醫(yī)學(xué)課件蛋白質(zhì)的生物合成

醫(yī)學(xué)課件蛋白質(zhì)的生物合成第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五一、遺傳密碼第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五遺傳密碼表目錄第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五2.簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。目錄第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五2.簡并性(degeneracy)目錄第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五3.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。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(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11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五4.擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五U擺動配對目錄第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五二、蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

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（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五一）、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五二）、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶1氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

目錄第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E目錄第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五

tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五氨基酰-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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet2起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目錄第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種不同細(xì)胞核蛋白體的組成第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五核蛋白體的組成目錄第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位P位：肽酰位E位：排出位目錄第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五三、蛋白質(zhì)生物合成過程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)整個翻譯過程可分為：翻譯過程從閱讀框架的5′-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五一）、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)。第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五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33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五S-D序列第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'目錄第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五lF1、3met-GTP-lF230S50SGDP+PilF2,fmetfmet30S50SlF1、3mRNAGTP第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五二）、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。肽鏈延長在核蛋白體上連續(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)增加一個氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五延長過程1進(jìn)位（注冊）：氨基酰-tRNA根據(jù)遺傳密碼的指引，進(jìn)入核蛋白體的A位。AUGP位A位EFT第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五延長因子EFTuEFTsAA-tRNA-Tu-GTPEF-Tu-GTPTs（EF-Tu+Ts）GTP+Aa-tRNA第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五AAtRNA-Tu-GTP小亞基上的mRNAAAtRNA-mRNA

Tu-GTPPiEF-TTu-GDPTs+第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五EFT+GTP+AA-tRNA

AA-tRNA-Tu-GTP+TsPi+Tu-GDP+aa-tRNA-mRNAmRNATs第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五2成肽

P位A位AUGP位的fMet-tRNAimet的?；cA位上的AA-tRNA的氨基成肽鍵。tRNA本身則從P位脫落，使P位空出。轉(zhuǎn)肽酶

核蛋白體大亞基上的蛋白質(zhì)（rpL）。第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五3轉(zhuǎn)位

在A位上的二肽連同tRNA從A位轉(zhuǎn)移到P位。第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五P位A位P位A位第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五三）、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53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)一是識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，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54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五

終止過程1．當(dāng)翻譯到A位mRNA出現(xiàn)終止密碼時，由RF-1或RF-2識別終止密碼進(jìn)入A位。2.RF3激活核蛋白體上的轉(zhuǎn)肽酶（具酯酶活性）。使P位上的肽與tRNA分離。3．在RR作用下，tRNA，mRNA及RF均從核蛋白體脫落，在IF作用下，核蛋白體解聚成大﹑小亞基。第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五UAAUAARF3RF1,2第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五UAARR第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五四、蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五一）翻譯后加工修飾1亞基聚合例

Hb分子由22組成2輔基連接

例

糖蛋白的糖基，第59頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五3去除N-端的N-甲?；騈-蛋氨酸

MetMetMet脫甲?；虬被拿傅?0頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五1）．磷酸化在含-OH基的R基團(tuán)磷酸化，由激酶催化，使蛋白質(zhì)活性增高或降低。2）．羥化結(jié)締組織蛋白質(zhì)脯氨酸殘基和賴氨酸殘基羥化。3）．二硫鍵的形成穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象4個別氨基酸的修飾第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五5水解修飾以POMC為例

信號肽

NC-MSH-MSHEndophin103肽ACTH-LT第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五二）蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)合成后從核蛋白體定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地。靶細(xì)胞靶組織靶器官細(xì)胞膜第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五去向1．保留在胞漿2．進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體等細(xì)胞器

3．分泌至體液，再輸送到靶器官和靶細(xì)胞第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五1．定義穿過合成所在的細(xì)胞，到其它組織細(xì)胞去的蛋白質(zhì)。例如：肽類激素、血漿蛋白、抗體蛋白等。2．特點(diǎn)（1）信號肽分泌性蛋白質(zhì)N端的一段疏水氨基酸較多的肽。其作用是將合成的蛋白質(zhì)移向胞膜，送出胞外。

（2）蛋白質(zhì)的前體：例如前胰島素原等。分泌性蛋白質(zhì)第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五信號肽N-端堿性氨基酸末端區(qū)疏水核心區(qū)加工區(qū)信號肽酶第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五3．分泌性蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制信號假說：信號肽被信號肽識別粒子（SRP）辨認(rèn)、結(jié)合，把正在合成蛋白質(zhì)的核蛋白體帶到細(xì)胞膜的胞漿面，與對接蛋白（DP）結(jié)合，促使膜蛋白通道開放，信號肽引導(dǎo)正在合成的蛋白質(zhì)穿過胞膜，信號肽折回膜內(nèi)，由膜外側(cè)的信號肽酶在加工區(qū)切斷，成熟蛋白則釋放至胞外。第67頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五SRPDP信號肽信號肽酶胞漿胞膜第68頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五五、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)第69頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的。可針對蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點(diǎn)。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計(jì)、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。第70頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物，如：6-MP。某些毒素也作用于基因信息傳遞過程。第71頁，共77頁，2023年，2月20日，星期五一、抗生素類抗生素作用點(diǎn)作用原理應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素新