蛋白質(zhì)生物合成

翻譯過程第1頁/共46頁第一節(jié)遺傳密碼mRNA分子上以5’→3’方向,從AUG開始每三個(gè)連續(xù)的核苷酸組成一個(gè)密碼子,四種堿基可以組成43計(jì)64種密碼子。這些密碼不僅代表了20種氨基酸，還決定了翻譯過程的起始與終止位置。每種氨基酸至少有一種密碼子，最多的有6種密碼子。這種代表遺傳信息的三聯(lián)體稱為密碼子，或三聯(lián)體密碼子。第2頁/共46頁遺傳密碼第3頁/共46頁遺傳密碼子的特點(diǎn)：

（1）起始碼與終止碼

mRNA5’末端的AUG（少數(shù)GUG）是起始密碼，對應(yīng)肽鏈的第一個(gè)氨基酸(蛋氨酸)的位置，因此原、真核生物合成的第一個(gè)氨基酸都是蛋氨酸；UAA，UAG，UGA是肽鏈成的終止密碼，不代表任何氨基酸，它們單獨(dú)或共同存在于mRNA3’末端。因此翻譯是沿著mRNA分子5′→3′方向進(jìn)行的。第4頁/共46頁（2）密碼的通用性與例外

生命世界從低等到高等，都使用一套密碼，密碼表在生物界是通用的。但不同的生物中，不同codon使用頻率不同。例外：真核生物線粒體的密碼子。如人線體中，UGA→色氨酸(非終止密碼子），AGA、AGG→終止密碼子（非Arg)。第5頁/共46頁（3）簡并性與防錯(cuò)一種氨基酸有幾組密碼子，或者幾組密碼子代表一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性。

--第三位堿基決定對應(yīng)于同種氨基酸的不同密碼子稱為同義密碼子。只有色氨酸和蛋氨酸只有一個(gè)密碼子。第6頁/共46頁（4）不重疊，無逗號

兩個(gè)密碼子之間沒有任何核苷酸隔開，因此從起始碼AUG開始，三個(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸，這就構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)不斷的讀碼框，直至終止碼。如果在讀碼框中間插入或缺失一個(gè)堿基就會(huì)造成移碼突變，引起突變位點(diǎn)下游氨基酸排列的錯(cuò)誤。第7頁/共46頁密碼子的特點(diǎn)

從5’開始，三聯(lián)體密碼。有起始碼與終止碼之分，無標(biāo)點(diǎn)，不重疊，簡并性、搖擺性、通用性與防錯(cuò)系統(tǒng)。第8頁/共46頁第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的主要物質(zhì)

（一）合成原料－20種基本氨基酸；（二）mRNA是合成蛋白質(zhì)的直接模板；（三）tRNA是氨基酸的運(yùn)載工具;（四）核糖體是蛋白質(zhì)的合成場所；（五）多種蛋白因子參與蛋白合成過程起始因子；延伸因子；釋放因子第9頁/共46頁二、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到mRNA模板

反密碼子的擺動(dòng)性第10頁/共46頁反密碼子與密碼子配對時(shí)

的搖擺現(xiàn)象密碼子的第3個(gè)堿基與反密碼子的第1個(gè)堿基配對，兩者配對并不嚴(yán)格，反密碼的第1位堿基常出現(xiàn)次黃嘌呤I，與A、C、U結(jié)合，這是最常見的擺動(dòng)現(xiàn)象。反密碼第1位堿基

ACGUI密碼第3位堿基

UGC,UA,GA,C,U第11頁/共46頁四、核糖體

核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，由大、小兩個(gè)亞基組成，需結(jié)構(gòu)完整才能發(fā)揮功能。在體內(nèi)可游離或與mRNA以串狀形式存在。真核生物的核糖體還可與細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。成份：rRNA和幾十種蛋白質(zhì)。第12頁/共46頁原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成第13頁/共46頁核糖體的功能區(qū)mRNA、

P、A、E位點(diǎn)；轉(zhuǎn)肽酶、各種因子位點(diǎn)第14頁/共46頁（1）mRNA結(jié)合位點(diǎn)：在大、小亞基的接觸面上。靠30s小亞基頭部中的16SrRNA3’端與mRNAAUG之前的一段序列(SD序列）互補(bǔ);（2）P位點(diǎn)：又叫肽?；稽c(diǎn)。結(jié)合延伸的多肽酰tRNA;（3）A位點(diǎn)也稱氨?；稽c(diǎn)。結(jié)合新進(jìn)入的氨酰tRNA。（4）E位點(diǎn)：結(jié)合空載的tRNA

（5）轉(zhuǎn)肽酶活性部位：位于P位和A位的連接處。（6）結(jié)合參與蛋白質(zhì)合成的起始因子IF、延長因子EF和終止因子或釋放因子RF。第15頁/共46頁第三節(jié)蛋白質(zhì)合成機(jī)制

蛋白質(zhì)的合成亦稱翻譯，mRNA→氨基酸。方向：5’→3’，N端→C端。原核生物與真核生物的蛋白質(zhì)合成過程中有很多的區(qū)別，真核生物過程更復(fù)雜。蛋白質(zhì)生物合成可分為五個(gè)階段，氨基酸的活化、多肽鏈合成的起始、肽鏈的延長、肽鏈的終止和釋放、蛋白質(zhì)合成后的加工修飾。第16頁/共46頁一、氨基酸的活化→氨酰tRNA氨基酸在摻入多肽鏈之前必須先活化以獲得額外能量?；罨陌被幔ò滨MP）再與其特異的tRNA結(jié)合形成氨酰tRNA

。在氨酰－tRNA合成酶催化下進(jìn)行。第17頁/共46頁氨基酸活化成氨酰tRNA消耗兩個(gè)ATP第18頁/共46頁氨酰-tRNA合成酶的特性①催化反應(yīng)的專一性。該酶至少有兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，既識(shí)別氨基酸，又能識(shí)別轉(zhuǎn)運(yùn)該氨基酸的一個(gè)或多個(gè)tRNA。對tRNA專一性極高。每種氨基酸都有2-6種各自特異的tRNA，它們之間的特異性是靠氨酰tRNA合成酶來識(shí)別的。

②校正功能?？伤忮e(cuò)配的氨酰－tRNA。第19頁/共46頁蛋氨酰tRNA啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)運(yùn)蛋氨酸的tRNA有兩種：①tRNAiMet：特異識(shí)別mRNA上起始密碼子AUG，摻入第一個(gè)氨基酸，啟動(dòng)蛋白合成；

②tRNA

Met：與mRNA中間的AUG配對，在肽鏈延伸中摻入Met。蛋氨酸的活化形式：①起始位置：Met－tRNAiMet（原核fMet-tRNAiMet）②中間位置：Met－tRNAMet第20頁/共46頁第21頁/共46頁原核細(xì)胞蛋氨酰tRNA甲?；思?xì)胞中起始氨基酸活化后，還要甲?；Ｕ婧思?xì)胞沒有此過程。

FH4供給甲基Met-tRNAi

fMet-tRNAi

甲?；?/p>

第22頁/共46頁二、大腸桿菌中肽鏈合成的起始

(1)起始信號SD序列：位于起始AUG上游10個(gè)堿基處一段富含嘌呤的序列。這段序列正好與30S小亞基中的16SrRNA3’端一部分序列互補(bǔ)，因此SD序列也叫做核糖體結(jié)合序列。這種互補(bǔ)就意味著核糖體能選擇mRNA上AUG的正確位置來起始肽鏈的合成。第23頁/共46頁第24頁/共46頁（2）起始復(fù)合物的形成：

30S起始復(fù)合物→70S起始復(fù)合物。在起始因子IF1，2，3和GTP參與下，fMet-tRNAf識(shí)別mRNA的起始密碼子AUG，與30S結(jié)合成30S起始復(fù)合物；50S與30S起始復(fù)合物結(jié)合生成70S-mRNA-fMet-tRNAf復(fù)合物，并釋放各種起始因子。此時(shí)fMet-tRNAf占據(jù)著P位點(diǎn)，A位則空著。第25頁/共46頁70S起始復(fù)合物30S起始復(fù)合物第26頁/共46頁三、多肽鏈的延長

在多肽鏈上每增加一個(gè)氨基酸都需要經(jīng)過進(jìn)位，轉(zhuǎn)肽和移位三個(gè)步驟。（1）進(jìn)位：為密碼子所規(guī)定的氨酰tRNA結(jié)合到核糖體的A位，稱為進(jìn)位。需延伸因子EF-Tu、EF-Ts和GTP參與。第27頁/共46頁（2）轉(zhuǎn)肽（肽鍵的形成）：P位上的肽酰tRNA提供α-COOH基，和新進(jìn)入的Aa的α-NH2形成肽鍵，從而使P位上的肽連接到A位氨基酸的氨基上。新合成的肽酰tRNA處于A位。23SRNA催化。

（3)移位（Translocation)：肽酰tRNA又進(jìn)入P位，空載tRNA進(jìn)入E位。重復(fù)進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位，肽鏈沿N→C方向延伸。第28頁/共46頁第29頁/共46頁第30頁/共46頁四、翻譯的終止及肽鏈的釋放

當(dāng)肽鏈延伸到終止密碼子時(shí)，沒有任何tRNA與之對應(yīng)，故A位空出，釋放因子RF識(shí)別終止密碼子，進(jìn)入A位，使肽酰轉(zhuǎn)移酶變?yōu)樗饷富钚?，釋放出肽鏈和tRNA。生物體為了加強(qiáng)終止，通常設(shè)置了兩個(gè)以上并排的終止密碼。所以要合成含n個(gè)AA殘基的肽鏈，mRNA至少含有3n+6個(gè)核苷酸。

第31頁/共46頁終止密碼子：UAAUAGUGA第32頁/共46頁第33頁/共46頁多聚核糖體上述只是單個(gè)核糖體的翻譯過程，事實(shí)上在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)。第一個(gè)核糖體翻譯移動(dòng)一定距離后，第二個(gè)核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合。兩個(gè)核糖體之間有一定的長度間隔，每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率。第34頁/共46頁系列核糖體同時(shí)翻譯同一條mRNA第35頁/共46頁第36頁/共46頁真核生物蛋白質(zhì)的合成核糖體不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40）起始Aa不同：原核是fMet，真核是Met起始機(jī)制不同：原核SD序列，真核5’端帽子。起始復(fù)合物的形成過程不同。真核生物過程更復(fù)雜，需要的因子更多。第37頁/共46頁五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑抗生素直接抑制蛋白質(zhì)合成：原核：氯霉素、四環(huán)素、鏈霉素、新霉素、卡拉霉素、紅霉素、真核：亞胺環(huán)己酮、白喉毒素嘌呤霉素（628）對原核、真核均有抑制作用。第38頁/共46頁與DNA模板作用與RNA聚合酶作用原核生物真核生物放線菌素D--插入dG*dC間低濃度--(-)RNA延長高濃度--(-)RNA起始

(-)DNA復(fù)制利福平/利福霉素和RNA聚合酶β亞基結(jié)合--

(-)轉(zhuǎn)錄起始/延伸α鵝膏蕈堿

-

-(-)RNA聚合酶Ⅱ間接抑制第39頁/共46頁第四節(jié)蛋白的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的合成部位在核糖體，合成后去向有三個(gè)：①保留在胞漿；②進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其它細(xì)胞器；③分泌到細(xì)胞外?？缒み\(yùn)輸：②③去向需越過不同的膜結(jié)構(gòu)。信號肽決定了肽的走向。靶向運(yùn)輸：蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目的地點(diǎn)。第40頁/共46頁信號肽：絕大多數(shù)越膜蛋白的N端約有15-30個(gè)以疏水氨基酸為主的N端信號序列。共有特征：①N端堿性Aa；②中間15～30個(gè)疏水氨基酸；③C端有信號肽酶切位點(diǎn)。第41頁/共46頁第五節(jié)加工修飾多肽移位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小腔上被修飾。修飾作用包括切去信號肽，形成二硫鍵，使線性多肽呈獻(xiàn)一定空間結(jié)構(gòu)及糖基化作用。在高爾基體中，糖蛋白的寡糖核進(jìn)一步修飾，并將多肽分類輸送到各處。第42頁/共46頁加工修飾切除信號肽糖基化第43頁/共46頁蛋白質(zhì)翻譯后的折疊

大多數(shù)蛋白質(zhì)翻譯后要進(jìn)行不同形式的加工修飾，并折疊成一定形狀才有活性。蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列沒有改變，只是其高級結(jié)構(gòu)或者說構(gòu)象改變引起的疾病，那就是所謂“構(gòu)象病”，或稱“折疊病”，如瘋牛病、老年性癡呆癥、家族性高膽固醇癥、家族性淀粉樣蛋白癥、某些腫瘤、白內(nèi)