蛋白質(zhì)生物合成及加工

蛋白質(zhì)生物合成及加工煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)遺傳密碼的破譯mRNA的翻譯:按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過程.將mRNA中4種核苷酸的語言解讀為蛋白質(zhì)中20種氨基酸的語言——翻譯（Translation）煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五20世紀50年代PaulZamecnik將同位素標記的氨基酸注射到大鼠體內(nèi),分析不同時間肝臟內(nèi)氨基酸的分布.時間長了會在任何地方都有,但注射后數(shù)分鐘檢測,全部跑到含有RNA的小顆粒中(即核糖體,ribosome).蛋白質(zhì)的合成發(fā)生在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五Crick比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后,認為不可能在空間上互補,對核酸→蛋白質(zhì)的信息傳遞作了以下預(yù)測：1)一種分子轉(zhuǎn)換器,使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列,這種分子很可能是核酸；3)不論以何種方式進入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng),都必須與模板形成氫鍵；4)有20種分子轉(zhuǎn)換器,每種氨基酸一個；5)每種氨基酸必定有一個對應(yīng)的酶,催化與特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合.Crick還預(yù)言一個氨基酸對應(yīng)三個核苷酸。煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五Crick預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器(adaptor)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五mRNA分子中每三個相臨堿基組成一個密碼子,代表一種氨基酸,或起始信號,或終止信號mRNA上的四種堿基可組成64個密碼子,其中61個代表不同的氨基酸,其余三個代表終止信號.煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五破譯密碼的必備條件：要有確定的已知序列的mRNA要有同位素標記的氨基酸煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五證明三聯(lián)體密碼的三個著名實驗的示意圖煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五A、1961年,MarshallNirenberg合成了poly(U),將它放入20根試管中,每根試管中加入了大腸桿菌細胞質(zhì)抽提物和一種有同位素標記的氨基酸.反應(yīng)一段時間后用TCA(三氯乙酸)將蛋白質(zhì)沉淀下來,測定同位素的量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加了同位素標記Phe的試管的沉淀物中同位素含量特別高煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五B、1964年也是由M.Nirenberg等人完成的.首先合成一個已知序列的核苷酸三聚體,然后與大腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育.由此確定與已知核苷酸三聚體結(jié)合的tRNA上連接的是那一種氨基酸.該實驗對于幾種密碼編碼同一個氨基酸提供了直接的、最好的證據(jù)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五C、由Khorana等人完成.利用有機化學(xué)和酶法制備了已知的核苷酸重復(fù)序列,以此多聚核苷酸作模板,在體外進行蛋白質(zhì)合成,發(fā)現(xiàn)可生成三種重復(fù)的多肽鏈.若從A翻譯,則合成出多聚Ile,即AUC對應(yīng)Ile；若從U翻譯,則合成出多聚Ser,即UCA對應(yīng)Ser；若從C翻譯,則合成出多聚His,即CAU對應(yīng)His.這是因為體外合成是無調(diào)控的合成,可以隨機地從A、或U、或C翻譯，所以有三種重復(fù)的多肽鏈生成.煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五通過Nirenberg和Khorana兩位科學(xué)家的辛勤工作,于1966年全部密碼都被破譯.共有64個密碼,其中61個密碼是編碼氨基酸的，其余3種是終止密碼，兩位科學(xué)家獲得了諾貝爾獎。煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五遺傳密碼表第一位5端第三位3端第二位煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1.連續(xù)性(commaless):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,密碼間無間斷、無交叉遺傳密碼的特點煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2.通用性(universal)：在所有生物中都一樣，但在線粒體、支原體等中有少量變化煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五3.簡并性(degeneracy)除Met,Trp外,其余氨基酸均由2個以上密碼子編碼.同義密碼子.所對應(yīng)的密碼子的多少與該氨基酸在生物中的利用度成比例.但每一個密碼子僅對應(yīng)一個氨基酸不同物種對密碼子有“偏愛性”煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五并不是一個tRNA對應(yīng)一個密碼子,一般只有三十幾種tRNA來對應(yīng)61個密碼子,因此需有個機制讓tRNA“偷懶”.這就是Crick的擺動性假說.4.擺動性(wobble)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五開放讀碼框架(openreadingframe,ORF)mRNA鏈上,從5’至3’,以AUG為起點,每三個堿基作為一個密碼子連續(xù)閱讀,直至出現(xiàn)終止密碼子,AUG至終止密碼子之間稱為ORF煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”

核糖體的基本功能:結(jié)合mRNA,在mRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子(mRNA)和反密碼子(tRNA)的正確配對肽鍵的形成存在:

核糖體可游離存在,

真核中,也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合,形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)原核中,與mRNA形成串狀——多核糖體第二節(jié)蛋白質(zhì)的合成過程煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五mRNA大腸桿菌核糖體的結(jié)構(gòu)原核與真核生物的核糖體比較煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第一步氨基酸的活化ActivationofAminoAcids第二步起始Initiation第三步延伸Elongation第四步終止與釋放Termination&Release第五部折疊和修飾

FoldingandPosttranslationalProcessing煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五tRNA的結(jié)構(gòu)特征與氨酰-tRNA合成酶結(jié)合與核糖體結(jié)合煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五氨酰-tRNA的合成(Aminoacyl-tRNA)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五氨酰-tRNA的結(jié)構(gòu)細胞中一般只有二十種氨酰-tRNA合成酶,不同tRNA與同一氨基酸的結(jié)合均由同一個酶催化.合成酶有很強的校對功能.煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五氨基酰tRNA合成酶的活性是絕對專一性的,酶同時對氨基酸和tRNA高度特異地識別.氨基酰tRNA合成酶有20種,分別特異性識別相應(yīng)的20種氨基酸和相應(yīng)的tRNA氨基酸,氨基酰tRNA合成酶,tRNA及mRNA上的密碼子是一對一的關(guān)系,從而保證了遺傳信息從mRNA準確地傳遞到蛋白質(zhì)上煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五各種氨基酰tRNA的表示方法丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg甲硫氨基酰tRNA：met-tRNAmet起始密碼子AUG編碼的met由tRNAimet(真核)或ftRNAifmet(原核)轉(zhuǎn)運.tRNAimet和tRNAfmet稱為起始者(initiator)tRNA煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五HowardDintzis1961年證明蛋白質(zhì)的合成方向:從N端到C端煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五細菌,線粒體和葉綠體中第一個氨基酸是甲?；疢et(fMet),連接在專用的tRNA上.因此Met有兩個不同的tRNA對應(yīng)同一個AUG密碼子.真核生物細胞是Met煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五fMet-tRNA的形成煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核與真核的翻譯起始復(fù)合物有較大的差別煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核翻譯起始復(fù)合物依賴于16SrRNA與mRNA的相互作用煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核、真核生物各種起始因子的生物功能促進核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進各種起始因子從小亞基解離，進而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5＇帽子eIF-4E結(jié)合mRNA，促進mRNA掃描定位起始AUGeIF--4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結(jié)合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2真核生物促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA敏感性EIF-3促進起始tRNA與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-1原核生物生物功能起始因子促進核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進各種起始因子從小亞基解離，進而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5＇帽子eIF-4E結(jié)合mRNA，促進mRNA掃描定位起始AUGeIF--4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結(jié)合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2真核生物促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA敏感性EIF-3促進起始tRNA與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-1原核生物生物功能起始因子煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核生物多肽合成延伸過程示意圖注意使用GTP而非ATP,是因為GTP會導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化,容易從核糖體上脫落注冊成肽轉(zhuǎn)位煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五核糖核蛋白體循環(huán)——注冊煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五核糖核蛋白體循環(huán)——成肽煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五肽鍵形成機制煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五核糖核蛋白體循環(huán)——轉(zhuǎn)位煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五大腸桿菌中有三種釋放因子RF1,RF2和RF3.RF1識別A位的UAG和UAA,RF2識別A位的UGA和UAA,它們均可從tRNA上切離肽鏈并將tRNA從P位趕走RF3的功能不明,一般認為是它將30S和50S分開真核生物中只有一種RF,稱為eRF,承包所有的工作煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五聚核糖體(polysome)可以加快蛋白質(zhì)合成煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五原核生物中轉(zhuǎn)錄與翻譯偶連在一起煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五一、多肽鏈的修飾1、肽鏈的N端修飾：去除N端fMet殘基第三節(jié)蛋白質(zhì)的加工、修飾及轉(zhuǎn)運煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2、信號肽及部分肽段的切除蛋白質(zhì)完成跨膜運輸，信號肽酶切除信號肽往往還含有一段與活性無關(guān)的其他肽段，切除后才能形成有活性的蛋白質(zhì)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五3、蛋白質(zhì)肽鏈的修飾

二硫鍵的形成：2個Cys-SH間脫氫氧化

輔助因子的連接：與糖、脂類、HA、血紅素等結(jié)合形成結(jié)合蛋白質(zhì)

亞基聚合：Hb的4個亞基聚合成四級結(jié)構(gòu)

個別氨基酸的化學(xué)修飾編碼氨基酸：20種；蛋白質(zhì)AA：＞100種——編碼AA化學(xué)修飾煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五磷酸化：Ser、Thr、Tyr羥基化：Pro、Lys?；篐is甲基化：Trp核糖基化：Arg意義：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、多肽鏈的折疊新生肽鏈折疊：分子伴侶、折疊酶折疊酶（Foldase）類：催化與折疊有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的酶目前已知2個：二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）：使錯誤二硫鍵變成正確連接脯氨酰異構(gòu)酶（PPI）：改變Pro構(gòu)型煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五分子伴侶（Molecularchaperone）：幫助新生肽鏈進行非共價折疊的一類蛋白質(zhì).

熱休克蛋白、伴侶素等煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五分子伴侶幫助新生肽鏈的正確折疊煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五泛酰蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的降解酸性N-末端蛋白質(zhì)的修飾在蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)中的作用被蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)識別煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五泛酰蛋白質(zhì)降解的途徑煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五蛋白質(zhì)的合成部位：核糖體合成后的去向：1）保留在胞漿2）進入細胞核、線粒體或其它細胞器3）分泌至體液（胞外）→運輸?shù)桨衅鞴俸桶屑毎邢蜻\輸（Proteintargeting）蛋白質(zhì)合成后，定向到達其執(zhí)行功能的目標地點三、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1、分泌性蛋白質(zhì)：穿過合成所在的細胞到其他組織細胞的蛋白質(zhì)肽類激素、血漿蛋白、凝血因子、抗體蛋白胰蛋白酶原、凝血酶原信號肽：蛋白質(zhì)的N端存在一段由疏水性AA構(gòu)成的肽段，引導(dǎo)蛋白質(zhì)穿越膜結(jié)構(gòu)煙臺大學(xué)藥學(xué)院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第五十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1