第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成PPT課件

1、第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成biosynthesis of protein 蛋白質(zhì)的生物合成，即蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯翻譯: 以以mRNA為模板形成蛋白質(zhì)的過程，為模板形成蛋白質(zhì)的過程， 將核酸中將核酸中 4 種種核苷酸序列核苷酸序列編碼的遺傳信息，編碼的遺傳信息， 通過遺傳密碼通過遺傳密碼破譯破譯的方式的方式, 解讀解讀為為 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種種氨基酸的排列順序氨基酸的排列順序 。主要內(nèi)容主要內(nèi)容參與蛋白質(zhì)生物合成的主要物質(zhì)蛋白質(zhì)生物合成的過程翻譯后的加工蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系n 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)mRNA和密碼子、和密碼子、tR

2、NA、rRNA酶、輔助因子、蛋白質(zhì)因子、酶、輔助因子、蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP、無機(jī)離子無機(jī)離子合成方向：合成方向：N CN C端端 （一）、（一）、mRNA翻譯的模板翻譯的模板CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5 /3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr- 密碼子密碼子 mRNA mRNA分子中，從分子中，從5 5-3-3每三個(gè)相鄰的每三個(gè)相鄰的 堿基組成的三聯(lián)體，代表某個(gè)氨基酸堿基組成的三聯(lián)體，代表某個(gè)氨基酸 共有共有6464種種6161種種代表代表2020中氨基酸中氨基酸3 3種種UAA

3、UAA、UAGUAG、UGAUGA終止密碼終止密碼(codon)AUGAUG起始密碼起始密碼蛋氨酸蛋氨酸 密碼子：密碼子：細(xì)菌中細(xì)菌中GUG表示表示起始起始的的甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸遺傳密碼表遺傳密碼表第一堿基第一堿基（5 端）端）第第 二二 堿堿 基基第三堿基第三堿基（3 -端）端）終止終止終止終止*在在mRNA起始部位的起始部位的AUG為起始信號(hào)為起始信號(hào)遺傳密碼遺傳密碼 三聯(lián)體，三聯(lián)體， 不重復(fù)、不重復(fù)、 不間斷不間斷 方向性方向性 通用性通用性 簡并性簡并性 連續(xù)性連續(xù)性 擺動(dòng)性擺動(dòng)性 遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用5 3同一氨基

4、酸具有多種密碼子同一氨基酸具有多種密碼子同義密碼同義密碼第第1 1、2 2位位第第3 3位位決定密碼的特異性決定密碼的特異性擺動(dòng)擺動(dòng) 簡并性：簡并性：同義密碼子同義密碼子 對應(yīng)于同一種對應(yīng)于同一種AAAA的不同密碼子的不同密碼子 Met Met 和和TrpTrp僅一個(gè)密碼子僅一個(gè)密碼子簡并性的生物意義在于減少有害突變簡并性的生物意義在于減少有害突變遺傳密碼表遺傳密碼表第一堿基第一堿基（5 -端）端）第第 二二 堿堿 基基第三堿基第三堿基（3 -端）端）終止終止終止終止*在在mRNA起始部位的起始部位的AUG為起始信號(hào)為起始信號(hào)堿基的改變?nèi)杂锌赡芫幋a原來的堿基的改變?nèi)杂锌赡芫幋a原來的AA密碼子與

5、反密碼子的配對密碼子與反密碼子的配對I A、C、UU A、GG C、U反密碼子反密碼子識(shí)別識(shí)別密碼子密碼子第第1位位（擺動(dòng)配對）（擺動(dòng)配對）（tRNAtRNA）（mRNAmRNA）擺動(dòng)性擺動(dòng)性: : 反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的 堿基配對規(guī)律堿基配對規(guī)律第第3位位決定密碼的決定密碼的特異性特異性 第第1、2位位擺動(dòng)性擺動(dòng)性 第第3位位沿沿5 5-3-3方向連續(xù)閱讀方向連續(xù)閱讀插入堿基插入堿基缺失堿基缺失堿基移碼移碼突變突變 連續(xù)性：連續(xù)性：無標(biāo)點(diǎn)、不重疊無標(biāo)點(diǎn)、不重疊每三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸每三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸5. UACGGACAUCUG.35.U

6、ACCGGACAUCUG.3酪酪甘甘組組蛋蛋酪酪精精蘇蘇 半胱半胱5. UACGACAUCUG.3酪酪天天 異亮異亮插入插入缺失缺失密碼子在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率密碼子在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率密碼的防錯(cuò)系統(tǒng)密碼的防錯(cuò)系統(tǒng) 如如 第二位的堿基第二位的堿基 U 極性的氨基酸極性的氨基酸； C 非極性或不帶電荷的極性非極性或不帶電荷的極性側(cè)鏈側(cè)鏈氨基酸；氨基酸； A或或G 極性的氨基酸；極性的氨基酸； 密碼子在密碼表中的分布有一定的規(guī)則：密碼子在密碼表中的分布有一定的規(guī)則： 通常情況：通常情況： 第二位決定氨基酸的極性，第二位決定氨基酸的極性， 第三位決定密碼子的簡并性。第三位決定密碼子的簡并性。 使使堿基

7、堿基的的變化變化有時(shí)有時(shí)不會(huì)不會(huì)引起引起氨基酸氨基酸的變化的變化 編碼相同的編碼相同的AA， 若引起氨基酸變化也是若引起氨基酸變化也是同類型同類型氨基酸相互取代氨基酸相互取代 理化性質(zhì)接近的理化性質(zhì)接近的AA，這樣，合成的蛋白質(zhì)功能差別不會(huì)太大。這樣，合成的蛋白質(zhì)功能差別不會(huì)太大。極性并具有堿性氨基酸第一位第一位 A 或或 C第二位第二位 A 或或 G 前兩位的堿基是前兩位的堿基是AG （AGN）極性并具有酸性氨基酸這樣的分布規(guī)律這樣的分布規(guī)律 ？遺傳密碼表遺傳密碼表第一堿基第一堿基（5 -端）端）第第 二二 堿堿 基基第三堿基第三堿基（3 -端）端）終止終止終止終止*在在mRNA起始部位的起

8、始部位的AUG為起始信號(hào)為起始信號(hào)（二）、（二）、tRNA搬運(yùn)氨基酸搬運(yùn)氨基酸1.1.結(jié)合氨基酸結(jié)合氨基酸: :由由ATPATP供能供能, ,將氨基酸結(jié)合在將氨基酸結(jié)合在tRNA3tRNA3-CC-CCA A位置位置. . 一種氨基酸有幾種一種氨基酸有幾種tRNAtRNA攜帶；攜帶；2.2.反密碼子反密碼子: : 決定所帶氨基酸，并準(zhǔn)確在決定所帶氨基酸，并準(zhǔn)確在mRNAmRNA上對號(hào)入座上對號(hào)入座. .ser5tyr5氨基酰氨基酰tRNAtRNA的表示方法的表示方法精氨基酰精氨基酰tRNAtRNA： arg-tRNAarg-tRNAargarg甲硫氨基酰甲硫氨基酰tRNAtRNA： met-m

9、et-tRNAtRNAmetmet丙氨基酰丙氨基酰tRNAtRNA： ala-ala-tRNAtRNAalaala(三三)、核糖體、核糖體蛋白質(zhì)合成的場所蛋白質(zhì)合成的場所 rRNA + 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 大亞基大亞基 小亞基小亞基 原核原核 50s + 30s 70s 真核真核 60s + 40s 80s PAP位位 -肽酰基肽?；鵷RNA結(jié)合位；結(jié)合位； A位位 -氨酰氨酰tRNA結(jié)合位；結(jié)合位； 不同的不同的tRNA結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)：核糖體分類核糖體分類 一類一類 附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與分泌蛋白的合成；附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與分泌蛋白的合成；另一類另一類 游離于胞質(zhì)，參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成游離于

10、胞質(zhì)，參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成 l功能：裝配機(jī)，功能：裝配機(jī)， 轉(zhuǎn)肽酶活性，轉(zhuǎn)肽酶活性， 促進(jìn)氨基酸合成肽促進(jìn)氨基酸合成肽l粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)二二 、翻譯的五個(gè)階段、翻譯的五個(gè)階段翻譯翻譯起始起始肽鏈肽鏈延長延長肽鏈肽鏈終止終止 氨基酸的氨基酸的活化活化肽鏈折疊和肽鏈折疊和加工加工進(jìn)位進(jìn)位轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽脫落脫落移位移位與翻譯五個(gè)階段有關(guān)的物質(zhì)與翻譯五個(gè)階段有關(guān)的物質(zhì) 參與翻譯的蛋白質(zhì)因子參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核階段原核 真核真核 功功 能能IF1IF2 e eIF2 參與起始復(fù)合物的形成參與起始復(fù)合物的形成IF3 e eIF3、e eIF4C起始起始 CBP I 與與mRNAmRNA帽子結(jié)合帽

11、子結(jié)合 e eIF4A B F 參與尋找第一個(gè)參與尋找第一個(gè)AUGAUG e eIF5 協(xié)助協(xié)助eIF2eIF2、eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的釋放的釋放 e eIF6 協(xié)助協(xié)助60S60S亞基從無活性的核糖體上解離亞基從無活性的核糖體上解離EF-Tu e eEF1 協(xié)助氨酰協(xié)助氨酰- -tRNAtRNA進(jìn)入核糖體進(jìn)入核糖體延長延長EF-Ts e eEF1 幫助幫助EF-EF-TuTu 、 eEF1eEF1 周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn) EF-G e eEF2 移位因子移位因子終止終止 RF-1 e eRF 釋放完整的肽鏈釋放完整的肽鏈 RF-2 RF-31. 氨基酸的氨基酸的活化活化氨酰氨酰tRNA的

12、生成的生成氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA + AMP + + AMP + PPiPPi氨基酸活化態(tài)氨基酸活化態(tài)氨基酸氨基酸 + + ATPATP+ + tRNAtRNA二二 、翻譯、翻譯氨基酸氨基酸+ +ATP+tRNAATP+tRNA氨基酰氨基酰 氨基酰氨基酰- -tRNA+AMP+ppitRNA+AMP+ppi氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶ATPPPiH2N-CH-C-OHR OH2N-CH-CO-ACC-tRNAR O氨基酰tRNA合成酶tRNA氨基酰氨基酰tRNAtRNAGlyGlyGly H2N-CH-C-AMP-ER O氨基酰

13、氨基酰tRNA的生成的生成氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶兩種氨酰兩種氨酰-tRNA合成酶作用合成酶作用氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成過程合成過程AMPAA-E(a)(b) 特異性強(qiáng)特異性強(qiáng),催化特定氨基酸與特異的催化特定氨基酸與特異的tRNA結(jié)合，結(jié)合， 每種氨基酸有特異的合成酶催化，每種氨基酸有特異的合成酶催化， 此種特異性此種特異性保證保證了遺傳信息翻譯的了遺傳信息翻譯的準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶: l識(shí)別氨酰識(shí)別氨酰-RNA-RNA合成酶的位點(diǎn)：合成酶的位點(diǎn)： 倒倒L L結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)中 參與此作用參與此作用l核糖體識(shí)別位點(diǎn)：核糖體識(shí)別位點(diǎn)：倒倒L L結(jié)構(gòu)中

14、結(jié)構(gòu)中 TCTC環(huán)與此有關(guān)。環(huán)與此有關(guān)。DHU環(huán)環(huán) 反密碼環(huán)反密碼環(huán) 氨基酸臂氨基酸臂關(guān)于關(guān)于tRNAtRNAtRNA與酶結(jié)合的模型tRNAtRNA氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶ATPATP大腸桿菌大腸桿菌tRNAtRNAAlaAla氨基酸臂氨基酸臂是是酶酶的的辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn) 辨認(rèn)位點(diǎn)：辨認(rèn)位點(diǎn)：7373位位 3 3位位-70-70位堿基對位堿基對 可變環(huán)可變環(huán)- -形成空腔形成空腔 4種種tRNA的辨認(rèn)核苷酸的辨認(rèn)核苷酸 2、起始階段、起始階段起始復(fù)合體起始復(fù)合體大亞基大亞基mRNAmRNAMet-Met-tRNAtRNA( (fMet-tRNAfMet-tRNA) )小亞基小亞

15、基IF-1，2，3GTP起始復(fù)合物的形成過程（原核）起始復(fù)合物的形成過程（原核）1 2小亞基小亞基大亞基大亞基反密碼子反密碼子密碼子密碼子肽鏈的延長動(dòng)畫肽鏈的延長動(dòng)畫3. 肽鏈的延長階段肽鏈的延長階段1 延長因子（延長因子（EF）EF-TEF-GEF-TuEF-Ts2 GTP條件：條件：肽鏈延長過程中肽鏈延長過程中4個(gè)重復(fù)反應(yīng)個(gè)重復(fù)反應(yīng)進(jìn)位進(jìn)位轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽脫落脫落移位移位肽鏈延長過程中的耗能肽鏈延長過程中的耗能 轉(zhuǎn)肽反應(yīng)：轉(zhuǎn)肽反應(yīng)： 4、終止階段、終止階段A位位 出現(xiàn)出現(xiàn)終止密碼子終止密碼子釋放因子釋放因子 進(jìn)入進(jìn)入A位位肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶 變?yōu)樽優(yōu)樗饷杆饷缸饔米饔?在在GTP幫助下多肽鏈水

16、解幫助下多肽鏈水解 大、小亞基分離。大、小亞基分離。 釋放因子對終止密碼子識(shí)別：釋放因子對終止密碼子識(shí)別： RF1 RF1 識(shí)別識(shí)別UAAUAA、UAGUAG RF2 RF2 識(shí)別識(shí)別UAAUAA、UGAUGA， RF3 RF3 協(xié)助二者起作用。協(xié)助二者起作用。三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送概念：蛋白質(zhì)合成后概念：蛋白質(zhì)合成后定向到達(dá)定向到達(dá)其其功能部位功能部位過程過程靶向輸送靶向輸送 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)分選信號(hào)信號(hào)序列信號(hào)序列（信號(hào)肽）（信號(hào)肽）指指N N末端末端特異氨基酸序特異氨基酸序列，可列，可引導(dǎo)引導(dǎo)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)?shù)郊?xì)胞的適

17、當(dāng)靶部位靶部位的的序列。序列。信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence)（一）蛋白質(zhì)運(yùn)輸（一）蛋白質(zhì)運(yùn)輸信號(hào)肽引導(dǎo)信號(hào)肽引導(dǎo)信號(hào)肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：信號(hào)肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：堿性區(qū)疏水區(qū)非螺旋C末端區(qū)有功能區(qū) Ala交界區(qū)(切點(diǎn))若干蛋白質(zhì)信號(hào)肽特點(diǎn)：若干蛋白質(zhì)信號(hào)肽特點(diǎn)：(切點(diǎn))新生多肽鏈的需要加工才能轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)新生多肽鏈的需要加工才能轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括象的功能蛋白。主要包括： 肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈 一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾四四、蛋白質(zhì)翻譯后修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾（二）（二） 、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)、多肽鏈折疊為

18、天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) (molecular chaperon) 分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊正確折疊。 1.1.熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)(heat shock protein, HSP)： HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GreEGreE族族 2.2.伴侶素伴侶素( (chaperoninschaperonins) )： GroELGroEL和

19、和GroESGroES家族家族依賴于依賴于熱休克蛋白熱休克蛋白Hsp70的折疊；的折疊； 依賴于依賴于熱休克蛋白熱休克蛋白Hsp70 和分子伴侶復(fù)合體的折疊和分子伴侶復(fù)合體的折疊 多肽鏈折疊的三種形式多肽鏈折疊的三種形式分子伴侶非依賴性折疊分子伴侶非依賴性折疊伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 催化催化 錯(cuò)配二硫鍵斷裂，形成錯(cuò)配二硫鍵斷裂，形成正確二硫鍵正確二硫鍵， 使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定天然構(gòu)象。使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定天然構(gòu)象。蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 （內(nèi)質(zhì)網(wǎng)活性高）（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)活性高）肽肽- -脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 在肽鏈合

20、成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨各脯氨酸酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶限速酶折疊過程需要的酶折疊過程需要的酶（三）、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 1. 1. N N端修飾端修飾 原核生物原核生物脫甲脫甲酰基酶?；窶etMet- -fMetfMet- -氨基肽酶氨基肽酶真核細(xì)胞真核細(xì)胞2. 2. 氨基酸殘基的修飾氨基酸殘基的修飾： 磷酸化、羥基化、乙酰化、糖基化磷酸化、羥基化、乙?；?、糖基化3. 3. 水解加工水解加工：酶前體的活化酶前體的活化亞基聚合亞基聚合 Hb4Hb4亞基的聚合亞基的

21、聚合輔基連接輔基連接疏水脂鏈的共價(jià)連接疏水脂鏈的共價(jià)連接 高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾五、五、蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis 抗生素抗生素(antibiotics)(antibiotics) 指微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。指微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物抗代謝藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物，如：長的藥物，如：6-MP6-MP。某些毒素某些毒素 也作用于基因信息傳遞過程。也作用于基因信息傳遞過程。（一）、抗生素類抗生素抗生素作用點(diǎn)作用點(diǎn)作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新新霉素、土霉素）霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新鏈霉素、卡那霉素、新霉素霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白體原核核蛋白體小亞基小亞基原核核蛋白體原核核蛋白體小亞基小亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基真核核蛋白體真核核蛋白體大亞基大亞基真核、原核核真核、原核核蛋白體