因

6、損傷引起起mRNAmRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，能夠閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，能夠?qū)е?。?dǎo)致。 * * 簡并性：同一種氨基酸有兩個或更多密碼簡并性：同一種氨基酸有兩個或更多密碼子的景象。子的景象。* * 同義密碼子：對應(yīng)于同一氨基酸的不同密同義密碼子：對應(yīng)于同一氨基酸的不同密碼子。碼子。* * 擺動性擺動性: : 轉(zhuǎn)運氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNAtRNA上的反密碼上的反密碼子需求經(jīng)過堿基互補與子需求經(jīng)過堿基互補與mRNAmRNA上的遺傳密碼子上的遺傳密碼子反向配對結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對反向配對結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴厲遵守堿基配對原那么，第三中，前兩對

7、嚴厲遵守堿基配對原那么，第三對堿基有一定的自在度，可以對堿基有一定的自在度，可以“擺動，這擺動，這種景象稱為密碼子的擺動性。種景象稱為密碼子的擺動性。U擺動配對擺動配對mRNA5A AU UU UA AU UC CA AU UA A3U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5U UA AI II Il le e5tRNA333密碼子、反密碼子配對的擺動景象密碼子、反密碼子配對的擺動景象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U, C, AA, GU, CUG二二rRNA和核糖體和核糖體lrRNA55%和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)45%組組成了核糖體。成

8、了核糖體。l核糖體由大、小不同的兩個亞基組成。核糖體由大、小不同的兩個亞基組成。l原核生物和真核生物的核糖體組成及原核生物和真核生物的核糖體組成及特性不一樣。特性不一樣。核核糖糖體體的的組組成成表14-7原核和真核生物核糖體的組成及功能核糖體亞基rRNAs蛋白RNA的特異順序和功能細菌70S50S23S=2904b31種(L1-L31含CGAAC和GTCG互補2.5106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SrRNA(CCUCCU)和S-D順序(AGGAGG)互補哺乳動物80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TCG互補4.2

9、106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33種和Capm7G結(jié)合 核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)的場所。 核糖體小亞基擔任對模板mRNA進展序列特異性識別，如起始部分的識別、密碼子與反密碼子的相互作用等。 核糖體大亞基擔任攜帶氨基酸及tRNA的功能，包括肽鍵的構(gòu)成、AA- tRNA、肽酰- tRNA的結(jié)合等。 在單個核糖體上，可劃分多個功能活性中心，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專注的識別作用和功能。mRNA結(jié)合部位小亞基結(jié)合或接受AA-tRNA部位A位大亞基結(jié)合或接受肽酰tRNA的部位P位大亞基肽基轉(zhuǎn)移部位大亞基構(gòu)成肽鍵的部位轉(zhuǎn)肽酶中心大亞基 二、蛋白質(zhì)的合成過程1、氨

10、基酸的活化及轉(zhuǎn)運氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet 原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第一步反響第一步反響氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨

11、基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E AMP AMP PPi PPi 第二步反響第二步反響氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E E2 2、翻譯的起始、翻譯的起始原核生物以細菌為例翻譯的起始所需成分：30S小亞基、 50S大亞基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻譯起始翻譯起始( (翻譯起始復(fù)合物構(gòu)成翻譯起始復(fù)合物構(gòu)成) )又可被分成又可被分成3 3步：步： 1 130s30s小亞基首先與翻譯起始因子小亞基首先與翻譯起始因子IF-1I

12、F-1、IF-3IF-3結(jié)結(jié)合，經(jīng)過合，經(jīng)過SDSD序列與序列與mRNAmRNA模板相結(jié)合。模板相結(jié)合。A U G53S-D序列序列 S-D序列：存在于原核生物起始密碼子序列：存在于原核生物起始密碼子AUG上游上游712個核個核苷酸處的一種苷酸處的一種47個核苷酸的保守片段個核苷酸的保守片段AGGAGGU，它與它與16SrRNA 3，端反向互補，所以可將，端反向互補，所以可將mRNA的的AUG起始密碼子置于核糖體的適當位置以便起始翻譯作用。起始密碼子置于核糖體的適當位置以便起始翻譯作用。IF-3IF-1IF-2GTP2 2在在IF-2IF-2和和GTPGTP的協(xié)助下，的協(xié)助下， fMet-tR

13、NAfMet fMet-tRNAfMet進入小亞進入小亞基的基的P P位，位，tRNAtRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNAmRNA上的起始密碼子上的起始密碼子配對。配對。A U G53IF-3IF-1IF-2GTP(3)(3)帶有帶有tRNAtRNA、mRNAmRNA和和3 3個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與物與50S50S大亞基結(jié)合，大亞基結(jié)合，GTPGTP水解，釋放翻譯起始因子。水解，釋放翻譯起始因子。A U G53A U G53mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNA

14、Met-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物構(gòu)成過程復(fù)合物構(gòu)成過程 肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：進位、轉(zhuǎn)肽和移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 3 3、肽鏈的延伸、肽鏈的延伸1進位：AA-tRNA與核糖體A位點的結(jié)合需求耗費GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子經(jīng)過延伸因子經(jīng)過延伸因子EF-Ts再生再生GTP,構(gòu)成構(gòu)成EF-TuGTP復(fù)合物復(fù)合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + G

15、DP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)(2)轉(zhuǎn)肽是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化(3)移位核糖體向mRNA3端方向挪動一個密碼子。需求耗費GTP，并需EF-G延伸因子延伸因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶( translocase )活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3側(cè)挪動 。原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 4、肽鏈的終止 RF1：識別終止密碼子：識別終止密碼子UAA和和UAG 終止因子終止因子 RF2：識別終止密碼子：識別終止密碼子UAA和和UGA RF3：具：具GTP酶活性，刺激酶活性，刺激RF1和和 RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋

16、放活性，協(xié)助肽鏈的釋放原核生物真核生物只需一個終止因子eRF。三、蛋白質(zhì)合成后的加工三、蛋白質(zhì)合成后的加工 1、一級構(gòu)造的加工修飾、一級構(gòu)造的加工修飾(1)N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端的甲酰蛋氨酸，必需在多肽鏈折端的甲酰蛋氨酸，必需在多肽鏈折疊成一定的空間構(gòu)造之前被切除疊成一定的空間構(gòu)造之前被切除在真核生物中，在真核生物中，N端的蛋氨酸常在端的蛋氨酸常在肽鏈的其他部分還未完全合成時就肽鏈的其他部分還未完全合成時就曾經(jīng)水解下來。曾經(jīng)水解下來。 (2)氨基酸的修飾：由專注性的酶催化進氨基酸的修飾：由專注性的酶催化進展修飾，包括糖基化展修飾，包括糖基化(某些蛋白分子

17、中的某些蛋白分子中的Asp、Ser、Thr的側(cè)鏈基團與糖基結(jié)合的側(cè)鏈基團與糖基結(jié)合)、羥基化羥基化(膠原中膠原中Pro、Lys的羥基化的羥基化)、磷、磷酸化酸化(某些蛋白質(zhì)中的某些蛋白質(zhì)中的Ser、Thr、Tyr殘殘基中的基中的-OH磷酸化磷酸化)、甲?；取?、甲酰化等。 (3)二硫鍵的構(gòu)成：由專注性的氧化酶催二硫鍵的構(gòu)成：由專注性的氧化酶催化，將化，將-SH氧化為氧化為-S-S-。 (4)肽段的切除：某些多肽鏈要在專注性肽段的切除：某些多肽鏈要在專注性的蛋白酶水解切除部分肽段后，才干轉(zhuǎn)的蛋白酶水解切除部分肽段后，才干轉(zhuǎn)變成有功能的蛋白質(zhì)。變成有功能的蛋白質(zhì)。 2、高級構(gòu)造的構(gòu)成、高級構(gòu)造的構(gòu)

18、成(1)構(gòu)象的構(gòu)成；構(gòu)象的構(gòu)成； 生物體內(nèi)多肽鏈的準確折疊和組生物體內(nèi)多肽鏈的準確折疊和組裝需求某些輔助蛋白質(zhì)參與，其本裝需求某些輔助蛋白質(zhì)參與，其本身不參與終產(chǎn)物的構(gòu)成，這種輔助身不參與終產(chǎn)物的構(gòu)成，這種輔助蛋白質(zhì)稱為分子伴侶或監(jiān)護蛋白。蛋白質(zhì)稱為分子伴侶或監(jiān)護蛋白。(2)亞基的聚合；亞基的聚合；(3)輔基的銜接。輔基的銜接。 四、蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運四、蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運蛋白性質(zhì) 運轉(zhuǎn)機制 主要類型 分 泌 蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，并以翻譯-運轉(zhuǎn)同步機制運輸 免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育 蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉(zhuǎn)機制運輸 核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質(zhì) 膜的構(gòu)成 兩種機制兼有 質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì) 幾類主要蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制幾類主要蛋白質(zhì)的運轉(zhuǎn)機制翻譯-運轉(zhuǎn)同步機制信號肽假說：信號肽假說： 共翻譯定位蛋白質(zhì)定位信息存在于該蛋白質(zhì)本身構(gòu)造中共翻譯定位蛋白質(zhì)定位信息存在于該蛋白質(zhì)本身構(gòu)造中信號肽，并可經(jīng)過與特殊受體相互作用，使蛋白質(zhì)信號肽，并可經(jīng)過與特殊受體