第十四章蛋白質(zhì)的生物合成翻譯

第十四章蛋白質(zhì)的生物合成翻譯第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將mRNA分子中由堿基序列組成的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序，因而稱為翻譯（translation)。第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系ProteinBiosynthesisSystem第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

20種氨基酸作為原料酶及蛋白因子，如IF、eIF等

ATP、GTP、無機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：

三種RNAmRNA---模板

rRNA-----合成氨基酸的機(jī)器組分

tRNA------運(yùn)載氨基酸的工具第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

1961年，Nirenberg證明了mRNA的模板作用。一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcodon）。第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼表密碼子的第一個(gè)字母密碼子的第二個(gè)字母第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二1.連續(xù)性（commaless）遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無重疊。2.簡(jiǎn)并性（degeneracy）

遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2-4個(gè)或多至6個(gè)密碼子為之編碼。第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼的簡(jiǎn)并性第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二3.通用性（universal）蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。有少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。

第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二4.擺動(dòng)性（wobble）tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對(duì)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動(dòng)性。第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二二、多肽鏈合成的裝置--核蛋白體

第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二A位點(diǎn)(aminoacylsite)氨酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)；P位點(diǎn)(Peptidylsite)肽酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)；E位點(diǎn)(exitsite)去氨酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)。三、核糖體的3個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂

tRNA在翻譯過程中起接合體（adaptor）作用，又是氨基酸的運(yùn)載體。第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)合成的真實(shí)性主要決定于tRNA能否把正確的氨基酸放到新生多肽鏈的正確位置上，而這一步主要決定于AA－tRNA合成酶是否使氨基酸與對(duì)應(yīng)的tRNA相結(jié)合。AA-tRNA合成酶既要能識(shí)別tRNA，又要能識(shí)別氨基酸，它對(duì)兩者都具有高度的專一性。氨酰-tRNA合成酶第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程TheProcessofProteinBiosynthesis第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

蛋白質(zhì)合成中

mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白質(zhì)的合成方向：N端→C端。蛋白質(zhì)合成過程：

一、肽鏈合成起始二、肽鏈合成延伸三、肽鏈合成的終止

第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物

(translationalinitiationcomplex)。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。原核生物起始因子有三種：IF-1：占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNA。IF-2：促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合。IF-3：促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA敏感性。第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

SD序列：

在原核生物mRNA起始密碼AUG上游，存在4-9個(gè)富含嘌呤堿的一致性序列，如-AGGAGG-，稱為S-D序列。又稱為核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomalbindingsite，RBS)

第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二S-D序列第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白體大亞基結(jié)合第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個(gè)GTP。第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，而真核生物是Met-tRNAMet。原核生物中30S小亞基首先與mRNA相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最后與50S大亞基結(jié)合。在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最后與60S大亞基結(jié)合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復(fù)合物。起始復(fù)合物的生成需要GTP提供能量，需要Mg2＋、NH4＋及3個(gè)起始因子(IF-l、IF-2、IF-3)的參與。原核生物與真核生物翻譯起始復(fù)合物形成的區(qū)別第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

真核生物翻譯起始的特點(diǎn)核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲?；?；mRNA的5’帽子和3’polyA尾結(jié)構(gòu)與mRNA在核蛋白體就位有關(guān)；起始tRNA先與核蛋白體小亞基結(jié)合，然后再結(jié)合mRNA第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二二、肽鏈的延長(zhǎng)指按照mRNA密碼序列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。肽鏈的延長(zhǎng)是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：進(jìn)位（entrance）；成肽（peptidebondformation）；轉(zhuǎn)位（translocation).第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（三）轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3’側(cè)移動(dòng)。第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二fMetAUG5'3'fMetTuGTP第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長(zhǎng)過程第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)

識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核肽鏈合成終止過程

第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二UAG5'3'RFCOO-第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)前體的加工

新生多肽鏈的加工修飾1．N端fMet或Met的切除：細(xì)菌蛋白質(zhì)N端的甲?；鼙幻摷柞；杆?，原核生物和真核生物N端的甲硫氨酸在多肽鏈合成完畢之前被切除2．二硫鍵的形成二硫鍵是蛋白質(zhì)合成后通過兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成的。第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

蛋白質(zhì)前體的加工3．特定氨基酸的修飾氨基酸側(cè)鏈的修飾包括磷酸化(如核糖體蛋白質(zhì))、糖基化(如各種糖蛋白)、甲基化(如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì))、乙基化(如組蛋白)、羥基化(如膠原蛋白)和竣基化等。糖蛋白是通過蛋白質(zhì)中天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基側(cè)鏈上加上糖基形成的，膠原蛋白上的脯氨酸和賴氨酸為羥基化的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)N-糖基化的主要場(chǎng)所。新生多肽鏈的加工修