蛋白質合成的生物學機制市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、生物信息傳遞翻譯從mRNA到蛋白質（蛋白質合成生物學機制）第1頁氨基酸活化翻譯起始肽鏈延伸肽鏈終止4.4蛋白質合成生物學機制第2頁(一)氨基酸活化氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶第3頁氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶含有校正活性(proofreading activity) 。氨基酰-tRNA表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第4頁原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-

2、tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第5頁第一步反應氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E AMP PPi 第6頁第二步反應氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E第7頁 tRNA與酶結合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第8頁(二)翻譯起始原核生物（細菌）為例：所需成份：30S小亞基、 50S大亞基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第9頁（1） 起始因子（initiation factors, IF） 起始因子: 起始因子是參加蛋白質生物合成起始可溶性蛋白因子 起始復合物: 蛋白質合成起

3、始，生成核糖體mRNA起始-tRNA三元復合物，也叫起始復合物。 起始復合物必須在起始因子幫助下才能形成。當前已知原核生物有3種起始因子，而真核生物約有10種。第10頁 原核生物3種起始因子： IF-1 （9.5103）為一小堿性蛋白、已結晶、熱穩(wěn)定、沒有專一功效，只能增加其它兩個起始因子活性。 IF-2 (9.01041.18105， 有 IF-2a 和 IF-2b 兩種形式) 熱不穩(wěn)定。IF-2功效是經(jīng)過生成IF-2GTPMet-tRNAfMet三元復合物，使起始tRNA與核糖體小亞基(30S亞基)結合。 IF-3 （有IF-3a、 IF-3b兩種）是個雙功效蛋白質，IF-3功效是促進 m

4、RNA與核糖體小亞基(30S亞基)結合，同時還具解離因子活性。 第11頁IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復合物形成)又可被分成3步：1. 30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-1,IF-3結合,在經(jīng)過SD序列與mRNA模板相結合AUG53第12頁S-D序列 第13頁IF-3IF-1IF-2GTP2.在IF-2和GTP幫助下， fMet-tRNAfMet進入小亞基P位，tRNA上反密碼子與mRNA上起始密碼子配對。AUG53第14頁IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3、帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。AUG53第15頁I

5、F-3IF-1AUG53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第16頁真核生物翻譯起始特點核糖體較大,為；起始因子比較多（約有10種）； mRNA 5端含有m7Gppp帽子結構 Met-tRNAMet mRNA5端帽子結構和3端polyA都參加形成翻譯起始復合物； 第17頁 真核生物起始因子對于生成80S核糖體mRNAMet-tRNAMet三元起始復合物是必要。第18頁表4-14a 真核細胞中參加翻譯起始蛋白質因子及其功效真核因子功效eIF2促進Met-tRNAMet與核糖體40S小亞基結合。（最主要） eIF2B eIF3 是最早與核糖體40S小亞基結合促進因子，蛋白質合成反應正常進。 e

6、IF4A含有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板次級結構并使之與40S小亞基結合，形成eIF4F復合物。 eIF4B與mRNA模板相結合，幫助核糖體掃描模板序列，定位AUG。 eIF4E與mRNA 5帽子結構相結合，形成eIF4F復合物。eIF4G與eIF4E和poly（A）結合蛋白（PAB）相結合，形成eIF4F復合物。 eIF5促使多個蛋白因子與40S小亞基解體，以此幫助大小亞基結合形成80核糖體，形成翻譯起始復合物。 eIF6促進沒有蛋白質合成活性80S核糖體解離成40S和60S兩個亞基。 第19頁真核生物翻譯起始復合物形成(區(qū)分原核生物) 原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結合，

7、再與fMet-tRNAfMet結合，最終與50S大亞基結合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最終與60S大亞基結合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始復合物。第20頁內(nèi) 容原核生物真核生物核糖體完整70S80S亞基50S, 30S60S, 40S起始tRNAfMet-tRNA fMetMet-tRNAi Met起始因子三種最少七種起始復合物生成次序1. 30S-mRNA1. 40S- Met-tRNAMet2. 30S-mRNAfMet-tRNA fMet2. 40S-mRNAMet-tRNAMet3.70S-mRNAfMet-tR

8、NA fMet3. 80S-mRNAMet-tRNAMet原核生物和真核生物蛋白質合成起始區(qū)分第21頁met40SMetMetmRNAelF-3GDP+Pi各種elF釋放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程第22頁 肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包含：AA-tRNA與核糖體結合、 肽鍵生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF

9、-1 、EF-2 (三)肽鏈延伸第23頁1、AA-tRNA與核糖體A位點結合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子第24頁延伸因子（elongation factors EF） 延伸因子：是一類參加蛋白質合成過程中肽鏈延伸蛋白因子。 不論原核或真核生物，延伸因子可分為二類： 一類：是幫助氨酰tRNA(延伸tRNA)進入核糖體與mRNA結合EF。 原核生物 EF-Tu、EF-Ts 真核生物 EF-1 第25頁 另一類：是使肽基tRNA從核糖體A位向P位移動EF 原核生物 EF-G 真核生物 EF-2 在原核生物中： EF-Tu功效是按照mRNA上編碼攜帶aa-tRNA進入A位。E

10、F-Tu 有GTP存在下與aa-tRNA形成穩(wěn)定三元復合物： (EF-Tu GTP aa-tRNA)第26頁第27頁經(jīng)過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-TuGTP復合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新參加下一輪循環(huán)第28頁 EF-TuGDP EF-Ts EF-TuGTP GDP EF-TuEF-Ts GTP第29頁 EF-Tu具高度專一性，只能識別并結合除了fMet-tRNA f Met 外全部aa-tRNA。 EF-Tu這一特征確保了起始tRNA攜帶fMet不能進入肽鏈內(nèi)部，因為不論

11、甲?；蚍羌柞Ｆ鹗紅RNA都不能與EF-Tu和GTP生成復合物。 GTP水解后，EF-TuGDP從核糖體釋放出來。EF-Tu是一個熱不穩(wěn)定蛋白因子。 EF-Ts則是熱穩(wěn)定，它不直接與核糖體發(fā)生聯(lián)絡，其功效是使EF-TuGDP再生為EF-TuGTP，然后再參加肽鏈延伸： 第30頁2、肽鍵形成是由轉肽酶/肽基轉移酶催化第31頁3、移位核糖體向mRNA3端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子 自第一個肽鏈合成以后，每增加一個氨基酸，肽基-tRNA都要從A位移至P位，核糖體與mRNA相對移動3個核苷酸（一個密碼子）距離，該過程需要EF-G 和GTP。 EF-G 是一個依賴于核糖體GT

12、Pase它能使GTP水解。第32頁延長因子EF-G有轉位酶( translocase )活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA3側移動 。第33頁fMetAUG53fMetTuGTP第34頁第35頁當mRNA分子上終止密碼子出現(xiàn)在核糖體A位時，在普通情況下因為沒有任何氨酰 tRNA 能夠與終止密碼子結合，不能把這些密碼子翻成氨基酸。 釋放因子(終止因子：原核 RF-1、RF-2、RF-3、真核RF)在GTP存在下能識別終止密碼子。 RF與A位結合后，活化肽基轉移酶，水解P位上tRNA與肽鏈之間鍵。伴隨新生肽鏈和最終一個非?；痶RNA離開核糖體，完成肽鏈合成。 （四）肽鏈終止第36頁釋放因子(Release Factor RF) 或終止因子 (termination factor) 釋放因子(Release Factor RF)：是一類參加蛋白質合成過程中能識別終止密碼子而終止肽鏈延伸，使肽鏈從核糖體釋放出蛋白因子。 原核生物中發(fā)覺有3種釋放因子(Release Factor) RF-1、RF-2和RF-3，哺乳動物只有1種釋放因子eRF。第37頁蛋白質合成中釋放因子釋放因子分子量識別密碼子 原核生物RF-144000UAA,UAGRF-24