蛋白質(zhì)的生物合成PPT課件

1、遺傳信息傳遞的 中心法則蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)存在存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，通過(guò)通過(guò)DNA復(fù)制復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，這些遺子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，這些遺傳信息通過(guò)傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄傳遞給傳遞給RNA，再由再由RNA通過(guò)通過(guò)翻譯翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列

2、順序，由蛋白質(zhì)肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來(lái)表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的病毒能以自己的RNA為模板為模板復(fù)制復(fù)制出新出新的病毒的病毒RNA，還有一些還有一些RNA病毒能以病毒能以其其RNA為模板合成為模板合成DNA，稱為稱為逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補(bǔ)充。這是中心法則的補(bǔ)充。 中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對(duì)

3、細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面?zhèn)儗?duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了深刻的革命。的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了深刻的革命。第1頁(yè)/共43頁(yè)遺傳信息流動(dòng)示意圖核糖體核糖體DNAmRNAtRNA第2頁(yè)/共43頁(yè)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的機(jī)理蛋白質(zhì)合成的機(jī)理蛋白質(zhì)合成的機(jī)理第三節(jié) 肽鏈合成后的折疊肽鏈合成后的折疊肽鏈合成后的折疊與與與加工加工加工第四節(jié) 蛋白質(zhì)定位蛋白質(zhì)定位蛋白質(zhì)定位第3頁(yè)/共43頁(yè)二

4、、t RNA三、核糖體核糖體一、一、mRNA和和遺傳密碼遺傳密碼四、四、輔助因子輔助因子第4頁(yè)/共43頁(yè)mRNA (messenger RNA)是是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。原核生物原核生物和和真核生物真核生物mRNA的比較的比較第5頁(yè)/共43頁(yè)三聯(lián)體密碼的破譯三聯(lián)體密碼的破譯三聯(lián)體密碼的破譯遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì) 遺傳密碼遺傳密碼: DNA（或（或mRNA）中的核苷酸序中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。遺

5、傳密碼。 密碼子密碼子(codon)：mRNA上每上每3個(gè)相鄰的核個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。遺傳密碼字典遺傳密碼字典遺傳密碼字典第6頁(yè)/共43頁(yè)2、以隨機(jī)共聚合指導(dǎo)多肽的合成、以隨機(jī)共聚合指導(dǎo)多肽的合成例：以隨機(jī)共聚物例：以隨機(jī)共聚物A、C為模板，任意排列可為模板，任意排列可 出現(xiàn)出現(xiàn)8種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽。種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽。1、以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成3、以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以特定

6、的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成4、核糖體結(jié)合技術(shù)核糖體結(jié)合技術(shù)第7頁(yè)/共43頁(yè)以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyphePolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolylysPolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Polypro第8頁(yè)/共43頁(yè)（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基個(gè)氨基酸組成的多肽酸組成的多肽 、PolyUG的模板，合成產(chǎn)物為的模板，合成產(chǎn)物為L(zhǎng)ys和和Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨 基

7、酸組成的多肽?；峤M成的多肽。第9頁(yè)/共43頁(yè)技術(shù)要點(diǎn)：保溫 分析留在濾膜上的-AAtRNA 確定與核糖體結(jié)合的AA以人工合成的以人工合成的+AA-tRNA第10頁(yè)/共43頁(yè)遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG第11頁(yè)/共43頁(yè)3、密碼的、密碼的簡(jiǎn)并性與擺動(dòng)性簡(jiǎn)并性與擺動(dòng)性：由一種以上密碼子編碼同一個(gè)：由一種以上密碼子編碼同一個(gè) 氨基酸氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并，對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并，對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymous codon)。多數(shù)情況下同義密碼子的第一第二個(gè)堿

8、基相多數(shù)情況下同義密碼子的第一第二個(gè)堿基相同，第三個(gè)堿基不同，說(shuō)明密碼的專一性主要是由第一第二個(gè)堿基同，第三個(gè)堿基不同，說(shuō)明密碼的專一性主要是由第一第二個(gè)堿基所決定。所決定。4、64組密碼子中，組密碼子中，AUG既是的密碼，又是起始密既是的密碼，又是起始密 碼；有三組密碼碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。 1、密碼子是近于完全、密碼子是近于完全通通用用的。的。 2、密碼是、密碼是無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的且相鄰密碼子的且相鄰密碼子互不重疊互不重疊。 第12頁(yè)/共43頁(yè)1966年Crick根據(jù)立體化學(xué)原理

9、提出：（2）有些反密碼子的第一個(gè)堿基（按）有些反密碼子的第一個(gè)堿基（按5-3）決定了）決定了 該該tRNA識(shí)別密碼子的數(shù)目。識(shí)別密碼子的數(shù)目。（3）當(dāng)一種氨基酸有幾個(gè)密碼子時(shí)，只要他們的第一）當(dāng)一種氨基酸有幾個(gè)密碼子時(shí)，只要他們的第一 和第二個(gè)堿基中有一個(gè)不同，則需要不同的和第二個(gè)堿基中有一個(gè)不同，則需要不同的tRNA 來(lái)識(shí)別來(lái)識(shí)別。（1）mRNA上的密碼子的第一、第二個(gè)堿基上的密碼子的第一、第二個(gè)堿基 與與tRNA上上 的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強(qiáng)的配對(duì)；密碼的專一的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強(qiáng)的配對(duì)；密碼的專一 性主要是由這兩個(gè)堿基對(duì)的性主要是由這兩個(gè)堿基對(duì)的 作用。作用。第13頁(yè)/共43頁(yè)原核

10、細(xì)胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5 3 順?lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋硬迦腠樞虿迦腠樞虿迦腠樞虿迦腠樞蛳葘?dǎo)區(qū)先導(dǎo)區(qū)末端順序末端順序AGGAGGUSD區(qū)區(qū)帽子結(jié)構(gòu)功能帽子結(jié)構(gòu)功能 半衰期短半衰期短 許多原核生物許多原核生物mRNAmRNA以多順?lè)醋有问酱嬖谝远囗樂(lè)醋有问酱嬖?AUGAUG作為起始密碼；作為起始密碼；AUGAUG上游上游7 71212個(gè)核苷酸處有一被稱為個(gè)核苷酸處有一被稱為SDSD序列的序列的保守區(qū)，保守區(qū)， 1616S rRNA3- S rRNA3- 端反向互補(bǔ)而使端反向互補(bǔ)而使mRNAmRNA與核糖體結(jié)合。與核糖體結(jié)合。第14頁(yè)/共43頁(yè)真核細(xì)胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5

11、 “帽子帽子”PolyA 3 順?lè)醋禹樂(lè)醋觤7G-5 ppp-N-3 p帽子結(jié)構(gòu)功能帽子結(jié)構(gòu)功能 使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破壞免遭核酸酶的破壞 使使mRNAmRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì) 被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。 是是mRNAmRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式所必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性中的穩(wěn)定性AAAAAAA-OH第15頁(yè)/共43頁(yè)tRNA （transfer ribonucleic

12、 asid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體。氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)2、tRNA的功能的功能（1）被特定的氨酰）被特定的氨酰- tRNA合成酶識(shí)別，使合成酶識(shí)別，使tRNA接受正確的活化氨基酸。接受正確的活化氨基酸。（2）識(shí)別識(shí)別mRNA鏈上的密碼子。鏈上的密碼子。（3）在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，）在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，tRNA起著連結(jié)生長(zhǎng)起

13、著連結(jié)生長(zhǎng)的多肽鏈與核的多肽鏈與核 糖體的作用。糖體的作用。 第16頁(yè)/共43頁(yè)密碼子與反密碼子的配對(duì)關(guān)系反密碼子反密碼子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密碼子密碼子1 2 3第17頁(yè)/共43頁(yè)核糖核糖體體核核 糖糖 體體 是由是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。體上進(jìn)行的。2、核糖體的功能核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)核糖體的結(jié)構(gòu)和和組成組成第18頁(yè)/共43頁(yè)核核糖糖體體的的組組成成原核生物

14、核糖體原核生物核糖體的組成的組成原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖第19頁(yè)/共43頁(yè)原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖30S與與mRNA結(jié)合部位結(jié)合部位結(jié)合結(jié)合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）結(jié)合或接結(jié)合或接受受AA- tRNA的的部位）部位）50SmRNA第20頁(yè)/共43頁(yè)真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段階段原核原核 真核真核 功功 能能IF1IF2 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成參與起始復(fù)合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始起始CBP I 與與mRNA帽子結(jié)合帽子結(jié)合 eIF4A B F 參與尋找第一個(gè)參與尋找第一個(gè)AUGeIF5 協(xié)助協(xié)

15、助eIF2 、 eIF3、eIF4C的的釋放釋放eIF6 協(xié)助協(xié)助60S亞基從無(wú)活性的核糖體上解離亞基從無(wú)活性的核糖體上解離EF-Tu eEF1 協(xié)助氨酰協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體進(jìn)入核糖體延長(zhǎng)延長(zhǎng)EF-Ts eEF1 幫助幫助EF-Tu 、 eEF1 周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn) EF-G eEF2 移位因子移位因子RF-1終止終止 eRF 釋放完整的肽鏈釋放完整的肽鏈RF-2第21頁(yè)/共43頁(yè)氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸的活化原核生物多肽鏈的合成過(guò)程原核生物多肽鏈的合成過(guò)程原核生物多肽鏈的合成過(guò)程真核生物多肽鏈的合成真核生物多肽鏈的合成真核生物多肽鏈的合成多核糖體與核糖體循環(huán)多核糖體與核糖體循環(huán)多核糖體與

16、核糖體循環(huán)第22頁(yè)/共43頁(yè)氨基酸的活化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNA第23頁(yè)/共43頁(yè)N-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成CHOCHO-HN-CH-COO-HN-CH-COO-tRNAtRNA CHCH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO- + +H H2 2N-CH-COO-N-CH-COO-tRNAtRNA CHCH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO-Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMet轉(zhuǎn)甲酰酶轉(zhuǎn)甲酰酶第24頁(yè)/共4

17、3頁(yè) ： 對(duì)氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 對(duì)tRNA 具有極高專一性。 ：氨酰- tRNA合成酶的水解 部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。第25頁(yè)/共43頁(yè) 原核生物多肽鏈的合成分為三個(gè)階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長(zhǎng)3、肽鏈合成的終止及釋放第26頁(yè)/共43頁(yè)30S亞基亞基 mRNA IF3- IF1復(fù)合復(fù)合物物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1復(fù)合物復(fù)合物70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物 mRNA +30S亞基亞基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2

18、IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF35050S S亞基亞基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始復(fù)合物復(fù)合物第27頁(yè)/共43頁(yè)肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的延長(zhǎng)第28頁(yè)/共43頁(yè)（1 1）釋放因子）釋放因子RFRF1 1或或RFRF2 2進(jìn)入核糖體進(jìn)入核糖體A A位。位。 （2 2）多肽鏈的釋放）多肽鏈的釋放（3 3）7070S S核糖體解離核糖體解離tRNARFRF第29頁(yè)/共43頁(yè)肽鍵的形成第30頁(yè)/共43頁(yè)TuTs循環(huán)第31頁(yè)/共43頁(yè)多多核糖體與核糖體循環(huán)合成完畢合成完畢的肽鏈的肽鏈多核糖體多核糖體3mRNA延伸中的肽鏈延伸中的肽鏈5核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)第32頁(yè)/共43

19、頁(yè)1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首 先識(shí)別mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移動(dòng)尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長(zhǎng)因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過(guò)程都類似于原核細(xì)胞。第33頁(yè)/共43頁(yè) 肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過(guò)程。正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過(guò)程。 體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白質(zhì)參與，稱為助

20、折疊蛋白: （1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶異構(gòu)酶（PDI）； （2）分子伴侶分子伴侶 Lasky于于1978年首先提出分子伴侶（年首先提出分子伴侶（mulecular chaperone）的概念，這是一類在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽的概念，這是一類在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。原核生物和真核生物中廣泛存在。第34頁(yè)/共43頁(yè)1、肽鏈末端的修飾：、肽鏈末端的修飾： N-端端fMet或或Met的切除的切除2、信號(hào)序列的切除、信號(hào)序列的切除3、二硫鍵的形成、二硫鍵的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、個(gè)別氨基酸的修飾、個(gè)別氨基酸的修飾6、糖基側(cè)鏈的添加、糖基側(cè)鏈的添加7、輔基的加入、輔基的加入實(shí)例：實(shí)例：胰島素原的加工胰島素原的加工第35頁(yè)/共43頁(yè)胰島素原的加工胰島素原的加工A鏈區(qū)鏈區(qū)B鏈區(qū)鏈區(qū)間插序列（間插序列（C肽區(qū)）肽區(qū)）HSSHSHSHHSHS信號(hào)肽信號(hào)肽NC核糖體上合成出無(wú)規(guī)核糖體上合成出無(wú)規(guī)則卷曲的則卷曲的前胰島素原前胰島素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟