蛋白質(zhì)的生物合成(0002)課件

第12章蛋白質(zhì)的生物合成一、遺傳密碼（geneticcode）

遺傳密碼（geneticcode）：決定蛋白質(zhì)中肽鏈氨基酸的mRNA中核苷酸三聯(lián)體。密碼子（codon）：mRNA上3個(gè)連續(xù)的核苷酸序列作為一個(gè)密碼單位，決定一個(gè)氨基酸，稱(chēng)密碼子，又稱(chēng)為三聯(lián)體密碼。

密碼子有43=64個(gè)，如果僅是1個(gè)密碼子編碼1種氨基酸，含有許多多余密碼子，實(shí)驗(yàn)表明有些氨基酸有2個(gè)或多個(gè)密碼子。1966年完全確定了編碼20種氨基酸的密碼子無(wú)義密碼子遺傳密碼的基本特點(diǎn)：①通用性遺傳密碼在從細(xì)菌到人的各種生物中是通用的，但在不同生物中，不同密碼子的使用頻率不同。②簡(jiǎn)并性同一種氨基酸有兩個(gè)或多個(gè)密碼子的現(xiàn)象稱(chēng)為密碼子的簡(jiǎn)并性。降低有害突變，穩(wěn)定物種。③不重疊性肽鍵翻譯時(shí)密碼的閱讀，必須從起始密碼子開(kāi)始，按一定的讀碼框架（readingframe）連續(xù)讀下去，直至遇到終止密碼子為止。④連續(xù)性密碼子之間是連續(xù)的，無(wú)任何核苷酸隔開(kāi)。若插入或刪除一個(gè)核苷酸，發(fā)生移碼突變。⑤方向性從mRNA的5′→3′。⑥起始密碼子的兼職性二、核糖體（ribosome）

原核生物核糖體70S50S30S5SrRNA23SrRNA蛋白質(zhì)16SrRNA蛋白質(zhì)真核生物核糖體80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA蛋白質(zhì)18SrRNA蛋白質(zhì)E.Coli蛋白質(zhì)的生物合成1.氨基酸的活化

由高度特異的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，形成氨酰-tRNA，反應(yīng)分兩步：

總反應(yīng)式：

氨酰-tRNA2．肽鏈合成的起始

mRNA中的起始密碼是AUG，少數(shù)是GUG。起始密碼子的上游約10個(gè)核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列稱(chēng)SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般為3～10個(gè)核苷酸，它與核糖體16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互補(bǔ)，可促使核糖體與mRNA的結(jié)合。

在E.Coli和其它原核生物中與起始密碼（AUG）相對(duì)應(yīng)的tRNA是甲酰甲硫氨?！猼RNA（fMet-tRNAfMet），這是起始tRNA。

起始tRNA怎樣形成？由甲硫氨酰-tRNA甲?；?/p>

tRNAMetMet-tRNA甲?；D(zhuǎn)移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAfMet

）甲?；?/p>

肽鏈合成的起始除了需要起始密碼、SD序列、起始tRNA外還要三種起始因子（initiationfactor），即IF-1，IF-2和IF-3，還要消耗GTP，還需核糖體大小亞基參與，形成一個(gè)70S的真正起始復(fù)合物。

肽鏈合成的起始過(guò)程：肽鏈的延伸需要一些稱(chēng)延伸因子（elongationfactor,EF）。

原核生物的EF有EF-T和EF-G兩類(lèi):

EF-T：延伸因子“T”，開(kāi)始誤認(rèn)為這類(lèi)延伸因子有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性peptidyltransferase，所以取轉(zhuǎn)移酶的第一個(gè)字母“T”。3.肽鏈的延伸

EF-G：這類(lèi)延伸因子與核糖體結(jié)合時(shí)需要GTP，當(dāng)GTP水解時(shí)，這類(lèi)延伸因子就從核糖體上解離下來(lái)，總之涉及GTP，所以用GTP的第一個(gè)字母“G”，EF-G。

EF-T是由Tu和Ts兩個(gè)亞基組成的二聚體。

EF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)；

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結(jié)合。

氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位肽鍵的形成移位

肽鏈的延長(zhǎng)包括3步:

這是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，需Ts、Tu，還要消耗GTP。EF-Tu與GTP和氨酰-tNRA首先形成三元復(fù)合物，才能進(jìn)入A位。

（1）氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位（2）肽鍵的形成

通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)肽作用（transpeptidation），由肽酰轉(zhuǎn)移酶（peptidyltransferase）催化，使一個(gè)酯鍵變成了肽鍵，肽基轉(zhuǎn)移酶的活性由核糖體大亞基的23srRNA承擔(dān)（肽基轉(zhuǎn)移酶是一種ribozyme）。嘌呤霉素對(duì)蛋白質(zhì)的抑制作用就發(fā)生在肽鍵形成這一步。

轉(zhuǎn)肽作用（3）移位（translocation）

移位包括三種運(yùn)動(dòng):空載的tRNA離開(kāi)P位。二肽基tRNA由A位移到P位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離。移位需要EF-G和GTP。肽鏈的延長(zhǎng)示意圖4．肽鏈的終止與釋放

UAARF1orRF2終止密碼子

RF-1：識(shí)別UAA和UAG

RF-2：識(shí)別UAA和UGA

RF-3：RF-3和GTP形成復(fù)合物，是一種GTP結(jié)合蛋白，可促進(jìn)核糖體與RF-1和RF-2的結(jié)合，并促進(jìn)無(wú)負(fù)載的tRNA從核糖體釋放。

釋放因子（releasefactor，RF）能識(shí)別終止密碼子與終止密碼子結(jié)合。RF因子結(jié)合到A位后，將肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性轉(zhuǎn)變成酯酶活性，水解P位上的肽酰-tRNA中tRNA與C末端氨基酸的酯鍵，使肽鏈釋放出來(lái)；該酶還促使tRNA從核糖體釋放。肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放5．多聚核糖體（polyribosome,orpolysome）

tRNA與核糖體脫離，核糖體的大、小亞基立即解聚，并從mRNA上釋放出來(lái)。接著IF3就與30S亞基結(jié)合，防止大、小亞基立刻重新結(jié)合。而IF3-30S亞基又可用于新的多肽鏈合成的起始，這樣就構(gòu)成核糖體循環(huán)（ribosomalcycle）。蛋白質(zhì)合成總結(jié)需很多酶和輔助因子參加。需很多酶和輔助因子參加。折疊和加工終止密碼eRFGTP終止密碼RF-1,RF-2,RF-3GTP肽鏈的終止和釋放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-G，GTP肽鏈的延長(zhǎng)（1）氨?！猼RNA的結(jié)合（2）肽鍵的形成（3）位移

起始密碼Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密碼，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽鏈起始氨?！猼RNA合成酶，ATP，Mg2+氨?！猼RNA合成酶，ATP，Mg2+Aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子過(guò)程（三）蛋白質(zhì)生物合成所需的能量

若要合成100個(gè)Aa組成的肽鏈要消耗多少能量？

Aa活化1ATP（2個(gè)～鍵）起始1GTP（1個(gè)～鍵）延長(zhǎng)2GTP（2個(gè)～鍵）終止1GTP（1個(gè)～鍵）PPPP原核生物：（四）肽鏈合成后的加工

1．N端甲?；騈端Aa的除去

原核生物：fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲?；赴彪拿?/p>

多數(shù)情況下，在肽鏈合成中，即當(dāng)肽鏈的N端游離出核糖體后，立即進(jìn)行去甲?；?。

真核生物：N端Met常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時(shí),就已經(jīng)水解下來(lái)。2．信號(hào)肽(signalpeptide)的切除

真核細(xì)胞中新合成的多肽被送往溶酶體、線粒體、葉綠體、細(xì)胞核等細(xì)胞器。每一需要運(yùn)輸?shù)亩嚯亩己幸欢伟被嵝蛄蟹Q(chēng)為信號(hào)肽序列

信號(hào)肽前胰島素原胰島素原胰島素3.二硫鍵的形成

4.氨基酸的修飾

乙?；⒓谆?、磷酸化、羥基化、泛酸化、糖基化等。

5.切去新生肽鏈中非功能所需的肽段

如胰島素原→胰島素；胰蛋白酶原→胰蛋白酶；胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶。

形成肽鏈內(nèi)或肽鏈間的二硫鍵。

6.結(jié)合蛋白質(zhì)需與輔助物結(jié)合

如血紅蛋白中血紅素與多肽鏈的共價(jià)連接。

7.高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，多肽鏈的折疊在肽鏈合成沒(méi)有結(jié)束時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始：（1）不需要分子伴侶（molecularchaperone）（2）需要分子伴侶

（五）蛋白質(zhì)的分揀（sorting）與定向輸送

多肽或蛋白質(zhì)合成后要送往細(xì)胞的各個(gè)部分，以行使各自的生物功能。

真核細(xì)胞質(zhì)核糖體合成的蛋白質(zhì)

胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體細(xì)胞核高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白質(zhì)胞漿、質(zhì)膜、外膜、質(zhì)膜與外膜之間的空隙。

為了能準(zhǔn)確地運(yùn)送蛋白質(zhì)，在進(jìn)化過(guò)程中每種蛋白質(zhì)形成了一種明確的地址標(biāo)簽（addresstarget），細(xì)胞通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)地址標(biāo)簽的識(shí)別進(jìn)行運(yùn)送，這就是蛋白質(zhì)的分揀或稱(chēng)分選（sorting）。

蛋白質(zhì)的定向由蛋白質(zhì)N端特殊的Aa序列——信號(hào)肽決定的，1975年Blobel和Dobberstein提出了信號(hào)肽學(xué)說(shuō)(signalpeptidehypothesis)，由于Blobel在闡明蛋白質(zhì)的分揀與定向中所作出的杰出貢獻(xiàn)，因而獲得了1999年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。

信號(hào)肽顆粒識(shí)別、結(jié)合胞漿

帶有信號(hào)肽的分泌蛋白粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通道識(shí)別信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽肽鏈合并高爾基體進(jìn)一步加工分泌出胞外帶有信號(hào)肽的分泌性蛋白的加工、分泌的過(guò)程

信號(hào)肽（signalorleadersequence）：位于多肽鏈的N端，長(zhǎng)約10～40個(gè)氨基酸序列，中部為10~15個(gè)疏水性氨基酸，接近N端有幾個(gè)正電荷的Arg和Lys。信號(hào)肽識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticle,SRP）

SRP是一個(gè)RNA和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物，由7SLRNA和6種蛋白質(zhì)組成。

SRP受體（SRPreceptor）：是一個(gè)二聚體蛋白質(zhì)，由α亞基和β-亞基組成。

信號(hào)肽識(shí)別顆粒SRPSRP受體停泊蛋白

信號(hào)肽核糖體mRNA多肽合成起始多肽合成抑制多肽合成恢復(fù)信號(hào)肽切除粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)N端新生肽鏈剛一出現(xiàn)時(shí)，信號(hào)肽就與SRP結(jié)合，肽鏈延伸作用暫時(shí)終止，SRP-核糖體復(fù)合體移動(dòng)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，與那里的SRP受體停泊蛋白結(jié)合，蛋白質(zhì)合成的延伸恢復(fù)，同時(shí)SRP由被釋放到細(xì)胞質(zhì)中。

帶有信號(hào)肽的分泌性蛋白的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)（六）蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑

許多抗菌素能抑制蛋白質(zhì)的生物合成，如常用的氯霉素、鏈霉素、四環(huán)素等，它們能抑制原核細(xì)胞如細(xì)菌的蛋白質(zhì)的生物合成，可抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，但不抑制真核細(xì)胞蛋白質(zhì)的生物合成，所以醫(yī)學(xué)上可用作藥物。

氯霉素（chlorampenicol）鏈霉素（streptomycin）四環(huán)素（Tetracycline）新霉素（neomycin）嘌呤霉素（puromycin）

1、抗菌素（antibiotics）

2、毒素如：干擾素（int