生物化學蛋白質的合成

生物化學蛋白質的合成第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

蛋白質生物合成過程蛋白質生物合成體系第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

蛋白質生物合成系ProteinBiosynthesisSystem第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質生物合成體系基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配場所：核糖體主要酶和蛋白質因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉肽酶、轉位酶、起始、延長、釋放因子等能源物質：ATP、GTP無機離子：Mg2+、K+第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一①mRNA(蛋白質合成的信息模板)mRNA中每三個相鄰的的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸或起始和終止信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子（codon）。共有64中不同的密碼，起始密碼：AUG;終止密碼:UAA、UAG、UGA.從mRNA5-端的起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一遺傳密碼的特點方向性(direction)：翻譯時的閱讀方向只能從5’→3’連續(xù)性(commaless):mRNA的密碼子之間沒有間隔核苷酸簡并性(degeneracy)：一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼通用性(universal)：從細菌到人類都使用著同一套遺傳密碼擺動性(wobble)：反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)性mRNA序列上的各個密碼子及密碼子的各堿基是連續(xù)排列的，之間沒有間隔，即具有無標點性。翻譯時從AUG開始向3’-端連續(xù)讀碼，每個堿基只讀一次，不重疊閱讀，直至終止密碼子出現(xiàn)。開放閱讀框架中插入或缺失1個或2個堿基的基因突變，引起mRNA閱讀框架發(fā)生移動，編碼的蛋白質徹底喪失功能，稱為移碼突變(frameshiftmutation)，“后果很嚴重”；如同時連續(xù)插入或缺失3個堿基，則只會在蛋白質產(chǎn)物中增加或缺失一個氨基酸，但不會導致閱讀框移位，對蛋白質的功能影響相對較小。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一簡并性64個密碼子中有61個編碼氨基酸，而氨基酸只有20種，因此有的氨基酸可由可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性。例如，UUU和UUC都是苯丙氨酸的密碼子.多數(shù)情況下，簡并性密碼子的前兩位堿基相同，僅第三位有差異，即密碼子的特異性主要由前兩位核苷酸決定，如蘇氨酸的密碼子是ACU、ACC、ACA、ACG。這意味著第三位堿基的改變往往不改變其密碼子的編碼氨基酸，合成的蛋白質具有相同的一級結構。因此，遺傳密碼的簡并性可低基因突變的生物學效應第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一mRNA的功能：蛋白質合成的直接模板，堿基排列順序決定了氨基酸的排列順序，密碼的閱讀方向為5’→3’

第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一②tRNA作用運載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應的tRNA，氨基酸結合在tRNA的3’-CCA的位置，結合需要ATP供能；充當“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座。功能通過3’-CCA-OH將氨基酸帶到蛋白質合成場所，通過反密碼子將氨基酸正確就位。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二級結構三級結構反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的構象cloverleaf11第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一③核糖體—肽鏈“裝配廠”核糖體的組成核糖體又稱核蛋白體，是由rRNA和多種蛋白質組成的復合體，是蛋白質生物合成的場所。核糖體的功能蛋白質合成的場所，由大小亞基組成，小亞基與mRNA結合，核糖體上有P位和A位，是形成肽鍵的中心

第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一核蛋白體

原核生物中的蛋白體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基.核蛋白體的大小亞基分別有不同的功能：小亞基：可與mRNA、GTP和起始tRNA結合大亞基：①具有兩個不同的tRNA結合點。A位—受位，可與新進入的氨基酰tRNA結合；P位—給位，可與延伸中的氨基酸t(yī)RNA結合。②具有轉肽酶活性。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一rRNA的結構特點修飾堿基較少－－多為甲基化;不同來源的rRNA某些區(qū)域具有高度的同源性;含有大量的莖環(huán)結構.第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一④重要的酶類氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；轉肽酶(peptidase)，將P位上的肽?；D給A位上的氨基，生成肽鍵轉位酶(translocase)，催化核糖體向mRNA的3’-端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。⑤蛋白質因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一⑥能源物質及離子蛋白質生物合成的能源物質為ATP和GTP;參與蛋白質生物合成的無機離子有Mg2+、K+

等。⑦蛋白質因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一參與原核生物翻譯的各種蛋白質因子及其生物學功能種類生物學功能起始因子IF-1占據(jù)A位防止結合其他tRNAIF-2促進起始tRNA與小亞基結合IF-3促進大小亞基分離，提高P位對結合起始tRNA的敏感性延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識別UAA、UAG，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別UAA、UGA，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ窻F-3可與核糖體其他部位結合，有GTP酶活性，能介導RF-1及RF-2與核糖體的相互作用17第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質的生物合成過程蛋白質合成的三個過程:(1)氨基酸的活化;(2)肽鏈的合成；(3)肽鏈合成后的折疊加工、修飾、蛋白質的靶向運輸?shù)?8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸與特異的tRNA結合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA，氨基酰-tRNA合成酶催化完成。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。一、氨基酸的活化第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶*活化的部位：α-COOH*活化的形式：氨基酰-tRNA能量：-ATP①氨基酰-tRNA合成酶識別特定氨基酸和tRNA反應過程20第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一21具有起始功能的tRNAfMet與甲硫氨酸結合后，甲硫氨酸很快被甲?；癁镹-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復合物。起始密碼子只能辨認fMet-tRNAfMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet②肽鏈合成的起始需要特殊的起始氨基酰-tRNA第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二、肽鏈的生物合成過程

TheBiosynthesisProcessofPeptideChain起始(initiation)延長(elongation)終止(termination)第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

翻譯的起始是指mRNA、起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結合而形成翻譯起始復合物的過程。23①翻譯起始復合物的裝配啟動肽鏈合成第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一原核生物翻譯起始復合物的形成

核糖體大、小亞基分離；核糖體小亞基結合于mRNA的起始密碼子附近；起始氨基酰-tRNA結合在核糖體P位；核糖體大亞基結合形成起始復合物。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一肽鏈延長指在mRNA模板的指導下，氨基酸依次進入核糖體并聚合成多肽鏈的過程。1.進位(positioning)/注冊(registration)2.成肽(peptidebondformation)3.轉位(translocation)肽鏈延長在核糖體上連續(xù)循環(huán)式進行，每次循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，包括以下三步：25②在核糖體上重復進行的三步反應延長肽鏈第25頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一進位：又稱注冊(registration)，是指一個氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進入并結合到核糖體A位的過程。成肽：是指在轉肽酶(peptidase)的催化下，核糖體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨?；螂孽?tRNA的肽?；D移到A位并與A位上氨基酰