蛋白質(zhì)生物合成翻譯

1、蛋白質(zhì)生物合成翻譯2. 20種編碼氨基酸作為原料。種編碼氨基酸作為原料。3. 酶及眾多蛋白因子，如酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF。4. ATP、GTP、無機離子。、無機離子。1. 三種三種RNAmRNA(信使信使RNA)rRNA(核糖體核糖體RNA)tRNA(轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA)一、蛋白質(zhì)生物合成的原料和所需酶類一、蛋白質(zhì)生物合成的原料和所需酶類(Protein Biosynthesis System)1氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 ATP存在下合成氨基酰存在下合成氨基酰-tRNA，具有絕對特異性。，具有絕對特異性。2轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶 催化核糖體催化核糖體“P位位”上的肽?；D(zhuǎn)移至上的肽?；D(zhuǎn)

2、移至“A位位”的氨的氨基?；?tRNA的氨基上，使?；c氨基縮合形成肽鍵。的氨基上，使?；c氨基縮合形成肽鍵。3轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶 催化核糖體向催化核糖體向mRNA的的3端移動定位于端移動定位于“A位位”。4蛋白因子蛋白因子 起始因子起始因子(initiation factor，IF); 延長因子延長因子(elongation factor，EF); 釋放因子（釋放因子（releasing factor，RF）。）。5能量物質(zhì)及離子能量物質(zhì)及離子 能量物質(zhì)為能量物質(zhì)為ATP和和GTP；無機離子有；無機離子有Mg2+和和K+等。等。1.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

3、遺傳單位稱為順反子。2.原核細胞中數(shù)個結構基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，原核細胞中數(shù)個結構基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質(zhì)，可編碼幾種功能相關的蛋白質(zhì)，為多順反子為多順反子(polycistron) 。3.真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(single cistron) 。(一一)順反子順反子(cistron)原核生物的多順反子原核生物的多順反子真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核糖體結合位點核糖體結合位點起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)m

4、G -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPP(二二) 遺傳密碼及其特點遺傳密碼及其特點(1)mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開始，每開始，每3個個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(triplet coden)。(2)起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG (3)終止密碼終止密碼(termination coden):UAAUAGUGA從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終止密碼子端終止密碼子之間的核苷酸序列，

5、各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)纈纈 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸天冬氨酸天冬氨酸谷谷 氨氨 酸酸谷谷 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸CAG遺傳密碼表遺傳密碼表2. 簡并性簡并性(degeneracy) 遺傳密碼中，除色氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和蛋氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸均有多和蛋氨酸僅有一個密碼子外

6、，其余氨基酸均有多個密碼子。個密碼子。5. 擺動性擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互的反密碼需要通過堿基互補與補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結合，但反密碼上的遺傳密碼反向配對結合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。動配對。 (1) 整套密碼從原核生物到人類都通用，但動物細整套密碼從原核生物到人類都通用，但動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體例外。胞的線粒體、植物細胞的葉綠體例外。 (2)密碼的通用性證明各種生物進化自同一祖先。密碼的通用性證明各種生物進化自同一祖先。 起始密碼子位于起

7、始密碼子位于mRNA鏈的鏈的5-端，終止密碼子位端，終止密碼子位于于3-端，翻譯時沿端，翻譯時沿53方向進行，直到終止密碼子為方向進行，直到終止密碼子為止，相應多肽鏈的合成從止，相應多肽鏈的合成從N端向端向C端延伸。端延伸。3.方向性方向性(direction) A U CU 不同細胞核糖體的組成不同細胞核糖體的組成 核糖體核糖體三、三、rRNA與核糖體與核糖體(一一) 核糖體由大、核糖體由大、小兩個亞基組成，是小兩個亞基組成，是蛋白質(zhì)合成的場所。蛋白質(zhì)合成的場所。(二二) 原核生物翻譯過程中核糖體結構模式原核生物翻譯過程中核糖體結構模式2. A位：氨基酰位：氨基酰位，又稱受位。位，又稱受位。

8、1. P位：肽酰位，位：肽酰位，又稱給位。又稱給位。3. E位：排出位。位：排出位。(一一)氨基酸的活化氨基酸的活化1.氨基酰氨基酰-tRNA合成合成氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(二二)起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA1.第一步反應第一步反應氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi2. 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 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

9、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)。 翻譯過程翻譯過程(The Process of Protein Biosynthesis )1. 核糖體大小亞基分離；核糖體大小亞基分離；2. mRNA在小亞基定位結合；在小亞基定位結合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結合；的結合； 4. 核糖體大亞基結合。核糖體大亞基結合。(一一)起始起始IF-3IF-11. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合 在起始密碼子的上游約在起始密碼子的上游約813個核苷酸個核苷酸部位有一段富含嘌呤堿基（如部位有一段

10、富含嘌呤堿基（如-AGGAGG-）的）的特殊保守序列，稱為特殊保守序列，稱為SD序列，可被核糖體小序列，可被核糖體小亞基亞基16S rRNA 辨認互補結合。辨認互補結合。 緊接緊接SD序列后的小核苷酸序列，可被核序列后的小核苷酸序列，可被核糖體小亞基蛋白糖體小亞基蛋白rpS-1識別并結合。識別并結合。IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結合到小亞基結合到小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖體大亞基結合，起始復合物形成核糖體大亞基結合，起始復合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2

11、GTPIF-2-GTPGDPPi翻譯起始階段總結翻譯起始階段總結原核肽鏈合成的延長因子原核肽鏈合成的延長因子 (二二)延長延長1.進位進位(注冊注冊,registration) (1) fMet-tRNAfMet占占據(jù)據(jù)P位，位，A位空缺。位空缺。 (2) 第第2個密碼子相應個密碼子相應的氨基酰的氨基酰-tRNA與與EF-Tu-GTP結合，其反密結合，其反密碼子識別密碼子，進碼子識別密碼子，進入入A位。位。 (3) EF-Tu水解水解GTP，EF-Tu和和GDP從核糖體從核糖體釋出，重新形成釋出，重新形成Tu-Ts二聚體。二聚體。Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由轉(zhuǎn)肽酶是由

12、轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過程。形成過程。延長因子延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，可結合并水解有轉(zhuǎn)位酶活性，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(cè)移動側(cè)移動 。fMetA U G53fMetTuGTP進進位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽1. 當當mRNA上終止密碼出上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核糖體等分離的、核糖體等分離的過程。過程。 (三三)終止終止2. 識別終止密碼，識別終止密碼，RF-1特特異識別異識別UAA、UAG；而；而RF-2可識別可識別U

13、AA、UGA。3. 誘導改變轉(zhuǎn)肽酶的酯酶誘導改變轉(zhuǎn)肽酶的酯酶活性為水解活性，使肽鏈活性為水解活性，使肽鏈從核糖體上釋放。從核糖體上釋放。U A G53COO-與原核生物相比，與原核生物相比，真核生物肽鏈延長過程有真核生物肽鏈延長過程有不同的反應體系和延長因子。真核細胞核糖體沒不同的反應體系和延長因子。真核細胞核糖體沒有有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。(二二) 延長延長(三三) 終止終止 與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一種釋放因子種釋放因子eRF，可識別所有終止密碼子。，可識別所有終止密碼子。(一一)起始起始

14、二、真核生物翻譯過程二、真核生物翻譯過程原核先原核先就位，后就位，后真核真核先結合，先結合，后就位后就位mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP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(二二)使蛋白質(zhì)合成高速、使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。高效進行。電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象三、多聚核糖體三、多聚核糖體(polysome)(一一)指指多個核糖體附在同多個核糖體附在同一條一條mRNA上合成蛋白質(zhì)上合成蛋白質(zhì)而形成的串珠狀聚合物。

15、而形成的串珠狀聚合物。 四、四、翻譯后加工和輸送翻譯后加工和輸送(1)熱休克蛋白熱休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和和GreE族族 (2)伴侶素伴侶素(chaperonins): GroEL和和GroES家族家族2. 蛋白二硫鍵異構酶蛋白二硫鍵異構酶 (PDI)3. 肽肽-脯氨酰順反異構酶脯氨酰順反異構酶 (PPI)1.肽鏈肽鏈N端的修飾端的修飾2.個別氨基酸的修飾個別氨基酸的修飾3.多肽鏈的水解修飾多肽鏈的水解修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin(二二)一級結構的修飾一級結構的修飾 (四四)蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送1. 指蛋白質(zhì)合成后需定向輸送到發(fā)揮功能的細指蛋白質(zhì)合成后需定向輸送到發(fā)揮功能的細胞靶部位的過程。胞靶部位的過程。 2.新生分泌蛋白的新生分泌蛋白的N端，可端，可引導其自身轉(zhuǎn)移到細引導其自身轉(zhuǎn)移到細胞靶部位的胞靶部位的保守保守氨基酸序列，稱氨基酸序列，稱信號序列信號序列(signal sequence)或