蛋白質(zhì)生物合成kp

第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成體系ProteinBiosynthesisSystem第1頁/共87頁基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配機(jī)：核蛋白體主要酶和蛋白質(zhì)因子：能源物質(zhì)：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+、K+蛋白質(zhì)生物合成體系第2頁/共87頁一、模板-mRNA（一）結(jié)構(gòu)StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區(qū)5

3

3’-端非翻譯區(qū)開放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。第3頁/共87頁原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)AAA…第4頁/共87頁（二）遺傳密碼在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。1、密碼子（codon）第5頁/共87頁起始密碼：AUG終止密碼：UAA，UAG，UGA遺傳密碼：64種有意義密碼：61種第6頁/共87頁遺傳密碼表第7頁/共87頁2、遺傳密碼的特點(diǎn)1.方向性NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向第8頁/共87頁2.連續(xù)性5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼第9頁/共87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。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精第10頁/共87頁3.簡并性除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。第11頁/共87頁各種氨基酸的密碼子數(shù)目第12頁/共87頁4.通用性第13頁/共87頁已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。

通用密碼線粒體密碼AUA異亮蛋、起始AGA精終止AGG精終止UGA終止色第14頁/共87頁U321123擺動(dòng)配對(duì)5.擺動(dòng)性第15頁/共87頁5.擺動(dòng)性

mRNA上密碼子的前兩位堿基與反密碼子嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)規(guī)律，而密碼子的第三位堿基與反密碼子的第一位堿基并不嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。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87頁二、場所-核蛋白體（一）組成第17頁/共87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-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成第18頁/共87頁核蛋白體的組成第19頁/共87頁原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式

第20頁/共87頁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21頁/共87頁1.mRNA與小亞基結(jié)合，大亞基上有轉(zhuǎn)肽酶的活性。2.存在三個(gè)位點(diǎn)：P位，A位，E位。3.核蛋白體對(duì)進(jìn)入的氨基酰-tRNA具有校正作用。（二）核蛋白體的特點(diǎn)第22頁/共87頁三、適配器-tRNA第23頁/共87頁二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂（一）tRNA的構(gòu)象第24頁/共87頁三、適配器-tRNA（二）tRNA的作用1、運(yùn)載氨基酸2、充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對(duì)號(hào)入座。第25頁/共87頁第26頁/共87頁四、酶類、蛋白質(zhì)因子等（一）重要的酶類氨基酰-tRNA合成酶轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)轉(zhuǎn)位酶(translocase)第27頁/共87頁（二）蛋白質(zhì)因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第28頁/共87頁參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA的敏感性延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識(shí)別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識(shí)別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核蛋白體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用第29頁/共87頁參與真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子eIF-1多功能因子，參與多個(gè)翻譯步驟eIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2B,eIF-3最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5′-端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合eIF-4B結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5′帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E、eIF-3和PolyA結(jié)合蛋白eIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-6促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基延長因子eIF1-α促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTP，相當(dāng)于EF-TueIF1-βγ調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于EF-TseIF-2有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放，相當(dāng)于EF-G釋放因子eRF識(shí)別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能第30頁/共87頁ATP、GTP，Mg2+、K+

等。（三）能源物質(zhì)及離子第31頁/共87頁第二節(jié)

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids第32頁/共87頁（一）概念氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。第33頁/共87頁（二）反應(yīng)過程氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第34頁/共87頁2、氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶的特性tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP1、每活化一個(gè)氨基酸需要消耗2個(gè)高能磷酸鍵3、氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。第35頁/共87頁（三）氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫

例如：第36頁/共87頁tRNA第37頁/共87頁二、起始氨基酰-tRNA起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet1、真核生物第38頁/共87頁2、原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

（N甲酰甲硫氨酰tRNA）第39頁/共87頁第三節(jié)

肽鏈的生物合成過程TheBiosynthesisProcessofPeptideChain第40頁/共87頁一、原核生物的肽鏈合成過程第41頁/共87頁（一）起始第42頁/共87頁IF-1IF-2IF-3第43頁/共87頁IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離第44頁/共87頁AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合第45頁/共87頁S-D序列

（Shine-Dalgarno）第46頁/共87頁S-D序列（Shine-Dalgarno）在各種原核mRNA起始密碼子AUG上游約8-13個(gè)核苷酸部位，存在4-9個(gè)核苷酸一致的序列，富含嘌呤堿基，如－AGGAGG-稱為S-D序列（Shine-Dalgarno）第47頁/共87頁S-D序列

（Shine-Dalgarno）第48頁/共87頁IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'氨基酰tRNA與GTP,IF-2形成復(fù)合物，結(jié)合在P位。第49頁/共87頁IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'第50頁/共87頁IF-1占據(jù)A位，防止結(jié)合其它tRNA。IF-2促進(jìn)起始氨酰tRNA與小亞基結(jié)合，并具有GTP酶活性。IF-3維持核蛋白體大小亞基的分離。第51頁/共87頁IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復(fù)合物形成過程第52頁/共87頁（二）延長EF-TuEF-TsEF-G第53頁/共87頁1.進(jìn)位

又稱注冊(cè)(registration)，是指一個(gè)氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核蛋白體A位的過程。第54頁/共87頁

進(jìn)位需要延長因子EF-Tu與EF-Ts參與。第55頁/共87頁第56頁/共87頁TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP進(jìn)位的反應(yīng)過程：第57頁/共87頁2.成肽是由轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成過程。成肽反應(yīng)在A位上進(jìn)行。第58頁/共87頁成肽的反應(yīng)過程第59頁/共87頁3.轉(zhuǎn)位第60頁/共87頁第61頁/共87頁3.轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，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(dòng)。這種相對(duì)位移造成合成的二肽酰tRNA進(jìn)入P位。第62頁/共87頁（二）延長EF-Tu協(xié)助氨基酰tRNA進(jìn)入A位，并具有GTP酶活性。EF-Ts結(jié)合并促進(jìn)GDP釋放，利于EF-Tu再利用。EF-G具有轉(zhuǎn)位酶的活性。第63頁/共87頁fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→轉(zhuǎn)位→下一輪進(jìn)位第64頁/共87頁進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽肽鏈合成延長(核蛋白體循環(huán))過程第65頁/共87頁（三）終止第66頁/共87頁RF-3有GTP酶活性。釋放因子的功能：識(shí)別終止密碼子RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；RF-2特異識(shí)別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚缘?7頁/共87頁原核肽鏈合成終止過程第68頁/共87頁當(dāng)mRNA終止密碼子出現(xiàn)在A位，不再有任何氨基酰tRNA進(jìn)入，RF進(jìn)入A位識(shí)別終止密碼子。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。GTP供能，tRNA,mRNA,RF與核蛋白體分離，大小亞基分離，重新參與蛋白質(zhì)合成過程。終止階段第69頁/共87頁原核肽鏈合成終止過程：第70頁/共87頁肽鏈合成所需能量計(jì)算fMet-Ser-Glu起始延長終止活化1個(gè)GTP2個(gè)GTP*21個(gè)GTP2個(gè)ATP*312個(gè)高能磷酸鍵第71頁/共87頁二、真核生物的肽鏈合成過程（一）起始2.起始氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNA。3.氨基酰tRNA先與小亞基結(jié)合，再與mRNA結(jié)合。4.依靠帽子結(jié)構(gòu)與CBP，Ploy與PABP結(jié)合，使mRNA在小亞基中準(zhǔn)確定位。1.起始因子為eIF.第72頁/共87頁（二）延長2.沒有E位。1.延長因子不同。第73頁/共87頁（三）終止終止因子只有一種eRF，識(shí)別UAA,UAG,UGA第74頁/共87頁原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物真核生物mRNA一條mRNA編碼幾種蛋白質(zhì)（多順反子）一條mRNA編碼一種蛋白質(zhì)（單順反子）轉(zhuǎn)錄后很少加工轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行首尾修飾及剪接轉(zhuǎn)錄、翻譯和mRNA的降解可同時(shí)發(fā)生mRNA在核內(nèi)合成，加工后進(jìn)入胞液，再作為模板指導(dǎo)翻譯核蛋白體30S小亞基＋50S大亞基?70S核蛋白體40S小亞基＋60S大亞基?80S核蛋白體起始階段起始氨基酰-tRNA為fMet-tRNAfMet起始氨基酰-tRNA為Met-tRNAiMet核蛋白體小亞基先與mRNA結(jié)合,再與fMet-tRNAfMet結(jié)合核蛋白體小亞基先與Met-tRNAiMet結(jié)合，再與mRNA結(jié)合mRNA中的S-D序列與16SrRNA3

-端的一段序列結(jié)合mRNA中的帽子結(jié)構(gòu)與帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物結(jié)合有3種IF參與起始復(fù)合物的形成有至少10種eIF參與起始復(fù)合物的形成延長階段延長因子為EF-Tu、EF-Ts和EF-G延長因子為eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2終止階段釋放因子為RF-1、RF-2和RF-3釋放因子為eRF第75頁/共87頁第四節(jié)

蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein第76頁/共87頁一、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)（一）