蛋白質的生物合成MJ

1、會計學1蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成MJl 三種三種RNA mRNA rRNA tRNA一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼細菌礬土顆粒細菌礬土顆粒輕輕研磨輕輕研磨細菌液細菌液離心，去除細胞壁和膜離心，去除細胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖體、酶、離子）核糖體、酶、離子）DNA水解酶，水解酶，20種氨基酸等種氨基酸等蛋白質蛋白質DNase蛋蛋白白質質合合成成量量時間時間 遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子順反子（cistroncistron）。）。 原核細胞中數個結構基因常串聯(lián)為一個轉錄單原核細胞中數個結構基因

2、常串聯(lián)為一個轉錄單位，轉錄生成的位，轉錄生成的mRNAmRNA可編碼幾種功能相關的可編碼幾種功能相關的蛋白質，為蛋白質，為多順反子多順反子（polycistronpolycistron）。）。 真核生物一個真核生物一個mRNAmRNA只編碼一種蛋白質，為只編碼一種蛋白質，為單單順反子順反子（single cistronsingle cistron）。）。mRNA結構簡圖結構簡圖l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開開始，每始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，個氨基

3、酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為稱為三聯(lián)體密碼（三聯(lián)體密碼（triplet codon）。）。53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAORF保溫保溫蛋白質合成停止蛋白質合成停止poly U，ATP，GTP，氨基酸，氨基酸多聚苯丙氨酸（多聚苯丙氨酸（UUU是是Phe的密碼子）的密碼子）同樣方法證明了同樣方法證明了CCC是是Pro的密碼子，的密碼子，AAA是是Lys的密碼子。的密碼子。提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖、核糖 體、酶、離子）體、酶、離子）遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯密碼密碼子的子的第一第一個字個字母母密碼子的第二個字母密碼子的第二個字母l遺

4、傳密碼的特點遺傳密碼的特點編碼蛋白質氨基酸序列的各個三編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無重疊。也無重疊。 重疊密碼重疊密碼非重疊非重疊連續(xù)的連續(xù)的密碼密碼不連續(xù)的密碼不連續(xù)的密碼基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshift mutation)。 由于對由于對mRNA外顯子的加工，造成外顯子的加工，造成mRNA與其與其DNA模板序列之間不匹配，模板序列之間不匹配，使同一使同一mRNA前體翻譯出序列、功能不同前體翻譯出序列、功能不同

5、的蛋白質。這種基因表達的調節(jié)方式稱為的蛋白質。這種基因表達的調節(jié)方式稱為mRNA編輯（編輯（mRNA editing)。 mRNA編輯編輯遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有僅有一個密碼子外，其余氨基酸有24個或多至個或多至6個密碼子為之編碼。個密碼子為之編碼。AlaThrtRNA上反密碼子的上反密碼子的第第1位位堿基與堿基與mRNA密碼子的密碼子的第第3位位堿基配對時，可以堿基配對時，可以在一定范圍內變動，即并不嚴格遵循堿基在一定范圍內變動，即并不嚴格遵循堿基配對規(guī)律，這一現象稱為配對規(guī)律，這一現象稱為擺動性擺動性。擺動配對擺動配對U核蛋

6、核蛋白體白體原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白質蛋白質 S S值值 rRNArRNA 蛋白質蛋白質S S值值rRNArRNA小亞基小亞基2121種種30S30S16S16S3333種種40S40S18S18S大亞基大亞基3434種種50S50S23S23S5S5S4949種種60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核蛋白核蛋白體體70S70S80S80S原核生物核蛋白體結構模式原核生物核蛋白體結構模式反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA在翻譯過程在翻譯過程中起中起接合體接合體（adaptoradaptor）作用，又是作用，又是氨基酸的運氨基酸的運載體。載體。氨基酸氨基酸

7、+ tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應第一步反應氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第二步反應第二步反應氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E（二）起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNAMet-tRNAifMetfMet-tRNAifMet轉甲?；窷10-CHO FH4原核生物起始因子有三種：原核生物起始因子有三種：IF-1：占據：占據A

8、位防止結合其他位防止結合其他tRNA。IF-2：促進起始：促進起始tRNA與小亞基結合。與小亞基結合。IF-3：促進大小亞基分離，提高：促進大小亞基分離，提高P位對位對結合起始結合起始tRNA敏感性。敏感性。IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA與小亞基結合與小亞基結合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核蛋白體大亞基結合核蛋白體大亞基結合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-G

9、TPGDPPi起始過程消耗起始過程消耗1個個GTP。核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA結合；結合；mRNAmRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結合。核蛋白體大亞基結合。起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合eIF-2B, eIF-3 促進大小亞基分離促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結合小亞基結合小亞基eIF-4B促進促進mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復合

10、物成分，結合復合物成分，結合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合eIF-4E和和PABeIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大小亞基促進核蛋白體分離成大小亞基mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復合物形成過程復合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為

11、核蛋白體循環(huán)（進行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為以下三步：以下三步： 進位進位（entrance） 成肽成肽（peptide bond formation） 轉位轉位（translocation）原核延原核延長因子長因子生物功能生物功能對應真核對應真核延長因子延長因子EF-Tu促進氨基酰促進氨基酰-tRNA進入進入A位，位，結合分解結合分解GTPEF-1-EF-Ts調節(jié)亞基調節(jié)亞基EF-1-EFG有轉位酶活性，促進有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促進卸載促進卸載tR

12、NA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 （一）進位（一）進位指根據指根據mRNA下一組遺傳密碼指下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白進入核蛋白體體A位。位。延長因子延長因子EF-T催化催化進位（原核生物）進位（原核生物）TuTsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由轉肽酶（是由轉肽酶（transpeptidase）催化的肽）催化的肽鍵形成過程。鍵形成過程。fMetA U G53fMetTuGTP進進位位轉轉位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因基本相似，但有不同的反

13、應體系和延長因子。子。另外，真核細胞核蛋白體沒有另外，真核細胞核蛋白體沒有E E位，轉位，轉位時卸載的位時卸載的tRNAtRNA直接從直接從P P位脫落。位脫落。（四）真核生物延長過程（四）真核生物延長過程 三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止當當mRNA上終止密碼出現后，多肽鏈上終止密碼出現后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。為肽鏈合成終止。終止相關的蛋白因子稱為釋放因子終止相關的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 識別終止密碼，如識別終止密碼，

14、如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而而RF-2可識別可識別UAA、UGA。 誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RFCOO-第四節(jié)第四節(jié) 多肽鏈折疊為天然的三維結構多肽鏈折疊為天然的三維結構 肽鏈一級結構的修飾肽鏈一級結構的修飾 高級結構修飾高級結構修飾 （1）熱休克蛋白）熱休克蛋白(heat shock protein, HSP

15、) HSP70、HSP40和和GreE族族 （2）伴侶素）伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族1. 分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細胞中一類保守蛋白質，可識別分子伴侶是細胞中一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。的正確折疊。 熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用：熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用：結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成段進行折疊。形成HSP70和多肽片段依次和多肽片段依次結合、解離的循環(huán)。結合、解離的循環(huán)。 HSP40結合待結合

16、待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復合物復合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復合物多肽復合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用: :為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。成天然空間構象的微環(huán)境。 伴侶素系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程伴侶素系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程 2. 蛋白二硫鍵異構酶（蛋白二硫鍵異構酶（PDI） 二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂可在較大

17、區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。3. 肽肽-脯氨酰順反異構酶脯氨酰順反異構酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。種異構體，空間構象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。異構體之間的轉換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可成的限速酶，在肽鏈

18、合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。 NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin蛋白質的靶向輸送（蛋白質的靶向輸送（protein targeting） 信號序列信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信號肽信號肽內質網腔蛋白內質網腔蛋白 信號肽，信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）核蛋白

19、核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）過氧化體蛋白過氧化體蛋白 -Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 （一）（一）分泌蛋白的靶向輸送分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內質網，再分別被包裝成送過程首先要進入內質網，再分別被包裝成分泌小泡而分泌出細胞。分泌小泡而分泌出細胞。 信號肽信號肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基

20、酸序列稱信號肽?；嵝蛄蟹Q信號肽。 N端側堿性區(qū)端側堿性區(qū) 疏水核心區(qū)疏水核心區(qū) C端加工區(qū)端加工區(qū) 信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網 第五節(jié)第五節(jié)抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產生的能夠殺滅或抑制細菌是微生物產生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物。的一類藥物。一、抗生素類一、抗生素類四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理應用應用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素鏈霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基真核大亞基真核大亞基真核、原核真核、原核核蛋白體核蛋白體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞與小亞基結合基結合改變構象引起讀碼錯誤、改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制起始抑制轉肽酶、阻