蛋白質的生物合成翻譯ppt課件

1、 Protein Biosynthesis (Translation)蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成(翻譯翻譯)第十二章第十二章 蛋白質的生物合成過程就是將mRNA分子中由堿基序列組成的遺傳信息，經過遺傳密碼破譯的方式轉變成為蛋白質中的氨基酸陳列順序，因此稱為翻譯translation)。 第一節(jié)蛋白質合成體系Protein Biosynthesis Systeml 20種氨基酸作為原料種氨基酸作為原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、無機離子、無機離子參與蛋白質生物合成的物質包括：參與蛋白質生物合成的物質包括：l 三種三種RNAl mRNAl rRNA

2、l tRNA 1961年，年，Nirenberg 證明了證明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼 mRNA mRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者 遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子cistroncistron。 原核細胞中數個構造基因常串聯(lián)為一個轉錄單原核細胞中數個構造基因常串聯(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，為多順反子蛋白質，為多順反子polycistronpolycistron。 真核生物一個真核生物一個mRNAmR

3、NA只編碼一種蛋白質，為單只編碼一種蛋白質，為單順反子順反子single cistronsingle cistron。 mRNA構造簡圖構造簡圖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開場，每開場，每3個核苷酸為一組，決議肽鏈個核苷酸為一組，決議肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止 信 號 ， 稱 為 三 聯(lián) 體 密 碼 止 信 號 ， 稱 為 三 聯(lián) 體 密 碼 t r i p l e t codon。53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAORF從從mRNA 5端起始密碼

4、子端起始密碼子AUG到到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼延續(xù)陳列編碼一條多肽鏈，稱為開放體密碼延續(xù)陳列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框架閱讀框架(open reading frame, ORF)。 遺遺傳傳密密碼碼表表密密碼碼子子的的第第一一個個字字母母密碼子的第二個字母密碼子的第二個字母1. 延續(xù)性延續(xù)性commalessl遺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)體密碼延續(xù)閱讀，密碼間既無間隔聯(lián)體密碼延續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無重疊。也無重疊。 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿閱讀框

5、架內的堿基發(fā)生插入或缺失，能夠導致框移突變基發(fā)生插入或缺失，能夠導致框移突變(frameshift mutation)。 2. 簡并性簡并性degeneracy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，其他氨基酸有僅有一個密碼子外，其他氨基酸有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。密碼子簡并性的生物學意義：減少有密碼子簡并性的生物學意義：減少有害突變。害突變。 遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。堿基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr3. 通用性通用性universa

6、l 蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。物到人類都通用。 有少數例外，如動物細胞的線粒體、植有少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。物細胞的葉綠體。 密碼的通用性進一步證明各種生物進化密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。自同一祖先。 4. 擺動性擺動性wobbletRNA上反密碼子的第上反密碼子的第1位堿基與位堿基與mRNA密碼子的第密碼子的第3位堿基配對時，可以位堿基配對時，可以在一定范圍內變動，即并不嚴厲遵照堿基在一定范圍內變動，即并不嚴厲遵照堿基配對規(guī)律，這一景象稱為擺動性。配對規(guī)律，這一景象稱為擺動性。擺動配對擺動配對

7、U 二、核蛋白體是多肽鏈合成的安裝二、核蛋白體是多肽鏈合成的安裝 核蛋白體的組成核蛋白體的組成核蛋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原核生物核蛋白體構造方式原核生物核蛋白體構造方式 30S小亞基：有小亞基：有mRNA結合位點結合位點50S大亞基：大亞基： E位：排出位

8、位：排出位Exit site轉肽酶活性轉肽酶活性大小亞基共同組成：大小亞基共同組成：A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(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接合體中起接合體adaptoradaptor作用，又是氨基酸的運作用，又是氨基酸的運載體。載體。氨基酸氨基酸 + 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

9、)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反響第一步反響氨基酸氨基酸ATPATPE E 氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-EAMP AMP PPi PPi 第二步反響第二步反響氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E E真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet二起始肽鏈合成的氨基酰二起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA fMet-tRNAifMet的生成：Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet轉甲酰基酶N10-CHO FH4 第二節(jié)蛋白質生物合成過程The Pro

10、cess of Protein Biosynthesis蛋白質合成中蛋白質合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白質的合成方向：蛋白質的合成方向：N端端 C端。端。蛋白質合成過程：蛋白質合成過程：起始起始延伸延伸終止終止一、肽鏈合成起始一、肽鏈合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別分別與核蛋白體結合而構成翻譯起始復合物與核蛋白體結合而構成翻譯起始復合物 (translational initiation complex)。參與起始過程的蛋白質因子稱起始參與起始過程的蛋白質因子稱起始因子因子initiation factor，IF。參與起始過程的蛋白質因子稱起始因參

11、與起始過程的蛋白質因子稱起始因子子initiation factor，IF。原核生物起。原核生物起始因子有三種：始因子有三種：IF-1：占據：占據A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：促進大小亞基分別，提高：促進大小亞基分別，提高P位對位對結合起始結合起始tRNA敏感性。敏感性。一原核生物翻譯起始復合物構成一原核生物翻譯起始復合物構成核蛋白體大小亞基分別；核蛋白體大小亞基分別；mRNA在小亞基定位結合；在小亞基定位結合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結合；的結合； 核蛋白體大亞基結合。核蛋白體大亞基結合。IF-3IF

12、-11. 核蛋白體大小亞基分別核蛋白體大小亞基分別A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合S-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密碼起始密碼AUG上上游，存在游，存在49個富含嘌呤堿的一致性序列，個富含嘌呤堿的一致性序列，如如-AGGAGG-，稱為，稱為S-D序列。又稱為核序列。又稱為核蛋白體結合位點蛋白體結合位點ribosomal binding site，RBS) S-D序列序列 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

13、蛋白體大亞基結合核蛋白體大亞基結合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程耗費起始過程耗費1個個GTP。二真核生物翻譯起始復合物構成二真核生物翻譯起始復合物構成核蛋白體大小亞基分別；核蛋白體大小亞基分別；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。真核生物翻譯起始因子真核生物翻譯起始因子 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-4Ae

14、IF-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mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻譯起始真

15、核生物翻譯起始復合物構成過程復合物構成過程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 真核生物翻譯起始的特點核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲?；籱RNA的5帽子和3poly A尾構造與mRNA在核蛋白體就位有關；起始tRNA先與核蛋白體小亞基結合，然后再結合mRNA二、肽鏈的延伸二、肽鏈的延伸指按照指按照mRNA密碼序列的指點，依密碼序列的指點，依次添加氨基酸從次添加氨基酸從N端向端向C端延伸肽鏈，直端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。到合成終止的過程。 肽鏈的延伸是在核蛋白體上延續(xù)性循環(huán)式肽鏈的延伸是在核蛋白體上延續(xù)性循環(huán)式進展，又稱為核蛋白體循環(huán)進展，又稱為核

16、蛋白體循環(huán)ribosomal cycle)，每次循環(huán)添加一個氨基酸，分為，每次循環(huán)添加一個氨基酸，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tRNA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延伸因子肽鏈

17、合成的延伸因子 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點，使相應氨基酰點，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白進入核蛋白體體A位。位。 延伸因子延伸因子EF-T催化催化進位原核生物進位原核生物 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP二成肽二成肽是由轉肽酶是由轉肽酶transpeptidase催化的肽催化的肽鍵構成過程。鍵構成過程。三轉位三轉位延伸因子延伸因子EF-G有轉位酶有轉位酶translocase 活性，可結合并水解活性，可結合并水解1分分子子GTP，促進核蛋白體向，促進核蛋白體向mRNA的的3側挪側挪動。動。fMetA U G53fMetTuGTP進進

18、位位轉轉位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延伸過程與原核真核生物肽鏈合成的延伸過程與原核根本類似，但有不同的反響體系和延伸因根本類似，但有不同的反響體系和延伸因子。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位零落。位零落。四真核生物延伸過程四真核生物延伸過程 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(xiàn)后，多肽鏈上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停頓，肽鏈從肽酰合成停頓，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核蛋白體等分別，這些過程稱、核蛋白體等分別，這些過程稱為肽鏈合成終止。為肽鏈合成終止。

19、 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，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。 誘導轉肽酶改動為酯酶活性，使肽鏈從核蛋誘導轉肽酶改動為酯酶活性，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 G53COO-核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)53N terminal 原核生物蛋白質合成的能量計

20、算原核生物蛋白質合成的能量計算氨基酸活化：氨基酸活化：2個個PATP起始：起始： 1個個GTP延伸：延伸： 2個個GTP終止：終止： 1個個GTP結論：每合成一個肽鍵至少耗費結論：每合成一個肽鍵至少耗費4個個P。 多聚核蛋白體多聚核蛋白體 polysome)一個一個mRNA分子分子可同時有多個核蛋白可同時有多個核蛋白體在進展同一種蛋白體在進展同一種蛋白質的合成，這種質的合成，這種mRNA和多個核蛋白和多個核蛋白體的聚合物稱為多聚體的聚合物稱為多聚核蛋白體。核蛋白體。多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質合成高速、高效進展。使蛋白質合成高速、高效進展。53蛋白質合成后加工和保送蛋白

21、質合成后加工和保送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經過不同的翻譯后復雜加工過程才生物活性，必需經過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍住＾D變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍?。主要包括主要包括多肽鏈折疊多肽鏈折疊(fold)為天然的三維為天然的三維(threedimension)構造構造 肽鏈一級構造的修飾肽鏈一級構造的修飾高級構造修飾高級構造修飾 蛋白質的成熟蛋白質的成熟一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋

22、白質一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質 普通以為，多肽鏈本身氨基酸順普通以為，多肽鏈本身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級構造是空間構象的根底。一級構造是空間構象的根底。 細胞中大多數天然蛋白質折疊都細胞中大多數天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需求其他酶、不是自動完成，而需求其他酶、蛋白輔助。蛋白輔助。 一級構造是空間構象的根底一級構造是空間構象的根底蛋白質折疊的根本方式蛋白質折疊的根本方式分子伴侶熱休克蛋白分子伴侶熱休克蛋白hsp70的作用的作用分子伴侶熱休克蛋白分子伴侶熱休克蛋白hsp60的作用的作用二、一級構造的修飾二、一級構造的修飾一肽鏈一肽鏈N端的

23、修飾端的修飾二個別氨基酸的修飾二個別氨基酸的修飾三多肽鏈的水解修飾三多肽鏈的水解修飾三、高級構造的修飾三、高級構造的修飾一亞基聚合一亞基聚合 二輔基銜接二輔基銜接三疏水脂鏈的共價銜接三疏水脂鏈的共價銜接蛋白質合成后需求經過復雜機制，定蛋白質合成后需求經過復雜機制，定向保送到最終發(fā)揚生物功能的細胞靶部向保送到最終發(fā)揚生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質的靶向保送。位，這一過程稱為蛋白質的靶向保送。 四、蛋白質合成后的靶向保送四、蛋白質合成后的靶向保送蛋白質的靶向保送蛋白質的靶向保送protein targeting一切靶向保送的蛋白質構造中存在分一切靶向保送的蛋白質構造中存在分選信號，主要為

24、選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列這一序列稱為信號序列 。 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）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV4

25、0 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）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向保送蛋白的信號序列或成分靶向保送蛋白的信號序列或成分 一分泌蛋白的靶向保送一分泌蛋白的靶向保送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向保真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向保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酸序列稱信號肽。基酸序列稱信號肽。 信號肽的一

26、級構造信號肽的一級構造N端側堿性區(qū)端側堿性區(qū) 疏水中心區(qū)疏水中心區(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 二線粒體蛋白的靶向保送二線粒體蛋白的靶向保送 三細胞核蛋白的靶向保送三細胞核蛋白的靶向保送 蛋白質生物合成的干擾和抑制蛋白質生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四四 節(jié)節(jié)蛋白質生物合成是很多天然抗生素蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是經過和某些毒素的作用靶點。它們就是經過阻斷真核、原核生物蛋白質翻譯體系某阻斷真核、原核生物

27、蛋白質翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質生物合成組分功能，干擾和抑制蛋白質生物合成過程而起作用的。過程而起作用的。 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產生的可以殺滅或抑制細菌的一是微生物產生的可以殺滅或抑制細菌的一類藥物。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