分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成ppt課件

1、Protein BiosynthesisProtein Biosynthesis蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成概述概述遺傳密碼遺傳密碼tRNA核糖體核糖體蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程一般特征一般特征原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白質(zhì)的運輸和翻譯后修飾蛋白質(zhì)的運輸和翻譯后修飾主要內(nèi)容主要內(nèi)容二、蛋白質(zhì)的生物合成過程二、蛋白質(zhì)的生物合成過程三種三種RNA：mRNA、tRNA、rRNA原料：原料：20種種aa需要酶及眾多蛋白因子、需要酶及眾多蛋白因子、ATP、GTP等等蛋白質(zhì)合成方向：蛋白質(zhì)合成方向：N端端C端端mRNA的翻譯方向：的翻譯方向：53（一蛋白質(zhì)合成的一般特征（一蛋白質(zhì)

2、合成的一般特征（二蛋白質(zhì)生物合成的過程（二蛋白質(zhì)生物合成的過程兩個前提：兩個前提：氨基酸活化氨基酸活化核糖體解離核糖體解離核糖體解離核糖體解離氨基酸活化氨基酸活化氨基酸氨基酸 + tRNA氨酰氨酰- tRNA氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶ATPAMPPPi氨基酸氨基酸 ATP 氨基酰氨基酰-AMP PPi 氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶第一步：第一步：第二步：第二步：氨基酰氨基酰-AMP tRNA 氨酰氨酰-tRNA AMP氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰-tRNA合成酶將氨基酸裝載到合成酶將氨基酸裝載到tRNA上的過程上的過程l氨酰氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法：l Ala-tR

3、NAAla l Ser-tRNASerl Met-tRNAMetE.coli蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程肽鏈起始肽鏈起始(Initiation)(Initiation)肽鏈延伸肽鏈延伸(Elongation) (Elongation) 肽鏈終止肽鏈終止(Termination)(Termination)起始密碼子多數(shù)是起始密碼子多數(shù)是AUG，少數(shù)是，少數(shù)是GUG。 SD序列：起始密碼子的上游約序列：起始密碼子的上游約10個核苷個核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列。酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列。SD序列與核糖體序列與核糖體16S rRNA 3端的核苷端的核苷酸序列互補，可促使核

4、糖體與酸序列互補，可促使核糖體與mRNA的的結(jié)合。結(jié)合。 肽鏈的起始肽鏈的起始甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet-tRNAf）（1tRNAf Met 帶上帶上Met后能甲?；?，是起始后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽鏈合成的起始。，用于肽鏈合成的起始。 （2tRNAmMet帶上帶上Met后不能甲?；?，在肽后不能甲?；陔逆溠由熘衅鹱饔?。鏈延伸中起作用。2種可攜帶種可攜帶Met的的tRNAThe structure of fMet-tRNAfDifferences with other tRNAs3.原核生物翻譯起始因子原核生物翻譯起始因子IF-1:增加增加IF-2和和IF-3活性活性

5、IF-2：使：使Met-tRNAf Met 與與30S亞基結(jié)合，需亞基結(jié)合，需GTPIF-3：與：與30S亞基結(jié)合，使亞基結(jié)合，使50S不能與不能與30S結(jié)合結(jié)合inactive 70S ribosomeSD sequence30S initiation complex70S initiation complexGDP + Pi肽鏈的延伸肽鏈的延伸進(jìn)位進(jìn)位成鍵成鍵移位移位1.進(jìn)位：進(jìn)位： 一個新的氨酰一個新的氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的進(jìn)入核糖體的A位位需需GTP和兩個延伸因子和兩個延伸因子EFTu和和EFTs延長因子延長因子EFTu和和EFTs催化進(jìn)位催化進(jìn)位2.成鍵：成鍵： 肽酰基從肽?；鶑?/p>

6、P位點轉(zhuǎn)位到位點轉(zhuǎn)位到A位點，同時形成肽鍵。位點，同時形成肽鍵。由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化3.移位移位核糖體沿核糖體沿mRNA的的53方向移動一個密碼子的距離。方向移動一個密碼子的距離。肽酰肽酰tRNA由由A位移到位移到P位位空載的空載的tRNA進(jìn)入進(jìn)入 E位。位。需需GTP和延伸因子和延伸因子G(EFG)進(jìn)進(jìn)位位移移位位成鍵成鍵肽鏈的終止和釋放肽鏈的終止和釋放1.終止信號的識別：有三種蛋白因子終止信號的識別：有三種蛋白因子RF1識別識別UAA、UAG，RF2識別識別UAA、UGA。RF3協(xié)助肽鏈釋放。協(xié)助肽鏈釋放。2. 肽鏈釋放：釋放因子使肽酰轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)殡逆溼尫牛横尫乓蜃邮闺孽＾D(zhuǎn)

7、移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饣钚?，并釋放水解活性，并釋放tRNA，然后核糖體離開。，然后核糖體離開。1. 核糖體：更大，核糖體：更大，80S，可解離成，可解離成60S和和40S。2. 起始起始tRNA：（三真核生物蛋白質(zhì)合成的過程（三真核生物蛋白質(zhì)合成的過程二種攜帶二種攜帶Met的的tRNA：起始起始tRNA :用于肽鏈內(nèi)部的用于肽鏈內(nèi)部的tRNAMet。即即tRNAiMet，攜帶，攜帶 Met后，并不甲?；：?，并不甲酰化。3.3.起始密碼子：起始密碼子：vAUG，上游無，上游無SD序列，通常序列，通常mRNA上最靠近上最靠近5端的端的AUG為起始部位。為起始部位。v40S核糖體與核糖體與mRNA 5

8、端帽子結(jié)合，向端帽子結(jié)合，向3方向方向移動，搜索移動，搜索AUG密碼子，這過程要消耗密碼子，這過程要消耗ATP。命名為命名為eIF-neIF-3：與：與40S亞基結(jié)合，使大小亞基解離；亞基結(jié)合，使大小亞基解離；eIF-2：與：與Met-tRNAiMet及及GTP結(jié)合；結(jié)合；eIF-4：與：與mRNA的帽子結(jié)合。的帽子結(jié)合。eIF-5：釋放起始因子，使核糖體亞基結(jié)合：釋放起始因子，使核糖體亞基結(jié)合4.起始因子起始因子1. 80S核糖體解離核糖體解離62.形成形成Met- tRNAiMet.eIF-2.GTP三元復(fù)合物三元復(fù)合物Met+elF-2GTPMet- tRNAiMetMet- tRNAi

9、Met.eIF-2.GTP314C真核生物真核生物mRNA翻譯的起始翻譯的起始3.形成形成40S前起始復(fù)合物前起始復(fù)合物314C+MetMet- tRNAiMet.eIF-2.GTP314CMet4. 40S前起始復(fù)合物結(jié)合前起始復(fù)合物結(jié)合mRNAmRNA+314CMet 復(fù)合物對復(fù)合物對mRNA進(jìn)行滑動搜索，尋找起始進(jìn)行滑動搜索，尋找起始密碼子密碼子AUG314CMet314CMetAUG5.生成生成80S起始復(fù)合物起始復(fù)合物eIF-5MetAUGGDP+PimRNAATPADP+PiMetelF-2 -GTP - Met-tRNAiMet搜索搜索AUGAUGGDP+PielF-5真核生物翻

10、譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程原核生物和真核生物翻譯起始的比較原核生物和真核生物翻譯起始的比較原核：原核：mRNA先與小亞基結(jié)合，再有起始先與小亞基結(jié)合，再有起始tRNA加入加入真核：起始真核：起始tRNA先結(jié)合小亞基，然后在多種因先結(jié)合小亞基，然后在多種因子參與下結(jié)合子參與下結(jié)合mRNA原核：依靠小亞基內(nèi)原核：依靠小亞基內(nèi)16S rRNA 3端序列與端序列與SD序列互補、結(jié)合來定位于序列互補、結(jié)合來定位于mRNA真核：真核：mRNA依靠依靠5帽子的結(jié)合因子結(jié)合小亞帽子的結(jié)合因子結(jié)合小亞基，然后以搜索機制尋找起始基，然后以搜索機制尋找起始AUG5延伸因子和終止因子：延伸因子

11、和終止因子：原核延伸因子原核延伸因子 生物功能生物功能 真核延伸因子真核延伸因子EF-Tu 促進(jìn)氨酰促進(jìn)氨酰-tRNA進(jìn)進(jìn)入入A位，分解位，分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基eEF-1EFG促進(jìn)移位促進(jìn)移位eEF-2蛋白質(zhì)合成總結(jié)蛋白質(zhì)合成總結(jié)起始密碼子起始密碼子Met-tRNAiMet eIF-n 至少至少9種種 GTP, ATP起始密碼子，起始密碼子，SD序列序列fMet-tRNAfIF-1,IF-2,IF-3 GTP肽鏈起始肽鏈起始氨酰氨酰-tRNA合成合成酶，酶，ATP氨酰氨酰-tRNA合成合成酶，酶，ATPaa的活化的活化 真核生物所需因子真核生物所需因子原核生物所需因子原核生物所

12、需因子過程過程終止密碼子終止密碼子 eRF GTP終止密碼子終止密碼子 RF-1, RF-2, RF-3 GTP肽鏈的終止肽鏈的終止和釋放和釋放eEF-1，GTP 肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶 eEF-2，GTPEF-Tu, EFTs,GTP 肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶 EF-G，GTP肽鏈的延長肽鏈的延長 進(jìn)位進(jìn)位 成鍵成鍵位移位移 蛋白質(zhì)合成總結(jié)蛋白質(zhì)合成總結(jié)真核生物所需因子真核生物所需因子原核生物所需因子原核生物所需因子過程過程三、蛋白質(zhì)的運輸三、蛋白質(zhì)的運輸和翻譯后修飾和翻譯后修飾 （一概述（一概述高爾基體高爾基體溶酶體溶酶體細(xì)胞膜細(xì)胞膜分泌到胞外分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)翻譯后轉(zhuǎn)運翻譯后轉(zhuǎn)運（游離核糖

13、體）（游離核糖體）共翻譯轉(zhuǎn)運共翻譯轉(zhuǎn)運(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體的核糖體)胞漿胞漿細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體、葉綠體線粒體、葉綠體過氧化酶體過氧化酶體What determine proteins fates ?Signals in proteins recognized by transportation system（二共翻譯轉(zhuǎn)運（二共翻譯轉(zhuǎn)運 (Co-translational transport) (Co-translational transport)高爾基體高爾基體溶酶體溶酶體細(xì)胞膜細(xì)胞膜分泌到胞外分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體的核糖體1.蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)進(jìn)入

14、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽信號肽signal sequence）10-4010-15Cleavage siteHydrophobic residues引導(dǎo)多肽穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)；引導(dǎo)多肽穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)；一般位于新生肽的一般位于新生肽的N端，某些位于中部；端，某些位于中部；長度為長度為1040個殘基；個殘基；N端至少有一個帶正電荷的殘基；端至少有一個帶正電荷的殘基；中部有疏水性核；中部有疏水性核；羧基端有信號肽酶酶切位點。羧基端有信號肽酶酶切位點。信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 1.蛋白開蛋白開始合成始合成2.SRP結(jié)合結(jié)合信號肽，肽信

15、號肽，肽鏈合成終止鏈合成終止3. SRP結(jié)合膜上的結(jié)合膜上的SRP受體，受體，SRP被釋被釋放，蛋白合成重新放，蛋白合成重新開始開始4.信號肽被信號肽被切割下來切割下來5. 肽鏈繼續(xù)延肽鏈繼續(xù)延伸并穿過膜伸并穿過膜信號肽識別蛋白信號肽識別蛋白signal recognition particle, SRP） SRP受體受體SRP receptor，也稱錨定蛋白，也稱錨定蛋白 docking protein）信號肽的切除信號肽的切除二硫鍵的形成二硫鍵的形成高級結(jié)構(gòu)的折疊高級結(jié)構(gòu)的折疊糖基化作用糖基化作用蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的修飾蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的修飾2.蛋白質(zhì)從蛋白質(zhì)從ER到高爾基體及內(nèi)膜其他到高爾基體及內(nèi)

16、膜其他區(qū)室的轉(zhuǎn)運區(qū)室的轉(zhuǎn)運主要形式：轉(zhuǎn)運小泡主要形式：轉(zhuǎn)運小泡高爾基體是細(xì)胞內(nèi)的分揀高爾基體是細(xì)胞內(nèi)的分揀中心中心特定的轉(zhuǎn)運信號指導(dǎo)蛋白特定的轉(zhuǎn)運信號指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到其他區(qū)室質(zhì)轉(zhuǎn)運到其他區(qū)室多數(shù)由游離核糖體合成多數(shù)由游離核糖體合成翻譯后運輸翻譯后運輸post-translational transport）蛋白含有前導(dǎo)序列蛋白含有前導(dǎo)序列l(wèi)eader sequences與定位有與定位有關(guān)關(guān)進(jìn)入線粒體和葉綠體前先解折疊進(jìn)入線粒體和葉綠體前先解折疊, 進(jìn)入后重新折疊進(jìn)入后重新折疊, 需要分子伴侶需要分子伴侶（三線粒體、葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運（三線粒體、葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運 蛋白質(zhì)跨膜前需解折疊，跨膜后重新蛋

17、白質(zhì)跨膜前需解折疊，跨膜后重新折疊成熟的構(gòu)型折疊成熟的構(gòu)型前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列(Leader sequences)(Leader sequences)堿性堿性aaaa豐富豐富基本上不含酸性基本上不含酸性aaaa羥基羥基aaaa含量較高含量較高前導(dǎo)序列介導(dǎo)翻譯后的跨膜轉(zhuǎn)運前導(dǎo)序列介導(dǎo)翻譯后的跨膜轉(zhuǎn)運酵母細(xì)胞色素酵母細(xì)胞色素C 氧化酶氧化酶IV 亞單位的前導(dǎo)序列亞單位的前導(dǎo)序列開頭的開頭的12 個氨基酸足以將多肽鏈導(dǎo)入線粒體的基質(zhì)中去。個氨基酸足以將多肽鏈導(dǎo)入線粒體的基質(zhì)中去。 Tom (trans-outer membrane，外膜轉(zhuǎn)運受體蛋白，外膜轉(zhuǎn)運受體蛋白)形成受體復(fù)合物形成受體復(fù)合物線粒體蛋

18、白跨膜轉(zhuǎn)運需要受體線粒體蛋白跨膜轉(zhuǎn)運需要受體 Tim(trans-inner membrane，內(nèi)膜轉(zhuǎn)運受體蛋白，內(nèi)膜轉(zhuǎn)運受體蛋白) 形成受體復(fù)合物。形成受體復(fù)合物。 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)通過當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)通過Tom復(fù)合復(fù)合物時，暴露于膜間腔。并不物時，暴露于膜間腔。并不被釋放而是直接轉(zhuǎn)運到被釋放而是直接轉(zhuǎn)運到Tim 復(fù)合物上。復(fù)合物上。RecognitionPassing throughCleavage剪切）剪切）前導(dǎo)序列決定蛋白在細(xì)胞器中的定位前導(dǎo)序列決定蛋白在細(xì)胞器中的定位位于位于N N端，介導(dǎo)蛋端，介導(dǎo)蛋白進(jìn)入基質(zhì)白進(jìn)入基質(zhì)前導(dǎo)前導(dǎo)序列序列基質(zhì)導(dǎo)向信號基質(zhì)導(dǎo)向信號(matrix-targeting signal)：膜導(dǎo)向信號膜導(dǎo)向信號(membrane-targeting signal)：負(fù)責(zé)導(dǎo)向膜負(fù)責(zé)導(dǎo)向膜或膜間質(zhì)或膜間質(zhì)每個信號序列后都有自己的水解部位每個信號序列后都有自己的水解部位Leader of yeast cytochrome c1 contains a mitochondrion sig