蛋白質(zhì)合成liu的課件資料

蛋白質(zhì)合成liu的課件資料第1頁/共80頁翻譯是蛋白質(zhì)生物合成的同義詞。翻譯就是將核酸中由堿基序列組成的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序的過程。第2頁/共80頁蛋白質(zhì)生物合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)第3頁/共80頁20種氨基酸（AA）作為原料酶：氨基酰-tRNA合成酶，轉(zhuǎn)肽酶眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）第4頁/共80頁一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細(xì)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5頁/共80頁多順反子單順反子真核生物原核生物非編碼序列第6頁/共80頁

mRNA上存在遺傳密碼

mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每相鄰的3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸，或是蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為遺傳密碼（geneticcodon），又稱為三聯(lián)體密碼（tripletcodon）。起始密碼（initiationcoden）:AUG

終止密碼（terminationcoden）:UAA，UAG，UGA第7頁/共80頁第8頁/共80頁從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，稱為開放閱讀框架（openreadingframe，ORF）。5’…ACUAUGCCCGCUAUG…CGUUAA…3’ORF第9頁/共80頁1.連續(xù)性（commaless）遺傳密碼的特點: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10頁/共80頁基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變（frameshiftmutation）。第11頁/共80頁2.簡并性（degeneracy）第12頁/共80頁幾種密碼子代表一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼的簡并性。密碼的簡并性主要是由于密碼子的第三個堿基發(fā)生擺動現(xiàn)象形成的。密碼的簡并性對于保證物種穩(wěn)定性有一定意義。第13頁/共80頁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(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。

第14頁/共80頁4.擺動性

（Wobble）轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。

第15頁/共80頁密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象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16頁/共80頁二、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂第17頁/共80頁tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖：第18頁/共80頁氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶1.氨基酰-tRNA合成酶

（aminoacyl-tRNAsynthetase）

氨基酸的活化:第19頁/共80頁第一步反應(yīng):氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

第20頁/共80頁第二步反應(yīng):氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第21頁/共80頁tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰tRNA合成酶ATP第22頁/共80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合成酶具有校正活性（proofreadingactivity）。氨基酰-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla，

Ser-tRNASer，

Met-tRNAMet

。第23頁/共80頁真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAfMet2.起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA第24頁/共80頁三、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置第25頁/共80頁原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成核蛋白體蛋白質(zhì)（ribosomalprotein，rp）第26頁/共80頁原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:氨基酰位（aminoacylsite，A位）肽酰位（peptidylsite，P位）排出位（exitsite，E位）第27頁/共80頁核蛋白體的組成第28頁/共80頁蛋白質(zhì)生物合成過程

ProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)第29頁/共80頁翻譯的起始（Initiation）翻譯的延長（elongation）翻譯的終止（termination）整個翻譯過程可分為：翻譯過程從閱讀框架的5'-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。第30頁/共80頁一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物

（translationalinitiationcomplex）。第31頁/共80頁起始因子（initiationfactor，IF）

起始步驟原核生物IF真核生物eIF亞基分離

IF3（IF1）

eIF3mRNA就位

核酸–核酸，核酸–蛋白質(zhì)

eIF3,eIF1,eIF4A

之間的辨認(rèn)結(jié)合

eIF4B,CBP-1

eIF4E

（CBP-2）

起始tRNA就位

IF2,GTP（IF1）eIF2,co-eIF2-GTP

eIF3,eIF4C

大亞基結(jié)合

各種IF脫落，GTP水解

eIF5,eIF4D第32頁/共80頁（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成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。第33頁/共80頁1.核蛋白體大小亞基分離第34頁/共80頁2.mRNA在小亞基定位結(jié)合第35頁/共80頁S-D序列:AUG上游

8-13個核苷酸處的,由4-6個核苷酸組成的富含嘌呤的序列.能與小亞基的16SrRNA結(jié)合,又稱核蛋白體結(jié)合蛋白.第36頁/共80頁3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基上。第37頁/共80頁4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成。第38頁/共80頁第39頁/共80頁（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成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40頁/共80頁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)合物形成過程第41頁/共80頁二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，按次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomalcycle），每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位（Entrance）成肽（Peptidebondformation）轉(zhuǎn)位（Translocation）第42頁/共80頁延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子（elongationfactor，EF

）原核生物：EF-T（EF-Tu，EF-Ts）

EF-G

真核生物：EF-1、EF-2第43頁/共80頁原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子第44頁/共80頁又稱注冊（registration

）1.進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

第45頁/共80頁延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

第46頁/共80頁第47頁/共80頁2.成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。第48頁/共80頁第49頁/共80頁3.轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。第50頁/共80頁第51頁/共80頁進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第52頁/共80頁第53頁/共80頁真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。第54頁/共80頁

三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

第55頁/共80頁終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子（releasefactor，RF）。一是識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物釋放因子：eRF第56頁/共80頁原核肽鏈合成終止過程第57頁/共80頁多聚核蛋白體（Polysome）——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。第58頁/共80頁電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象第59頁/共80頁蛋白質(zhì)合成后加工PosttranslationalProcessing

第三節(jié)第60頁/共80頁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61頁/共80頁一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)新生肽鏈經(jīng)盤曲折疊形成空間結(jié)構(gòu)。新生肽鏈的折疊可能是隨著肽鏈的不斷延伸而逐步完成的，逐漸產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域,，最終形成完整空間構(gòu)象。一般認(rèn)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)。第62頁/共80頁在許多蛋白質(zhì)分子中,可發(fā)現(xiàn)由2—3個二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上互相接近，形成立體形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似的，具有特殊功能的局部區(qū)域，稱為模序。某些蛋白質(zhì)分子中多肽鏈上相鄰的超二級結(jié)構(gòu)可以形成結(jié)構(gòu)比較緊密、穩(wěn)定和具有不同功能的區(qū)域，稱為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域。第63頁/共80頁二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾：去除N-甲?；騈-蛋氨酸。（二）個別氨基酸的共價修飾：磷酸化修飾；PrPr-PATP蛋白激酶ADP

羥基化修飾：羥脯氨酸、羥賴氨酸。（三）二硫鍵的生成（四）多肽鏈的水解修飾第64頁/共80頁鴉片促黑皮質(zhì)素原（POMC）的水解修飾NC信號肽POMCKRKR103肽

(？)促腎上腺皮質(zhì)激素ACTH-LT促脂解激素Endophin-內(nèi)啡肽第65頁/共80頁三、高級結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合（二）輔基連接第66頁/共80頁（一）亞基聚合

血紅蛋白是α2β2四聚體蛋白，聚合過程如下：

α鏈合成后自行釋下，與尚在聚核糖體上的β鏈相連，形成αβ二聚體。此二聚體再與血紅素結(jié)合，然后再形成四聚體。第67頁/共80頁（二）輔基連接

有些蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分組成，稱為結(jié)合蛋白質(zhì)，其中的非蛋白質(zhì)部分稱為輔基。結(jié)合蛋白質(zhì)中的輔基是在蛋白質(zhì)合成后加上的。例如糖蛋白的糖即是多肽鏈合成后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基氏體中加上的。第68頁/共80頁蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）

。

四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送第69頁/共80頁蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四節(jié)第70頁/共80頁蛋白質(zhì)生物合成是很多抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的。可針對蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。第71頁/共80頁

抗生素（antibiotics）：是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物。

某些毒素也作用于基因信息傳遞過程。第72頁/共80頁一、抗生素類抗生素作用點作用原理應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉