蛋白質(zhì)的生物合成

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成第一節(jié)參與蛋白質(zhì)合成的主要物質(zhì)一、mRNA二、tRNA三、核糖體四、其他氨基酸氨酰-tRNA合成酶各種因子

ATP/GTP第2頁,共88頁，2024年2月25日，星期天一、mRNA（一）mRNA上的開放閱讀框開放閱讀框（openreadingframe,ORF)：mRNA5′端起始密碼子開始到3′端終止密碼子之間連續(xù)的、無重疊的一連串密碼子組成的蛋白質(zhì)編碼區(qū)?！ぁぁぁぁUGGCGAACGCU······UAG·····第3頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（二）密碼子

1.數(shù)量

64個2.特殊密碼子(1)起始密碼子:ORF起始部位的AUG

（編碼Met）

UUG或GUG(少數(shù)原核生物）(2)終止密碼子：UAA、UAG、UGA

（不編碼AA）第4頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.密碼子的特點（1）簡并性

一種AA有幾個密碼子Trp（UGG)和Met(AUG)：只有一個密碼子同義密碼子：編碼同一種氨基酸的不同密碼子

簡并性的意義：？第5頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACG

AlaThr意義：可以降低堿基突變造成的有害效應(yīng)第6頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（2）通用性從細菌到人，遺傳密碼子幾乎是通用的植物細胞的葉綠體、哺乳動物線粒體中密碼子的特殊性：UGA：不是終止密碼子，而是Trp的密碼子

UAA,UAG,AGA,AGG：

終止密碼子

AUA：Met（notforIle）第8頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（3）密碼子有方向性

5′3′（4）mRNA中密碼子間無間隔，不重疊5′·····AUGGCGAACGCU·····UAG·····3′第9頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA

功能：1）氨基酸的“搬運工具”2）識別mRNA的密碼子

反密碼環(huán)氨基酸臂第10頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（一）種類20種AA都有其特定的一種至幾種tRNA（二）搖擺性（wobble）反密碼子（anti-codon）的第1位與密碼子（codon）第3位配對時，不嚴(yán)格遵循堿基配對原則

I—C，I—A,I-U，U—G

第11頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（三）起始tRNA與普通tRNA1.起始tRNA真核：tRNAimet原核：tRNAifmet2.普通tRNA：除起始tRNAtRNAemet：肽鏈延伸中攜帶Met·····AUGGCGAUGGCUAUG····UAG·····第15頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、核糖體

（一）核糖體（核蛋白體）的組成1.原核生物核糖體（70S）：（1）組成

30S小亞單位：16SrRNA和21種蛋白質(zhì)

50S大亞單位：5SrRNA、23SrRNA、~32種蛋白質(zhì)

第16頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2、真核生物的核糖體（80S）40S小亞單位：18SrRNA＋~33蛋白質(zhì)60S大亞單位:28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA+49蛋白質(zhì)第18頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（二）核糖體的重要位點1、氨基酰-tRNA位點（Asite）2、肽酰-tRNA位點（Psite）3、tRNA退出位點（Esite）肽鍵形成部位第20頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蛋白質(zhì)的合成一、氨酰-tRNA的合成（氨基酸的活化）二、肽鏈合成的起始三、肽鏈的延伸四、終止五、肽鏈的折疊和翻譯后加工第21頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（一）氨基酸的活化1.總反應(yīng)為：

氨基酸＋tRNA＋ATP

氨基酰-tRNA＋AMP＋PPi

氨基酰-tRNA合成酶(鎂離子)氨基酰-tRNA鍵：高能鍵一、氨酰-tRNA的合成第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，星期天第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP＋E—→氨基酰-AMP-E＋

PPi

第24頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA

＋AMP

＋

E第25頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨酰-tRNA第26頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2.Met－tRNAifMet的甲?；?原核生物）N10-甲酰－FH4FH4Met－tRNAifMet

fMet－tRNAifMet

甲?；D(zhuǎn)移酶（特異）第27頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（二）氨基酰-tRNA合成酶的特點1.每一種AA都只有一種特定的氨基酰-tRNA合成酶2.具有校讀功能（1）識別AA及其tRNA

（2）將tRNA與正確的AA連接（3）可將錯誤的氨基酰-tRNA

水解

保證蛋白質(zhì)合成的精確性

第28頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

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

二、肽鏈合成的起始

第30頁,共88頁，2024年2月25日，星期天參與的物質(zhì)（1）30S和50S亞單位

mRNAfMet－tRNAifMet（2）

GTP（3）Mg2+（4）起始因子（一）原核生物翻譯的起始

第31頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三種起始因子的作用：IF1:防止氨基酰-tRNA進入AsiteIF2：引導(dǎo)fMet－tRNAifMet進入PsiteIF3：防止30S結(jié)合50S亞單位第32頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2.起始過程

Step1Step2Step3第33頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Step1：30S亞單位在mRNA上定位第34頁,共88頁，2024年2月25日，星期天過程：30S亞單位依次結(jié)合IF3(Esite),和IF1（Asite）；30S亞單位16SrRNA-3′端與mRNA的SD序列互補，結(jié)合到mRNA,并使起始密碼子準(zhǔn)確定位在P位點。SD序列（Shine-Dalgarno）

:

mRNA分子中緊靠起始密碼子上游的一段富含嘌呤堿基的8－13核苷酸的序列。又稱為核蛋白體結(jié)合位點（ribosomalbindingsite，RBS)

第35頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Step2：定位fMet－tRNAifMetfMet－tRNAifMet-IF2－GTP

進入Psite，并與起始AUG配對。第36頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Step3：結(jié)合50S大亞單位，形成70S復(fù)合物

起始密碼子和反密碼子的配對，使30s構(gòu)象改變，釋放IF3，結(jié)合50S大亞單位，釋放IF2和IF1，形成70S起始復(fù)合物。消耗1個GTP第37頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（二）真核生物翻譯起始起始即將40S亞單位和Met－tRNAiMet

、mRNA、60S亞單位組裝成80S起始復(fù)合物的過程。第38頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共88頁，2024年2月25日，星期天1. 43S復(fù)合物的形成

40S結(jié)合多種起始因子（eIF1A、eIF3

、eIF5B-GTP），并俘獲eIF2－GTP-Met－tRNAiMet（Psite），形成43S復(fù)合物。第40頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2.小亞單位在mRNA上的定位

mRNA的5′Cap與復(fù)合體eIF4F結(jié)合，并俘獲eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B－mRNA復(fù)合體。

eIF4F/4B－mRNA俘獲43S復(fù)合物，43S復(fù)合物沿mRNA5′3′方向掃描起始AUG，在mRNA上準(zhǔn)確定位。

第41頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3、80S復(fù)合物的形成

Met－tRNAiMet的反密碼子與mRNA的起始密碼子配對，使eIF2、eIF3

釋放，60S與40S結(jié)合，eIF5B水解GTP，釋放其他起始因子，形成80S復(fù)合物。消耗GTP第42頁,共88頁，2024年2月25日，星期天真核與原核生物肽鏈合成起始的主要區(qū)別1）更多的起始因子參與2）Met－tRNAiMet先定位到核糖體3）mRNA結(jié)合多種起始因子后才與核糖體結(jié)合4）小核糖體通過Met－tRNAiMet的反密碼子與mRNA起始密碼子之間互補配對而準(zhǔn)確定位.第43頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、延伸1.需要70S（80S)起始復(fù)合物、氨基酰-tRNA、延伸因子、GTP延伸因子：原核：EF（Tu，Ts，G)真核：EF-1和EF-22.三步循環(huán)進位成肽轉(zhuǎn)位第44頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（一）step1－進位第45頁,共88頁，2024年2月25日，星期天過程：氨基酰-tRNA-Tu-GTP結(jié)合到Asite，GTP水解，釋放Tu-GDP只有與密碼子正確互補配對的氨基酰-tRNA才能進入A位點：維持蛋白質(zhì)合成準(zhǔn)確性的另一個機制。進位消耗1GTPTu-GTP

：在Ts（GTP交換因子）的參與下生成。Tu：GTPase活性第46頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Step2－成肽第47頁,共88頁，2024年2月25日，星期天過程：Asite中氨基酰－tRNA的氨基攻擊Psite的fMet－tRNAfMet

(肽酰－tRNA）形成肽鍵，生成二肽酰（肽酰）-tRNA(Asite)，tRNAfMet（空載的tRNA）留在Psite。催化肽鍵形成的酶：轉(zhuǎn)肽酶(23SrRNA)能量：氨基酰－tRNA中高能鍵斷裂提供第48頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第49頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Step3－轉(zhuǎn)位第50頁,共88頁，2024年2月25日，星期天過程：核糖體向mRNA3′方向移動一個密碼子→二肽酰－tRNA進入PSite,空載的tRNA進入Esite并由此進入胞質(zhì),第三個（下一個）密碼子進入Asite，進入下一個延伸循環(huán)。轉(zhuǎn)位需EF-G-GTP水解提供能量(轉(zhuǎn)位酶）。第51頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、終止1.以終止密碼子出現(xiàn)為信號2.釋放因子：原核三個：RF1(UAG/UAA),RF2(UGA/UAA),RF3(促進RF1或RF2從核糖體上釋放）真核：eRF1、eRF3(eRF3-GTP)第52頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.終止過程第53頁,共88頁，2024年2月25日，星期天過程：（1）終止密碼子進入Asite，RF1（或RF2）與之結(jié)合，水解肽酰－tRNA鍵，肽鏈釋放。（2）30S亞單位結(jié)合RF3-GDP,并轉(zhuǎn)變?yōu)镽F3-GTP，RF1從核糖體上釋放。GTP水解，RF3-GDP從核糖體上釋放。（3）RRF（Asite）、EF-G-GTP、IF3依次結(jié)合到核糖體,30S與50S亞單位分離，進入下一個翻譯起始過程。

RRF：核糖體循環(huán)因子第54頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體循環(huán)第55頁,共88頁，2024年2月25日，星期天能量消耗起始、終止分別消耗1和2個GTP氨酰－tRNA形成消耗ATP(AMP)

進位、轉(zhuǎn)位各消耗1個GTP

每個聚合一個AA能量消耗≥4NTP的高能磷酸鍵第56頁,共88頁，2024年2月25日，星期天五、多肽鏈的折疊及翻譯后加工（一）多肽鏈的折疊多數(shù)需要其他蛋白質(zhì)的參與1.分子伴侶熱休克蛋白（HSP)、伴侶素2.酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶肽－脯氨酰順反異構(gòu)酶第57頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（二）翻譯后加工1、一級結(jié)構(gòu)的加工（1）N端fMet或Met的切除（2）特定氨基殘基的修飾：乙?；?0%的蛋白質(zhì)N端被修飾）、磷酸化（如酪蛋白）、羥基化、羧基化、甲基化（如肌蛋白、鈣調(diào)蛋白）等（3）多肽鏈的切割：特定位置水解

如信號肽等的切除第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2、空間結(jié)構(gòu)的加工（1）二硫鍵的形成（2）亞基聚合（3）輔基連接：如血紅蛋白連接血紅素（4）糖基化修飾（糖蛋白）（5）疏水脂鏈的連接第60頁,共88頁，2024年2月25日，星期天糖基化修飾（糖蛋白）

Asn

（Gln）、Ser、Thr-糖第61頁,共88頁，2024年2月25日，星期天疏水脂鏈的連接：特殊位點連接脂肪鏈或多異戊二烯如G蛋白、Ras等第62頁,共88頁，2024年2月25日，星期天中心法則中心法則：遺傳信息從DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。

DNA

RNA

Protein第63頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

第64頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蛋白質(zhì)的靶向輸送

proteintargeting蛋白質(zhì)的靶向輸送：蛋白質(zhì)合成加工后通過復(fù)雜機制定向輸送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或發(fā)揮生物功能的目標(biāo)位置的過程。去向：胞液、其他細胞器、體液（運輸?shù)桨屑毎蚱鞴伲┑?5頁,共88頁，2024年2月25日，星期天信號序列（signalsequence）：新合成的蛋白質(zhì)分子中引導(dǎo)蛋白質(zhì)輸送到細胞靶部位的特異氨基酸序列。信號序列包括：信號肽（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）

、核定位序列NLS（核）、

前導(dǎo)肽（線粒體）等第66頁,共88頁，2024年2月25日，星期天靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白PST序列（如-Ser-Lys-Leu-）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分第67頁,共88頁，2024年2月25日，星期天(一）分泌蛋白的靶向輸送1、信號肽（Signalpeptide）狹義：引導(dǎo)新合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一段氨基酸序列（16~30個氨基酸殘基），一般位于新合成肽鏈的N端。廣義：信號肽指的是新合成的蛋白質(zhì)分子中引導(dǎo)蛋白質(zhì)輸送到細胞靶部位的特異氨基酸序列。第68頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2、信號肽識別顆粒（Signalrecognitionparticle

，SRP，核糖核蛋白）及SPR受體

SPR位于胞液中

SPR受體位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER)上

第69頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3、輸送過程第70頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

過程：1）肽鏈合成約70AA殘基---SRP與信號肽及大亞單位結(jié)合，進一步結(jié)合GTP，肽鏈合成暫時停止；2）SRP-GTP識別并結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體，同時大亞單位通過核糖體受體錨定到ER膜，跨ER膜通道開放，包含信號肽在內(nèi)的肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；3）GTP水解，SRP釋放，多肽鏈恢復(fù)延伸；信號肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)被特異蛋白酶切割；4）多肽鏈折疊；加工修飾（如N-糖基化修飾）；5）由轉(zhuǎn)運小泡運輸?shù)礁郀柣w，進一步修飾和分選包裝，并運送到目的地

.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（二）線粒體蛋白的靶向輸送

熱休克蛋白外膜受體復(fù)合體跨內(nèi)外膜蛋白通道特異蛋白酶第73頁,共88頁，2024年2月25日，星期天輸送過程：1)蛋白質(zhì)前體與HSP70(熱休克蛋白）或線粒體輸入刺激因子（NSF);2)通過信號序列（導(dǎo)肽）識別并結(jié)合外膜受體復(fù)合物；3）由跨內(nèi)外膜蛋白質(zhì)通道轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)（HSP70水解ATP提供能量）；4)蛋白酶水解信號序列，折疊成功能分子。第74頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（三）細胞核蛋白的靶向輸送核輸入因子核孔復(fù)合物小GTP酶Ran第75頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

第76頁,共88頁，2024年2月25日，星期天輸送過程：1)蛋白質(zhì)前體（有NSL)結(jié)合核輸入因子αβ二聚體，形成復(fù)合物，并導(dǎo)向核孔；2)小GTP酶Ran水解GTP，復(fù)合物跨核孔轉(zhuǎn)位進入核基質(zhì)；3）復(fù)合物解