生化課件-蛋白質(zhì)生物合成

第十六章蛋白質(zhì)的生中心法則，遺傳信息的表達(dá)最終是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這種以mRNA上所攜帶的遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳遞，就好象以一種語言翻譯成另一種語言時(shí)的情形相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過程為翻譯(translation)。上世紀(jì)五十年代幾項(xiàng)重要的研究進(jìn)展，使得人們找到揭開了蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制之謎的突破口。蛋白質(zhì)的合成具有最復(fù)雜生物合成機(jī)制,但相當(dāng)?shù)母咚偾沂艿礁叨染_的調(diào)控思考遺傳信息傳遞的中心法生物的遺傳信息以的形式儲(chǔ)存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞的過，通過DNA把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA能以自己的RNA為模板出新的病毒RNA，還有一些RNA能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中

轉(zhuǎn)

逆轉(zhuǎn)翻

蛋白中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的。遺

核糖蛋白質(zhì)生物合成合成研究的突 ik確定蛋白質(zhì)是在核糖體上合成的；2、Mahlonhoagland＆Paul 3、眾多科學(xué)家共同努力，破譯了遺 第一蛋白質(zhì)合成體第二蛋白質(zhì)合成的分子第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加第四白質(zhì)投遞和降第一白質(zhì)合成體一、mRNA和遺二、核糖三、t四、輔助因mRNmRN原核生物和真核生物mRNA原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特SD

順反 順反 順反特特點(diǎn)①②③半衰許多原核生物mRNA以多順反子（ciston）形式AUG作為起；AUG上游7～12個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列保守區(qū)過16SrRNA3反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合先導(dǎo)

順 順

末端真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特m7G-5′ppp-N-3′5′“帽子

順反

Poly(A)尾巴的功Poly(A)尾巴的功①是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞所必需的形②它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)帽子結(jié)帽子結(jié)構(gòu)功①使mRNA免遭核酸酶②使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始③被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從遺傳 :DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與 子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè) 子或三聯(lián)體 。 遺 的性三聯(lián) 的破三聯(lián) 的破1954年Gamo確認(rèn)核酸分子中三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸1961年Crick等用遺傳學(xué)方法證實(shí)三聯(lián)體 enber以多聚單核苷酸為模板指導(dǎo)多肽的合成,尋找到了破譯遺傳 的途徑Khoran以具有特定重復(fù)序列的多聚核糖核苷指導(dǎo)多肽的合成，加快了破譯遺傳 的步伐 缺CAT C加缺 三堿 PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Poly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PolyG為模板，合成產(chǎn)物為Polyys-al。的多肽。如以PolyCUG為模板，合成產(chǎn)物為PolyLys-技術(shù)要點(diǎn)：以人工合成的三核苷酸為模板+核糖體+AA-遺 字第一UCAG

第二

第三遺 的性1 是無標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的且相 子互 子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并性（dogeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸 子(Synonymouscodon)。 以減少有害突變。 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)。Crick稱這一為變偶性（wobble）.5 既有通用性又有變異第一G

遺 第二

第三 CC

酵母tRNAAla結(jié)氨基

DHU

TψC可變

IG

密 與 與基 系

AU 子1966年Crick根 化學(xué)原理提出 子的第一、第二個(gè)堿基總是與tRNA上 主要是由這兩個(gè)堿基對(duì)的作用。有些 子的第一個(gè)堿基（按5-3）決定了tRNA識(shí) 子的數(shù)目 子時(shí)，只要他們的第一和第最少需要32種tRNA來翻譯所有的61 子決定一個(gè)tRNA能識(shí)別幾 子的擺動(dòng)堿識(shí)別一子

子第一位堿 子第三位堿 G識(shí)別兩 GCA識(shí)別三 C人線粒體中變異 子正常情況下編線粒體DNA編終止信終止信終止信

核糖是由rRNA（ribosomalasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種核白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。1、核糖體是一個(gè)復(fù)雜的超分子結(jié)2、核糖體的功34 534 50S70S16S 30S21 23S 5S50S30S原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位mRNA結(jié)合部位示意P位（peptinesite結(jié)合或接受肽基的部位E位（exitsitetRNA退出部位

A位（acceptersite，結(jié)合或接受AAtRNA的部位

與mRNA結(jié)合

t

（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于 誤地將活化的氨基酸運(yùn)送到核糖體中mRNA模板上。充當(dāng)把核酸“語言”1、tRNA的適配器(adaptor)作3′ 子位氨酰tRNA2、氨酰tRNA的合成酶的特殊作 密 與的配

AU 子氨酰tRNA合成酶(aminoncyl-tRNA的特殊作氨酰tRNA合成酶催化一個(gè)氨酰tRNA合成酶不僅要識(shí)別特異的氨基酸，而且要識(shí)別特定的tRNA。對(duì)整個(gè)蛋白質(zhì)生物合成的準(zhǔn)確性來說，識(shí)別幾十個(gè)不同的tRNA與對(duì)氨基酸的識(shí)別是同樣重要的，這反映了它在保持蛋白質(zhì)合成的精確度中的關(guān)鍵作用。一些氨酰tRNA合成酶還具有校對(duì)功能，進(jìn)一步保證氨基酸與tRNA結(jié)合的正性，確保整個(gè)蛋白質(zhì)合成的正確性。1、氨酰tRNA合成酶催化的反應(yīng)(氨基酸的活化ATP氨ATP氨基氨酰合成酶第一氨酰-AMP-第二E3-氨酰-EEEEE氨酰-AMP-EE氨酰-tRNA-氨酰-氨酰-tRNA合成酶的校對(duì)功

E

氨酰-AMP-第一次“過濾”：準(zhǔn)確識(shí)別被激活的始氨第二次“過濾”：催化不正確連接的

酰-AMP水第三次“過濾”：催化不正確

氨酰-tRNA-tRNAEtRNA氨酰-合錯(cuò)誤氨基酸的校腺苷酸

校正:氨酰-腺苷酸水tRNA結(jié)

錯(cuò)誤氨基tRNA荷正確氨基

錯(cuò)誤氨基

校正:氨酰-tRNA水+AMP+

氨酰tRNA合成酶對(duì)tRNA的識(shí)氨酰tRNA合成酶與tRNA之間的識(shí)別作用已被稱作“第二遺傳 ”，這反映了它在保持蛋白質(zhì)合成的精確度中的關(guān)鍵作用，對(duì)整個(gè)蛋白質(zhì)生物合成的準(zhǔn)確性來說，識(shí)別幾十個(gè)不同tRNA，這種“第二遺傳 ”的“編碼”規(guī)律顯然明顯比“第一 ”復(fù)雜得多。別tRNA的反子本身，

能夠被氨tRNA合成G 識(shí)別的G-G 微基

第一個(gè)突變：由

子中GAG變?yōu)閁AG間

UAG（終 校 第二個(gè)突變

突變tRNATyr可以將終的 子GUA突變

UAG讀作

3-A-U-C-5-U-A-G-

子（正常時(shí)應(yīng)為3-A-U-G-此終 被讀作真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因階 原 真 參與起始復(fù)合物的形 eIF3、起 CBP 與mRNA帽子結(jié)eIF4AB 參與尋找第一個(gè) 協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋 協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解 eEF1 幫助EF-Tu、eEF1周轉(zhuǎn)EF- 移位因RF-終 釋放完整的肽RF-1、2、3、ATP氨ATP氨基氨酰合成酶第一氨酰-AMP-第二E3-氨酰-EEEEE氨酰-AMP-EE氨酰-tRNA-氨酰-原核細(xì)胞中起始N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形+H2N-CH-COO-N10-CHO-N10-CHO-

轉(zhuǎn)甲酰

真核細(xì)胞中，所有由胞質(zhì)核糖體合成的蛋白質(zhì)都以甲硫真核細(xì)胞中，所有由胞質(zhì)核糖體合成的蛋白質(zhì)都以甲硫氨酸殘基開始（而不是甲酰甲硫氨酸），但是使用一個(gè)與內(nèi)部tRNAMet不同的tRNA；線粒體中合成的蛋白質(zhì)則以甲酰甲硫氨酸(fMet)開始。mRNA+30S亞基-肽mRNA+30S亞基-

P AEIF2-GTP-fMet-

70S起30S?mRNA30S?mRNA?GTP-fMettRNAIF2IF1復(fù)合P

30S亞基30S亞基IF3IF1復(fù)合

AIF2+70S起始復(fù)

原核細(xì)胞mRNA5′末端的SD順序的啟SD

順反 順反 順反與16SRNA3′末端

順 順

末端1 ′

進(jìn) 肽鍵形 N-繼

C-肽鍵形

EF-G-移EF-G-進(jìn) 肽鏈RF1或RF2進(jìn)入核糖亞亞RF2識(shí)別UGA、UAA多肽鏈的釋（3）70S核糖體解30S亞30S亞核糖 （23s肽鍵的形1、完整多肽鏈每一個(gè)肽鍵的形成至少需要四個(gè)高能氨酰tRNA合成2個(gè)高能鍵轉(zhuǎn)位（移位）：一個(gè)高能

該過能量2、在這個(gè)過消耗的每個(gè)高能鍵都是為了維持每個(gè)氨基酸按照mRNA上的編碼進(jìn)行正確的排列。這些能量使mRNA上的遺傳信息翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸順序的過實(shí)現(xiàn)完美的準(zhǔn)確度成為可能多多核糖體與核糖體循核糖體循

聚核糖體(polysome或多核糖

延伸中的肽

真核生物多肽鏈的合成 1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜2、起始氨基酸為Met，不是3、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4、起始因子有12種，但只有2種延長(zhǎng)因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細(xì)胞。肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）（2）分子伴侶Lask于1978年首先提出分子伴侶（mulechapeone）鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。無無效的誤折被降

降解

的蛋1、肽鏈末端的修飾N-端fMet或Met的切2、信號(hào)序列的切3、氨基酸殘基的修4、糖基側(cè)鏈的連5、異戊二烯基團(tuán)的附6、輔基的加7、部分肽段的切實(shí)例：胰島素原的加胰島素原的加間插序列（C肽區(qū)

切除信號(hào)

B鏈

信號(hào)

象的胰島

CA

則卷曲的前胰島素

胰島素 胰島素分A N胰島第四白質(zhì)的投遞和降1、許多 白的翻譯后修飾開始于內(nèi)質(zhì)信號(hào)肽假2、重要細(xì)胞器線粒體與葉綠體蛋白的投蛋白質(zhì)向線粒體的定位機(jī)3、糖基化在蛋白質(zhì)投遞 起重要作4、細(xì)胞中蛋白質(zhì)的降解由專一的系統(tǒng)進(jìn)原核細(xì)胞:La真核細(xì)胞:泛肽（ubiguitin）途一些真核細(xì)胞多肽鏈上N-端的信號(hào)肽的結(jié)特特點(diǎn)N端至少含信號(hào)肽序列在10-40個(gè)AA范圍，中部有10-15個(gè)高度疏水AAC端有被酶識(shí)別位點(diǎn)，其上游常有疏水性強(qiáng)的5肽，切點(diǎn)上游第1、第3多為為Ala信號(hào)肽假說簡(jiǎn)信號(hào)肽序

細(xì)胞

SRP循

核糖體循核糖

SRP受

信號(hào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)SRP(signalrecognitionpaticle)：信號(hào)識(shí)別蛋白（識(shí)別信號(hào)肽，干擾肽鍵形成反應(yīng)導(dǎo)帶有導(dǎo)肽的線粒體蛋白前體跨膜運(yùn)送過程示意線粒體外線粒體內(nèi)

受體

線粒糖蛋白 寡糖側(cè)鏈的合衣霉 5GTDP- 轉(zhuǎn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 多萜醇磷酸

4多萜-P-4多萜醇-3多萜醇-P-3多萜醇-

Ac—N-乙?；咸烟?/p>

細(xì)胞 芽 泡融質(zhì) 核糖內(nèi)質(zhì) 基

蛋白質(zhì)在基體中所有細(xì)胞中，為了防止異?；蛘卟恍枰牡鞍踪|(zhì)積累，加速氨基酸的循環(huán)，蛋白質(zhì)總是不斷地被降解。胞內(nèi)降解是一個(gè)選擇性的過程，由專門執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)的依賴于ATP蛋白水解酶系統(tǒng)進(jìn)行的。大腸桿菌依賴ATP的La蛋白酶降解途這種La蛋白酶只有在有缺陷蛋白或某些特定的短 蛋白存在時(shí)才被激活。裂解一個(gè)肽鍵需要2個(gè)ATP分子，當(dāng)一個(gè)蛋白質(zhì)分子被降解成