第12章3節(jié)肽鏈的生物合成過程

1、大理學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院大理學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院林春榕林春榕The Biosynthesis Process of Peptide Chain目錄目錄本節(jié)重要知識點本節(jié)重要知識點 原核生物肽鏈合成基本過程；原核生物肽鏈合成基本過程； 70S 70S起始復(fù)合物的組成；起始復(fù)合物的組成； 參與原核生物肽鏈合成的主要蛋白質(zhì)因子及其參與原核生物肽鏈合成的主要蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能。生物學(xué)功能。目錄目錄蛋白質(zhì)生物合成 (protein biosynthesis) 以氨基酸為原料；以氨基酸為原料； 以以mRNAmRNA為模板；為模板； 以以tRNAtRNA為運載工具；為運載工具； 以核糖體為合成場所；以核糖體為合成

2、場所； 起始、延長、終止各階段起始、延長、終止各階段蛋白因子參與合成蛋白質(zhì)蛋白因子參與合成蛋白質(zhì)的過程。的過程。目錄目錄 氨基酸的活化氨基酸的活化 肽鏈的生物合成肽鏈的生物合成 肽鏈形成后的加工肽鏈形成后的加工和靶向輸送和靶向輸送反應(yīng)過程反應(yīng)過程目錄目錄 翻譯時，從翻譯時，從mRNA的起始密的起始密碼子碼子AUG開始，按開始，按53方方向向逐一讀碼，直至終止密碼逐一讀碼，直至終止密碼子。于是，合成中的肽鏈從子。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從起始甲硫氨酸開始，從N-端端C-端端延長，直至終止密碼延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨子前一位密碼子所編碼的氨基酸?；?。 肽鏈的生物合

3、成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)目錄目錄 起始起始(initiation) 延長延長(elongation) 終止終止(termination )n整個過程可分為整個過程可分為 ：原核生物的肽鏈合成過程原核生物的肽鏈合成過程翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。 目錄目錄（一）起始（一）起始(initiation) 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程。白體結(jié)合而形成翻譯起始

4、復(fù)合物的過程。1. 核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；2. mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 4. 核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。目錄目錄IF-3IF-11.1.核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離目錄目錄A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合目錄目錄原核生物原核生物mRNAmRNA在核蛋白體小亞基上的準(zhǔn)確在核蛋白體小亞基上的準(zhǔn)確定位和結(jié)合涉及兩種機制：定位和結(jié)合涉及兩種機制： S-D S-D序列，又稱核糖體結(jié)合位點序列，又稱核糖體結(jié)合位點(ribosomal

5、 (ribosomal binding site, RBS);binding site, RBS); mRNA mRNA序列上緊接序列上緊接S-DS-D序列后的小核苷酸序列，序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白體小亞基蛋白可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1rpS-1識別并結(jié)合。識別并結(jié)合。通過通過RNA-RNARNA-RNA、RNA-RNA-蛋白質(zhì)相互作用，蛋白質(zhì)相互作用，mRNAmRNA序序列上的起始列上的起始AUGAUG即可在核糖體小亞基上準(zhǔn)確定即可在核糖體小亞基上準(zhǔn)確定位而形成復(fù)合體。位而形成復(fù)合體。目錄目錄nS-D序列序列在各種在各種mRNA起始起始AUG上游約上游約813核苷酸部位，核苷酸

6、部位，存在一段由存在一段由49個核苷酸組成的一致序列，富個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為，稱為Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又稱，又稱核蛋白體結(jié)合位核蛋白體結(jié)合位點點(ribosomal binding site, RBS)。一條多順反子。一條多順反子mRNA序列上的每個基因編碼序列均擁有各自序列上的每個基因編碼序列均擁有各自的的S-D序列和起始序列和起始AUG。目錄目錄S-D序列序列小亞基中的小亞基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶堿基端有一富含嘧啶堿基的短序列，如的短序列，如-UCCUCC-，通過與，通過與S-D序

7、列堿序列堿基互補而使基互補而使mRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。目錄目錄IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基A U G53目錄目錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53目錄目錄IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復(fù)合物形成過程起始復(fù)合物形成過程目錄目錄翻譯起始復(fù)合物的組分70S完整核糖體mRNAfMet-tRNAfMet目錄目錄起始因子的功能 IF1-占據(jù)A位，防止結(jié)合其他的氨基酰t

8、RNA; IF2-促進(jìn)起始fMet-tRNAfMet與小亞基的結(jié)合； IF3-促進(jìn)大、小亞基分離，提高P位對結(jié)合fMet-tRNAfMet的敏感性。目錄目錄 指在指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。1. 進(jìn)位進(jìn)位(positioning)/注冊注冊(registration)2. 成肽成肽(peptide bond formation)3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) （二）延長（二）延長(elongation) 肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱

9、為核蛋白體循環(huán)稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以，包括以下三步：下三步： 每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。目錄目錄1. 進(jìn)位進(jìn)位(positioning) 又稱又稱注冊注冊(registration)，是指一個氨基酰是指一個氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核蛋白體合到核蛋白體A位的過程。位的過程。目錄目錄 進(jìn)位需要延長因子進(jìn)位需要延長因子EF-Tu與與EF-Ts參與。參與。 目錄目錄Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn進(jìn)位的反應(yīng)過程：進(jìn)位的反應(yīng)過程：目錄目錄2.成肽成肽(pe

10、ptide bond formation) 成肽是在成肽是在轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白體白體P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨?；螂孽；螂孽?tRNA的肽?；D(zhuǎn)移到的肽酰基轉(zhuǎn)移到A位并與位并與A位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基結(jié)合形成肽鍵的過程。氨基結(jié)合形成肽鍵的過程。 目錄目錄n成肽的反應(yīng)過程成肽的反應(yīng)過程目錄目錄3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) 轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶的催化下，核蛋白體向轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶的催化下，核蛋白體向mRNA的的3 -端移動一個密碼子的距離，使端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列

11、上的下一個密碼子進(jìn)入核蛋白體序列上的下一個密碼子進(jìn)入核蛋白體的的A位、而占據(jù)位、而占據(jù)A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的過程。過程。 轉(zhuǎn)位需要延長因子轉(zhuǎn)位需要延長因子EF-G參與。參與。目錄目錄EF-G有有轉(zhuǎn)位酶（轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并活性，可結(jié)合并水解水解1分子分子GTP，釋放的能量促進(jìn)核蛋白體向釋放的能量促進(jìn)核蛋白體向mRNA的的3側(cè)移動，使起始二肽酰側(cè)移動，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移進(jìn)相對位移進(jìn)入核蛋白體入核蛋白體P位，而卸載的位，而卸載的tRNA則移入則移入E位。位。n轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) 目錄目錄目錄目錄fMetA

12、U G53fMetTuGTP成肽成肽轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位下一輪進(jìn)位下一輪進(jìn)位進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽n肽鏈合成延長肽鏈合成延長(核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán))過程過程目錄目錄延長因子的功能 EF-Tu-促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTP; EF-Ts-調(diào)節(jié)亞基； EF-G-有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促進(jìn)位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放卸載與釋放。目錄目錄（三）終止（三）終止(termination ) 指核蛋白體指核蛋白體A位出現(xiàn)位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋中

13、釋出，出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。過程。 終止階段需要釋放因子終止階段需要釋放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3參與。參與。 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 目錄目錄RF-3可結(jié)合核蛋白體其他部位，有可結(jié)合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介導(dǎo)能介導(dǎo)RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。與核蛋白體的相互作用。 n釋放因子的功能：釋放因子的功能：識別終止密碼子識別終止密碼子RF-1特異識別特異識別UAA、UAG； RF-2特異識別特異識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚哉T導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚源呋律逆溑c結(jié)合在催化

14、新生肽鏈與結(jié)合在P位的位的tRNA之間之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。目錄目錄蛋白質(zhì)生物合成的能耗蛋白質(zhì)生物合成的能耗目錄目錄 多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成以高速度、高效率進(jìn)行。合成以高速度、高效率進(jìn)行。（四）多聚核蛋白體（四）多聚核蛋白體(polysome) 1條條mRNA模板鏈都可附著模板鏈都可附著10100個核個核蛋白體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子蛋白體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子并沿并沿53方向讀碼移動，同時進(jìn)行肽鏈合成，方向讀碼移動，同時進(jìn)行肽鏈合成，這種這種mRNA與多個核蛋白體形成的聚合物稱與多個核蛋白體形成的聚合物稱為多聚核蛋白體為多聚