蛋白質(zhì)生物合成范玉瑩

遺傳信息的中心法則蛋白質(zhì)復(fù)制DNARNA轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制RNA翻譯逆轉(zhuǎn)錄DNARNA2第一頁，共六十一頁。本章主要內(nèi)容蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)的合成過程蛋白質(zhì)合成后的加工蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)合成的抑制劑3第二頁，共六十一頁。一、蛋白質(zhì)合成體系

氨基酸蛋白質(zhì)mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP原料產(chǎn)物供能模板載體4第三頁，共六十一頁。大腸桿菌無細胞體系（去除細胞壁、細胞膜，DNA酶處理）人工合成Poly(U)——mRNA14C標記氨基酸ATP、GTP供能UUU苯丙氨酸AAA賴氨酸CCC脯氨酸1、mRNA——蛋白質(zhì)合成模板氨基酸密碼的發(fā)現(xiàn)（1961，M.Nirenberg）5第四頁，共六十一頁。6第五頁，共六十一頁。密碼子：三聯(lián)體密碼（43=64個遺傳密碼子），代表一個氨基酸起始密碼：AUG（又編碼甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸）；GUG終止密碼：UAA、UGA、UAG；

AGA、AGG7第六頁，共六十一頁。非標準遺傳密碼密碼子標準編碼非標準編碼所屬的生物UGA中止色氨酸人、牛、酵母線粒體，支原體(Mycoplasma)基因組，如CapricolumUGA中止半胱氨酸一些纖毛蟲(ciliate)細胞核基因組，如游纖蟲屬(Euplotes)AGR精氨酸中止大部分動物線粒體，脊椎動物線粒體AGA精氨酸絲氨酸果蠅線粒體AUA異亮氨酸蛋氨酸一些動物和酵母線粒體UAA中止谷氨酰胺草履蟲、一些纖毛蟲(ciliate)細胞核基因組，如嗜熱四膜蟲(ThermophAilustetrahymena)UAG中止谷氨酸草履蟲核細胞核基因組GUG纈氨酸絲氨酸假絲酵母核基因組AAA賴氨酸天冬氨酸一些動物的線粒體，果蠅線粒體CUG亮氨酸中止圓柱念珠菌(Candidacylindracea)細胞核基因組CUN亮氨酸蘇氨酸酵母線粒體8第七頁，共六十一頁。遺傳密碼的特點無標點與不重疊連續(xù)閱讀順序：mRNA5’→3’肽鏈合成：N端→C端開放讀碼框架（openreadingframe,ORF）閱讀框移位（frameshift），蛋白功能改變，稱為移碼突變。簡并性P394一種氨基酸有兩個或多個密碼子同義密碼子密碼上第一、二位上堿基不變，第三位堿基可改變，如：UCU、UCC、UCA、UCG都代表Ser減少突變頻率，保持遺傳穩(wěn)定性9第八頁，共六十一頁。遺傳密碼的特點擺動性P395（密碼子和反密碼子配對原則）mRNA上密碼子與tRNA上的反密碼子進行反平行配對，產(chǎn)生擺動現(xiàn)象反密碼子除A、G、U、C外，第一位常為I（次黃嘌呤）降低基因突變的危害，保證遺傳穩(wěn)定通用性一般情況下，病毒、原核及真核生物共用一套密碼但存在不同生物或不同亞細胞器之間的密碼子略有不同10第九頁，共六十一頁。擺動現(xiàn)象反平行配對過程，密碼子的第一、二位堿基嚴格遵守堿基配對原則，而第三位配對并不嚴格，因此導致擺動配對。11第十頁，共六十一頁。原核和真核生物mRNA的異同原核生物真核生物不同點多順反子mRNA；富含嘌呤的SD序列；單順反子mRNA；5’端甲基鳥苷酸帽子；3’端PolyA尾巴；相同點閱讀順序5’3’；ORF之間存在非編碼區(qū)；12第十一頁，共六十一頁。原核生物核糖體識別mRNA上的起始密碼子S-D序列5’3’小亞基13mRNA在原核和真核生物中的結(jié)構(gòu)不同導致核糖體識別起始密碼子的方法不同。第十二頁，共六十一頁。2、tRNA——搬運氨基酸Ser5’Tyr5’每一種氨基酸都有至少一種tRNA負責運載，表示方式如：Ser-tRNASer；Tyr-tRNATyr14第十三頁，共六十一頁。tRNA的二級結(jié)構(gòu)（三葉草型）

與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的位點氨基酸接受位點氨酰-tRNA合成酶識別位點mRNA結(jié)合位點15第十四頁，共六十一頁。tRNA的三級結(jié)構(gòu)（倒L-型）16第十五頁，共六十一頁。3、核糖體——蛋白質(zhì)合成的場所rRNA+蛋白質(zhì)核糖體（核蛋白體）大亞基小亞基17第十六頁，共六十一頁。核糖體小亞基的組成（原核）嗜熱棲熱菌（Thermusthermophilus）的30S亞基的三維分子結(jié)構(gòu)圖。分子中的淡藍色部分為蛋白質(zhì)，淡橙色部分為RNA單鏈。18第十七頁，共六十一頁。死海鹽盒菌（Haloarculamarismortui）的50S亞基的三維分子結(jié)構(gòu)圖。分子中的淡藍色部分為蛋白質(zhì)，淡橙色及黃色部分為RNA單鏈。分子核心的亮綠色部分為亞基的活性中心。核糖體大亞基的組成（原核）19第十八頁，共六十一頁。核糖體大小亞基的組成沉降系數(shù)以時間表示1S=10-13秒20第十九頁，共六十一頁。21第二十頁，共六十一頁。大亞基與tRNA的結(jié)合A位(aminoacylsite)：氨酰tRNA的結(jié)合部位P位(peptidylsite)：肽酰tRNA的結(jié)合部位E位(exitsite)：脫肽酰tRNA的部位

（空載tRNA離開）大小亞基的空隙22第二十一頁，共六十一頁。二、蛋白質(zhì)的合成過程氨基酸的活化肽鏈合成的起始肽鏈合成的延長肽鏈合成的終止核糖體細胞質(zhì)23第二十二頁，共六十一頁。1、氨基酸的活化——氨基酸與tRNA的結(jié)合24第二十三頁，共六十一頁。氨酰-AMP-E+tRNA→氨酰-tRNA+AMP25第二十四頁，共六十一頁。26第二十五頁，共六十一頁。每一種氨酰－tRNA合成酶識別一種特定的氨基酸，但是能識別一種或多種tRNA（由第二套遺傳密碼決定）氨酰-tRNA合成酶的專一性27第二十六頁，共六十一頁。第二套遺傳密碼tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域叫做第二套遺傳密碼，包括反密碼子和受體臂上核苷酸序列。這樣保證蛋白質(zhì)合成的忠實性。（P398，4thedition）28第二十七頁，共六十一頁。氨酰-tRNA合成酶的作用對底物氨基酸和tRNA的特異性，保證遺傳信息準確翻譯。一旦tRNA與錯誤的氨基酸相連，形成的氨酰-tRNA會被該合成酶水解掉。具有校正活性，保證翻譯的正確性。29第二十八頁，共六十一頁。2、肽鏈合成的起始起始復(fù)合體mRNAfMet-tRNAfMet大、小亞基IF-1，2，3GTP，Mg2+原核生物mRNAMet-tRNAMet大、小亞基9種eIFGTP，Mg2+真核生物30第二十九頁，共六十一頁。起始復(fù)合物的形成過程（原核生物為例）mRNA與小亞基定位結(jié)合31Q1：IF-1為什么在A位？第三十頁，共六十一頁。起始氨基酰-tRNA的結(jié)合32Q2：起始氨基酰-tRNA為什么不在A位？第三十一頁，共六十一頁。核糖體大亞基的結(jié)合33第三十二頁，共六十一頁。原核生物起始因子的生物功能起始因子生物功能IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進大小亞基分離，提高P位對起始tRNA的敏感性34第三十三頁，共六十一頁。4、肽鏈合成的延長原核生物肽鏈延長因子EF-TEF-GEF-TuEF-Ts真核生物肽鏈延長因子：eEFa、eEFbg和eEF-2循環(huán)步驟：進位——成肽——移位條件：延長因子和GTP肽鍵的形成是依靠核糖體自身催化完成的？35第三十四頁，共六十一頁。肽鏈的延長進位EF-Ts36第三十五頁，共六十一頁。進位肽酰轉(zhuǎn)移酶37Q3：肽酰轉(zhuǎn)移酶是核糖體的哪一部分？第三十六頁，共六十一頁。成肽38第三十七頁，共六十一頁。肽鏈的延長成肽轉(zhuǎn)位39第三十八頁，共六十一頁。移位40Q4：真核生物核糖體上無E位，脫?；?tRNA如何脫落？第三十九頁，共六十一頁。肽鏈延長的過程中，共消耗兩個GTP分子。G蛋白：依賴于GTP結(jié)合發(fā)揮功能的一類蛋白。一旦GTP水解成GDP，蛋白便無活性。41第四十頁，共六十一頁。5、肽鏈合成的終止原核生物：A位上出現(xiàn)終止密碼子，在釋放因子RF-1、RF-2、RF-3、GTP及肽酰轉(zhuǎn)移酶作用下，多肽鏈水解。真核生物只有1種釋放因子eRF，其終止過程與原核生物基本相同。42第四十一頁，共六十一頁。終止密碼子的辨認肽鏈從肽酰-tRNA水解mRNA從核糖蛋白體中分離核糖體大小亞基分開肽鏈合成的終止包括43第四十二頁，共六十一頁。釋放因子識別終止密碼子UAA，UAG，UGARF-1識別UAA、UAGRF-2識別UAA、UGARF-3協(xié)助肽鏈釋放，GTP結(jié)合蛋白。44Q5：細胞內(nèi)是否存在識別終止密碼子的tRNA？第四十三頁，共六十一頁。多聚核糖體蛋白質(zhì)合成通常是多個核糖體附著在同一個mRNA分子上，形成多聚核糖體。同時合成不同的肽鏈。45第四十四頁，共六十一頁。真核和原核生物蛋白質(zhì)合成的比較相同點：合成方向、地點（核糖體）、原料、步驟、能量、密碼子等真核原核核糖體80s（18、28、5.8S和80種蛋白質(zhì)）70s(5、16、25s和50多種蛋白）核糖體E位沒有，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位上脫落有小亞基無特征區(qū)域與mRNA結(jié)合有嘧啶區(qū)與SD序列結(jié)合起始氨基酸MetfMet啟動eIF9-10種，需要ATP小亞基先與tRNA結(jié)合再與mRNA結(jié)合IF1、IF2、IF3，僅需GTP小亞基先與mRNA結(jié)合再與tRNA結(jié)合延長EF1，EF2，GTPEF-Tu，EF-Ts，EF-G，GTP終止RF，GTPRF-1，RF-2，RF-3，GTP46第四十五頁，共六十一頁。三、蛋白質(zhì)合成后的加工轉(zhuǎn)運一級結(jié)構(gòu)：N-端Met（fMet）去除原核生物（脫甲?；赴彪拿福┒蜴I的形成半胱氨酸信號肽切除分泌性蛋白氨基酸修飾①羥化作用：羥脯氨酸、羥賴氨酸；②酶活性中心的磷酸化高級結(jié)構(gòu)：肽鏈的修飾①糖鏈的連接（N-或O-糖苷鍵）；②蛋白質(zhì)的剪切（胰島素）；③輔基的附加（乙酰CoA羧化酶和生物素）多肽鏈的折疊分子伴侶（高保守性）、ATP47第四十六頁，共六十一頁。N端甲?；騈端氨基酸的切除N端甲酰甲硫氨酸（甲硫氨酸）是多肽鏈合成的起始氨基酸，必須在多肽鏈折疊成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。原核生物該過程是：①脫甲?；缸饔萌ゼ柞；?；②氨肽酶作用切去至少一個氨基酸。真核生物的甲硫氨酸通常在肽鏈未完全合成前就被水解。48第四十七頁，共六十一頁。mRNA中沒有編碼胱氨酸的密碼子，二硫鍵只能通過兩個半胱氨酸的巰基在氧化酶的催化下，將-SH氧化為-S-S-。此二硫鍵在蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的形成發(fā)揮重要作用。二硫鍵的形成49第四十八頁，共六十一頁。信號肽的切除N端存在的15-30個高度疏水的氨基酸，引導合成的蛋白質(zhì)運送到細胞特定部位，隨后，在信號肽酶作用下切除。50第四十九頁，共六十一頁。分泌蛋白的加工和定向轉(zhuǎn)運胞漿信號肽顆粒識別、結(jié)合

帶有信號肽的分泌蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通道識別信號肽酶切除信號肽肽鏈合并高爾基體進一步加工分泌出胞外51第五十頁，共六十一頁。氨基酸的修飾有些氨基酸不是由遺傳密碼直接編碼，而是在肽鏈合成后，由專門的酶修飾而成。（1）磷酸化：磷酸絲氨酸（調(diào)節(jié)酶活性）、磷酸蘇氨酸、磷酸酪氨酸（正常細胞癌化）（2）羥化：羥脯氨酸（膠原蛋白、彈性蛋白）、羥賴氨酸（膠原蛋白）52第五十一頁，共六十一頁。肽鏈的修飾(1)糖鏈連接：N-糖苷鍵（糖鏈與天冬酰胺或谷氨酰胺的酰胺N相連）；O-糖苷鍵（糖鏈與絲氨酸或蘇氨酸的羥基O相連）(2)蛋白質(zhì)剪切：某些新生肽需水解掉部分肽段后，才能轉(zhuǎn)變成功能蛋白質(zhì)。(3)輔基添加：某些蛋白質(zhì)需要共價結(jié)合的輔基。53第五十二頁，共六十一頁。胰島素原的蛋白質(zhì)剪切54第五十三頁，共六十一頁。血紅素共價結(jié)合在血紅蛋白上55第五十四頁，共六十一頁。多肽鏈的正確折疊生物體的蛋白質(zhì)多肽鏈正確折疊和組裝需要輔助蛋白參與，即分子伴侶。分子伴侶無序列相關(guān)性但功能相同，與肽鏈疏水表面結(jié)合，誘發(fā)正確折疊。它是保守蛋白質(zhì)家族成員。發(fā)揮作用需ATP供能，存在于細胞膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)外空間。56第五十五頁，共六十一頁。57第五十六頁，共六十一頁。四