蛋白質(zhì)的生物合成

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成第2頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共88頁，2024年2月25日，星期天翻譯(translation)以mRNA為直接模板，tRNA為氨基酸運(yùn)載體,核糖體為裝配場所，共同協(xié)調(diào)完成蛋白質(zhì)生物合成的過程。也就是把mRNA的堿基排列順序轉(zhuǎn)譯成多肽鏈中氨基酸的排列順序。第4頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

主要內(nèi)容

掌握三種RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（第一節(jié)）熟悉各種輔助因子的作用（第二節(jié)）熟悉蛋白質(zhì)的生物合成過程（第二節(jié)）第5頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的重要

功能

第6頁,共88頁，2024年2月25日，星期天一、mRNAmRNA上四種堿基→蛋白質(zhì)組成20種aa堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系？

3個(gè)相鄰的堿基→1個(gè)aa，有43種排列→64種密碼子—UAAUAUUAGUAC—破譯了64種密碼子第7頁,共88頁，2024年2月25日，星期天密碼子（codon)mRNA中每三個(gè)相鄰的堿基決定一個(gè)AA，這三個(gè)相鄰的堿基稱為一個(gè)密碼子或者三聯(lián)體密碼。第8頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共88頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼子的主要特點(diǎn)連續(xù)性：密碼子是不重疊、無標(biāo)點(diǎn)的、不間斷。第12頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Insertionordeletion

Frameshift

Frameshiftmutation第13頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2.簡并性：degeneracy

幾個(gè)不同密碼子表示同一種氨基酸。

61種密碼子→20種aa，同種aa可由2-6種密碼子編碼。同義密碼子(synonymouscodon)

編碼同一個(gè)氨基酸的一組密碼子稱為第14頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.擺動(dòng)性：密碼子與反密碼子配對時(shí)出現(xiàn)不遵從堿基配對規(guī)律的情況。第16頁,共88頁，2024年2月25日，星期天tRNA反密碼子堿基IUG（第一位）mRNA密碼子堿基

A,C,UA,GC,U

（第三位）

密碼子與反密碼子配對的搖擺現(xiàn)象第17頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共88頁，2024年2月25日，星期天密碼的簡并性有什么生物學(xué)意義第19頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4.通用性:

病毒、原核細(xì)胞、真核細(xì)胞都用同一套遺傳密碼子表。終止密碼子UAA、UAG、UGA,起始密碼子AUG第20頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA和氨基酰-tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)tRNA應(yīng)具備的功能氨基酸活化過程氨基酰-tRNA的表示方法第21頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共88頁，2024年2月25日，星期天tRNA須具備的功能：

（1）與氨基酸結(jié)合（3′末端）

（2）識(shí)別特異的氨基酰-tRNA合成酶（3）識(shí)別mRNA鏈上密碼子

（4）與核糖體結(jié)合

根據(jù)tRNA在合成蛋白質(zhì)中的作用，試推想tRNA須具備什么功能

第24頁,共88頁，2024年2月25日，星期天D環(huán)可被氨酰tRNA酶識(shí)別TψC環(huán)可與核糖體結(jié)合活化的CCA末端可連接AA反密碼環(huán)含反密碼子第25頁,共88頁，2024年2月25日，星期天同功受體tRNA:Isoacceptor

能夠運(yùn)輸同一種氨基酸的多種tRNA分子稱為氨基酸的同功受體tRNA第26頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的活化和氨酰tRNA生成一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基失水縮合成為肽鍵，從熱力學(xué)上是極端困難的。但是若將氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA分子上，則能使氨基酸的羧基活化，就能較容易地與氨基酸失水縮合了。第27頁,共88頁，2024年2月25日，星期天1.氨基酸的活化

AA+ATP+酶→[AA?AMP?酶]+ppi2.氨酰tRNA的形成

[AA?AMP?酶]+tRNA→AMP+

AA-tRNA+酶

氨酰tRNA合成酶對氨基酸、tRNA高度特異地識(shí)別；水解酯鍵的催化作用，發(fā)揮酶的校正活性。第28頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第二套遺傳密碼氨酰tRNA合成酶既能識(shí)別相應(yīng)的氨基酸，又能識(shí)別與此氨基酸相對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)tRNA分子。因此把這種氨酰tRNA合成酶與tRNA分子間的相互作用稱為第二套遺傳密碼。副密碼子

tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域稱為副密碼子第29頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨基酰-tRNA的表示方法tRNAAla

；Ala-tRNA

;Ala-tRNAAla

Met-tRNAm;

fMet-tRNAf第33頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、rRNArRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核蛋白體，分為大小亞基(50S,30S)原核生物70S真核生物80S小亞基rRNA蛋白質(zhì)16S-rRNA18S-rRNA21種33種大亞基rRNA蛋白質(zhì)5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA34種49種第34頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體第35頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體特點(diǎn)

小亞基可與mRNA結(jié)合

大亞基在沒有小亞基存在時(shí)不能與

mRNA結(jié)合，但可與tRNA非特異結(jié)合第39頁,共88頁，2024年2月25日，星期天30S50S

第40頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體的活性位點(diǎn)在50S亞基上二位點(diǎn)模型三位點(diǎn)模型第41頁,共88頁，2024年2月25日，星期天A部位：氨?；课?，接受氨?；鵷RNAP部位：肽?；课?，起始氨酰tRNA或延伸的肽基tRNA結(jié)合的部位，及

tRNA被釋放的部位E部位：出口位，特異結(jié)合無負(fù)載的

tRNA及無負(fù)載的tRNA離開的位點(diǎn)第42頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共88頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的合成過程，就是以mRNA為模板，在輔助因子和GTP等的作用下，核糖體從mRNA的5’端向3’端移動(dòng)，不同的氨酰-tRNA

按照mRNA上密碼子所決定的順序進(jìn)入核糖體，對號(hào)入座，在不斷生長著的肽鏈上由氨基端逐個(gè)加上氨基酸的過程。第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成過程第44頁,共88頁，2024年2月25日，星期天原料：20種L-氨基酸

3種RNA酶：氨基酰tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶兩種高能核苷酸：ATP、GTP金屬離子：K+，Mg2+（促進(jìn)肽鍵形成)第45頁,共88頁，2024年2月25日，星期天多種蛋白質(zhì)因子:

起始因子:IF(initiationfactors)

延長因子：EF(elongationfactors)

釋放因子：RF/TF(releasefactors)方向:氨基端-------羧基端

第46頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共88頁，2024年2月25日，星期天mRNA是一條長鏈分子。因此，在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成時(shí)，可同時(shí)被多個(gè)核糖體翻譯。這樣，在顯微鏡下便可見到多個(gè)核糖體排列成一串。這種結(jié)構(gòu)就稱為多聚核糖體（polyribosome或polysome）。第48頁,共88頁，2024年2月25日，星期天翻譯過程mRNA5′3′5′AUG…………3′UAA肽鏈延長方向NC

氨基酸活化起始階段進(jìn)入/進(jìn)位過程成肽延長階段轉(zhuǎn)位終止階段

第49頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

一、

氨基酸的活化

AA+ATP+酶[氨酰~AMP?酶]+ppi [氨酰~AMP?酶]+tRNAAMP+

氨酰~tRNA+酶

氨酰tRNA合成酶，

合成部位，水解部位-----保證準(zhǔn)確性第50頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨酰~AMP氨酰~tRNA第51頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、翻譯的起始PA5’3’MetAUG

fMet-tRNAfMet-tRNAmfMet第52頁,共88頁，2024年2月25日，星期天S-D序列（Shine-Dalgarno序列）：又稱核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）,在翻譯起始密碼AUG的上游，相距8-13個(gè)核苷酸處，有一段富含嘌呤的核苷酸序列，可以與核蛋白體小亞基16S-rRNA互補(bǔ)配對，使核糖體與mRNA在特定位置上結(jié)合。這種結(jié)合能協(xié)助辨認(rèn)起始密碼子，這一段1.mRNA鏈上起始信號(hào)的辨認(rèn)第53頁,共88頁，2024年2月25日，星期天幾種基因mRNA上的S-D序列第54頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Met-tRNAf+N10甲酰四氫葉酸

fMet-tRNAf+四氫葉酸Met-tRNAm只能用于延伸2.起始氨?！猼RNA的形成轉(zhuǎn)甲酰酶第55頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.起始因子(IF)

：參與蛋白質(zhì)生物合成起始的可溶性蛋白質(zhì)因子IF-1:無專一功能，增加IF-2,IF-3活性IF-2:使fMet-tRNAf選擇性地與30S亞基結(jié)合。結(jié)合并水解GTPIF-3:具有解離活性，使亞基保持為解離態(tài)；使30S與mRNA起始部位連接第56頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

翻譯的起始第57頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4.起始復(fù)合物的生成過程mRNA.IF-3.30sIF-2.GTP.fMet-tRNAfmRNA.30s.fMet-tRNAf

.IF-3.GTP.IF-1.IF-2IF-3mRNA.70s.fMet-tRNAf50SIF-1IF-2.GDPIF-1第58頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、肽鏈的延長翻譯過程中的肽鏈延長,又稱核糖體循環(huán)（ribosomalcycle）。分三步驟：

進(jìn)入(進(jìn)位） 核糖體循環(huán) 轉(zhuǎn)肽（轉(zhuǎn)肽酶）

移位第61頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈的延伸第62頁,共88頁，2024年2月25日，星期天延伸因子（EF):

參與肽鏈延伸的蛋白質(zhì)因子EF-TU,EF-TS:

共同促使氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位具有GTP酶活性EF-G:

具有GTP酶活性促使肽酰-tRNA位移至P位及空的tRNA

離開核糖體第63頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（1）進(jìn)入EF-Tu.GTP.氨酰-tRNA進(jìn)入A位消耗1個(gè)GTPEF-Ts功能是保護(hù)EF-Tu，并使EF-Tu.GDP再生為EF-Tu.GTP,繼續(xù)參與肽鏈延伸EF-Tu能不能與fMet-tRNAf結(jié)合？第64頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（2）轉(zhuǎn)肽（形成肽鍵）肽酰轉(zhuǎn)移酶：轉(zhuǎn)肽酶，P位點(diǎn)A位點(diǎn)形成肽鍵：P位點(diǎn)的fMet-tRNAf（或肽酰-tRNA）的羧基與A位點(diǎn)的AA-tRNA的氨基結(jié)合形成肽鍵不消耗GTP，可能來自AA~tRNA（或肽酰~tRNA）間的酯鍵水解第66頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（3）移位肽?；?tRNA從核糖體的A位移到P位的過程核糖體沿mRNA的5’----3’方向移動(dòng)與移位過程相偶聯(lián)（每次移動(dòng)距離是1個(gè)密碼子）移位酶，EF-G（G因子）消耗1個(gè)GTP第67頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3’PA5’fMetAUG23’PA5’MetAUG2進(jìn)入ffMetfMet第68頁,共88頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)肽移位f3’PA5’metAUG23PA3’5’AUG2fMetfMet第69頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet23PA3’5’AUGMet234

進(jìn)位轉(zhuǎn)肽fffMetfMet第70頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234PA3’5’AUGMet234fffMetfMet第71頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共88頁，2024年2月25日，星期天釋放因子(RF)：終止肽鏈合成并將其從核糖體上釋放出來的一類蛋白質(zhì)因子終止密碼子：UAA、UAG、UGARF-1:UAA,UAGRF-2:UAA,UGARF-3:本身無識(shí)別密碼子性質(zhì)，但可增強(qiáng)RF-1，RF-2的活性。四、肽鏈合成的終止第73頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（1）終止密碼子（UAA、UAG、UGA）出現(xiàn)在核糖體A位時(shí)，釋放因子（RF）就與之結(jié)合，（2）肽基轉(zhuǎn)移酶變?yōu)樗饷?，使新生的肽鏈與tRNA分離，并從核糖體上脫落下來，（3）mRNA釋出，大小亞基分離（GTP)第74頁,共88頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的終止第75頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGfMet234nUGARF第76頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234nUGA第77頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234nUGAH2NCOOH第78頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGUGA第79頁,共88頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的全過程第80頁,共88頁，2024年2月25日，星期天耗能氨基酸活化1ATP(兩個(gè)高能鍵）起始1GTP延長2GTP終止1GTP第81頁,共88頁，2024年2月25日，星期天思考題：合成100個(gè)氨基酸需要消耗多少個(gè)高能磷酸鍵？1)100個(gè)氨基酸活化成AA-tRNA消耗數(shù)：100X2=200（ATP----AMP）2）起始的fMet-tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)及起始復(fù)合物形成消耗GTP數(shù)：1GTP3）99個(gè)AA-tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)消耗GTP數(shù)：

99X1=99GTP第82頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4）肽鍵形成不消耗GTP5）99個(gè)氨基酸移位消耗消耗GTP數(shù)：

99X1=99GTP6）肽鏈釋放消耗GTP數(shù)：1GTP總數(shù)：200+1+99+99+1=400第83頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第84頁,共88頁，2024年2月25日，星期天考試試卷

一、名詞解釋（每題2分，共20分）1、蛋白質(zhì)等電點(diǎn)2、電子傳遞鏈3、酶活性中心二、填空題（每空1分，共20分）1、大腸桿菌蛋白質(zhì)合成過程的起始密碼子為

，對應(yīng)翻譯的氨基酸為

，肽鏈的延伸過程可以分為

、