蛋白質(zhì)的生物合成翻譯PPT

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成翻譯PPT第一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第十二章蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）Chapter12ProteinBiosynthesis，Translation第二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體轉(zhuǎn)譯為蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯（translation）。第三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系Section1ProteinBiosynthesisSystem第四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、EF、RF

供能物質(zhì)（ATP、GTP）、無機離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）第五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三一、mRNA模板及遺傳密碼mRNA是翻譯的直接模板。遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子（polycistron）。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子（singlecistron）。

第六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多順反子與單順反子第七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

mRNA上的遺傳密碼作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板，mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼（codon）。遺傳密碼共有64種，其中：起始密碼（initiationcodon）:AUG終止密碼（terminationcodon）:UAA，UAG，UGA

第八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，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（openreadingframe,ORF）。AUGUAAORF第十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三遺傳密碼具有以下特點：①

連續(xù)性；②

簡并性；③

通用性；④

方向性；⑤

擺動性。第十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1.連續(xù)性（commaless）：遺傳密碼的特點指編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。第十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三遺傳密碼的連續(xù)性第十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三基因損傷引起mRNA開放閱讀框內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變（frameshiftmutation）。第十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2.簡并性（degeneracy）：遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。同一氨基酸存在多個不同的遺傳密碼的現(xiàn)象稱為遺傳密碼的簡并性。遺傳密碼的簡并性在保持遺傳穩(wěn)定性上具有重要意義。第十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三遺傳密碼的簡并性第十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3.通用性（universal）：蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體等。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。第十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三4.方向性（direction）：指閱讀mRNA模板上的三聯(lián)體密碼時，只能沿5’→3’方向進行。第十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三5.擺動性（wobble）：轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反平行配對結(jié)合，但反密碼與密碼之間常常不嚴格遵守堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。第十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三密碼子與反密碼子的擺動配對tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第二十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三U擺動配對現(xiàn)象示意圖第二十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三核蛋白體是多肽鏈合成的場所，是由多種rRNA與蛋白質(zhì)組裝形成的復(fù)合體。二、rRNA和核蛋白體第二十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三核蛋白體的組成第二十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三大腸桿菌核蛋白體的空間結(jié)構(gòu)為一橢圓球體，其30S亞基呈啞鈴狀，50S亞基帶有三角，中間凹陷形成空穴，將30S小亞基抱住，兩亞基的結(jié)合面為蛋白質(zhì)生物合成的場所。

第二十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1．三個與tRNA結(jié)合的位點：⑴A位：又稱受位或氨?；?，可與新進入的氨基酰tRNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。⑵P位：又稱給位或肽?；?，可與延伸中的肽?；鵷RNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。⑶E位：又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白體前的結(jié)合位點；主要由大亞基成分構(gòu)成。核蛋白體大、小亞基的功能第二十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)第二十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2.與模板mRNA和起始tRNA結(jié)合位點：主要與小亞基有關(guān)。3.轉(zhuǎn)肽酶活性：將給位上的肽?；D(zhuǎn)移給受位上的氨基酰tRNA，形成肽鍵；由大亞基成分構(gòu)成。第二十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三4.GTPase活性：水解GTP，獲得能量；分別由大、小亞基成分構(gòu)成。5.起動因子、延長因子及釋放因子的結(jié)合位點：分別由大、小亞基成分構(gòu)成。第二十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三在蛋白質(zhì)生物合成過程中，常常由若干核蛋白體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時進行翻譯，但每兩個相鄰核蛋白之間存在一定的間隔，形成念球狀結(jié)構(gòu)。由若干核蛋白體結(jié)合在一條mRNA上同時進行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多聚核蛋白體（polysome）。

第二十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多聚核蛋白體示意圖電鏡下的多聚核蛋白體第三十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三氨基酸臂反密碼環(huán)三、tRNA與氨基酸的活化第三十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖第三十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三氨基酸的活化與攜帶反應(yīng)由氨基酰tRNA合成酶催化。特定的tRNA與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酰tRNA，從而由tRNA攜帶活化的氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。（一）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第三十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第三十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三氨基酰tRNA合成酶催化的反應(yīng)氨基酸＋ATP-E→氨基酰-AMP-E＋PPi

第一步：活化反應(yīng)第三十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第二步：連接反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第三十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性（proof-readingactivity）。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第三十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三能夠識別mRNA中5′端起始密碼AUG的tRNA是一種特殊的tRNA，稱為起始tRNA。在原核生物中，起始tRNA是一種攜帶甲酰蛋氨酸的tRNA，即fMet-tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一種攜帶蛋氨酸的tRNA，即Met-tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一種攜帶蛋氨酸的tRNA，識別非起動部位的蛋氨酸密碼AUG。

（二）起始tRNA第三十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三與多肽鏈合成起始有關(guān)的蛋白因子稱為起始因子（initiationfactor，IF）。四、起始因子（IF）第三十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三原核生物中存在3種起始因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起始因子（eIF）。IF的作用主要是促進核蛋白體小亞基與起始tRNA及模板mRNA結(jié)合。

第四十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三原核和真核生物中各種起始因子的生物功能第四十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三與多肽鏈合成的延伸過程有關(guān)的蛋白因子稱為延長因子（elongationfactor，EF）。五、延長因子（EF）EF-Tuboundwithribosome第四十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三原核生物中存在3種延長因子（EF-TU，EF-TS，EF-G），真核生物中存在2種（EF1，EF2）。EF的作用主要促使氨基酰tRNA進入核蛋白的受體，并可促進移位過程。第四十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多肽鏈合成的延長因子

第四十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三與多肽鏈合成終止并使之從核蛋白體上釋放相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子（releasefactor，RF）。六、釋放因子（RF）Eukaryoticreleasefactor第四十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三RF在原核生物中有3種，在真核生物中只有1種。原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物釋放因子：eRF第四十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三RF的生物學(xué)功能主要有：識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。第四十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，并需Mg2+、K+參與。氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

七、供能物質(zhì)和無機離子第四十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程Section2TheProcessofProteinBiosynthesis第四十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)生物合成過程包括三大步驟：①氨基酸的活化與搬運；②活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；③多肽鏈合成后的加工修飾。本節(jié)主要介紹活化氨基酸在核蛋白體上的縮合過程，這一過程包括多肽鏈合成的起始、延長和終止三個階段。第五十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三包括以下幾個步驟：核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。一、多肽鏈合成的起始階段（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成第五十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-11.核蛋白體大、小亞基分離：

IF-1和IF-3與小亞基結(jié)合，促進核蛋白體大、小亞基拆離，為新一輪合成作準備。第五十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基的精確定位結(jié)合：第五十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三S-D序列原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為S-D序列（核蛋白體結(jié)合位點，RBS）。而原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對，使mRNA與核蛋白體小亞基結(jié)合。第五十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三在mRNA上緊接S-D序列之后的序列，可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1辨認結(jié)合。通過上述兩種機制，使mRNA能與核蛋白體小亞基精確定位結(jié)合。第五十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基IF-3IF-1AUG5'3'起始

fMet-tRNAimet以及IF2-GTP一起，識別結(jié)合小亞基P位，并對應(yīng)模板mRNA的起始密碼AUG。第五十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合體形成：AUG5'3'

IF2結(jié)合的GTP被水解，三種IF脫離，50S大亞基與30S小亞基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet構(gòu)成起始復(fù)合體。第五十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（二）真核生物翻譯起始復(fù)合體形成真核生物翻譯起始復(fù)合體的形成過程與原核生物類似，但參與的蛋白因子更多。核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。第五十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合體形成過程第五十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多肽鏈合成的延長階段由一循環(huán)反應(yīng)過程來完成，即核蛋白體循環(huán)；每次循環(huán)增加一個氨基酸殘基。二、多肽鏈合成的延長階段第六十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三活化氨基酸在核蛋白體上反復(fù)翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomalcycle）。核蛋白體循環(huán)包括多肽鏈合成的進位、成肽和轉(zhuǎn)位三步反應(yīng)。第六十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1.進位（entrance）：又稱注冊（registra-tion），即與mRNA下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA進入核蛋白體的A位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF-T參與。第六十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2.成肽（peptidebondformation）：成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將P位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到A位上的氨基酰tRNA上，與其-氨基縮合形成肽鍵。此步驟需Mg2+，K+。第六十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三成肽反應(yīng)過程第六十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3.轉(zhuǎn)位（translocation）：延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可促進核蛋白體向mRNA的3′側(cè)移動相當于一個密碼的距離，同時使肽酰基tRNA從A位移到P位。此步驟需GTP和Mg2+參與。第六十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)位反應(yīng)過程第六十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三此時，核蛋白體的A位留空，與下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進入，重復(fù)以上循環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長。已失去蛋氨?；螂孽；膖RNA從核蛋白體E位上脫落。第六十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三進位轉(zhuǎn)位成肽核蛋白體循環(huán)的反應(yīng)過程第六十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三核蛋白體沿mRNA鏈滑動，不斷使多肽鏈延長，直到終止信號進入A位。1．識別：RF識別終止密碼，進入核蛋白體的A位。

2．水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ?，多肽鏈與tRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。3.脫離：模板mRNA、RF以及空載tRNA與核蛋白體脫離。

三、肽鏈合成的終止階段第六十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多肽鏈合成的終止過程第七十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三多肽鏈合成終止演示UAG5'3'RFCOO-第七十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Section3PosttranslationalProcessing&TransportationofProtein第七十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括：多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈；一級結(jié)構(gòu)的修飾；高級結(jié)構(gòu)修飾。第七十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？呻S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形成完整的空間構(gòu)象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)第七十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三幾種有促進蛋白折疊功能的大分子分子伴侶（molecularchaperon）；蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase,PDI）；肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶（peptideprolylcis-transisomerase,PPI）。第七十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1.分子伴侶：分子伴侶是細胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識別多肽鏈的非天然構(gòu)象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。包括：⑴熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）：HSP70、HSP40和GreE族⑵伴侶素（chaperonins）：GroEL和GroES家族第七十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶：多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這一過程主要在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。第七十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3.肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶：多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。第七十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸殘基，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。二、一級結(jié)構(gòu)的加工修飾①去甲?；杭柞；讣柞５鞍彼?肽甲酸+蛋氨酸-肽②去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽蛋氨酸+肽

（一）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除第七十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。（二）氨基酸的共價修飾由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲酰化等。（三）多肽鏈的水解修飾第八十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin第八十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基的聚合具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的多肽鏈通過非共價鍵聚合形成寡聚體。（二）輔基的連接結(jié)合蛋白合成后需要結(jié)合相應(yīng)的輔基才能成為具有天然活性的蛋白質(zhì)。第八十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三某些蛋白質(zhì)需要在肽鏈的特定位點區(qū)價連接一個疏水性的脂鏈，并借此嵌入膜脂雙層。（三）疏水脂鏈的共價連接第八十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的場所稱為靶向輸送（proteintargeting）。大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜性結(jié)構(gòu)，才能到達特定的地