蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)一、蛋白質(zhì)生物合成體系

三種RNAmRNA(信使RNA)rRNA(核糖體RNA)tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)（一）三種RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.mRNA功能：在蛋白質(zhì)生物合成中mRNA起著直接模板作用。遺傳密碼（密碼子）：

mRNA分子上從5

至3

方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，代表某一個(gè)氨基酸的信息，也稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼表目錄第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAAUAGUGA遺傳密碼有64種，記住：第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼的特點(diǎn)（1）連續(xù)性(commaless)各個(gè)密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。框移突變(frameshiftmutation)第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（2）簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和蛋氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸均有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)密碼子。第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（3）擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼子需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象AUCU第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（4）通用性(universal)整套密碼從原核生物到人類都通用，但動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體例外。密碼的通用性證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天（5）方向性(direction)

起始密碼子位于mRNA鏈的5′-端，終止密碼子位于3′-端，翻譯時(shí)沿5′→3′方向進(jìn)行，直到終止密碼子為止，相應(yīng)多肽鏈的合成從N端向C端延伸。第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2.tRNA

功能：通過tRNA的反密碼子與mRNA的

密碼子結(jié)合，使tRNA攜帶的氨基酸準(zhǔn)確

在mRNA上對(duì)號(hào)入座。反密碼環(huán)氨基酸臂第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'tRNAmRNA第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天起始tRNA(tRNAMet)包括：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.rRNArRNA不能單獨(dú)起作用，需與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體。功能：核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所與“裝配機(jī)”第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

不同細(xì)胞核糖體的組成

核糖體核糖體由大、小兩個(gè)亞基組成。第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天原核生物核糖體結(jié)構(gòu)模式2.A位：氨基酰位，又稱受位。1.P位：肽酰位，又稱給位。3.E位：排出位。第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)1.第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2.第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程

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)。

起始(initiation)延長(elongation)終止(termination)翻譯過程(TheProcessofProteinBiosynthesis)第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天一、原核生物翻譯過程1.核糖體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核糖體大亞基結(jié)合。

指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物

(translationalinitiationcomplex)。(一)起始第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-11.核糖體大小亞基分離第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天S-D序列

在起始密碼子的上游約8～13個(gè)核苷酸部位有一段富含嘌呤堿基（如-AGGAGG-）的特殊保守序列，稱為SD序列，可被核糖體小亞基16SrRNA辨認(rèn)互補(bǔ)結(jié)合。

緊接SD序列后的小核苷酸序列，可被核糖體小亞基蛋白rpS-1識(shí)別并結(jié)合。第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻譯起始階段總結(jié)第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天原核肽鏈合成的延長因子

(二)延長

肽鏈延長包括進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位三步，在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸。第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.進(jìn)位(注冊,registration)(1)fMet-tRNAfMet占據(jù)P位，A位空缺。

(2)第2個(gè)密碼子相應(yīng)的氨基酰-tRNA與EF-Tu-GTP結(jié)合，其反密碼子識(shí)別密碼子，進(jìn)入A位。

(3)EF-Tu水解GTP，EF-Tu和GDP從核糖體釋出，重新形成Tu-Ts二聚體。第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2.成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天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)。第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天fMetAUG5'3'fMetTuGTP第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.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、核糖體等分離的過程。

(三)終止2.識(shí)別終止密碼，RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。3.誘導(dǎo)改變轉(zhuǎn)肽酶的酯酶活性為水解活性，使肽鏈從核糖體上釋放。第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天UAG5'3'RFCOO-第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天與原核生物相比，真核生物肽鏈延長過程有不同的反應(yīng)體系和延長因子。真核細(xì)胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從P位脫落。(二)延長(三)終止

與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一種釋放因子eRF，可識(shí)別所有終止密碼子。(一)起始二、真核生物翻譯過程1.核糖體大小亞基分離；2.起始氨基酰-tRNA結(jié)合；3.mRNA在核糖體小亞基就位；4.核糖體大亞基結(jié)合。原核先就位，后結(jié)合；真核先結(jié)合，后就位第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天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38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天(二)使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象三、多聚核糖體(polysome)(一)指多個(gè)核糖體附在同一條mRNA上合成蛋白質(zhì)而形成的串珠狀聚合物。

第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天四、翻譯后加工和輸送

新生多肽鏈需要酶和其他蛋白質(zhì)輔助，經(jīng)過折疊、修飾等加工才能轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)。

(一)多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的功能蛋白質(zhì)(1)熱休克蛋白(HSP):HSP70、HSP40和GreE族(2)伴侶素(chaperonins):GroEL和GroES家族2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(PPI)1.分子伴侶第40頁,共46頁，2024年2月25日，星期天鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH

-LT-MSH

-MSHEndophin(二)一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾1.肽鏈N端的修飾2.個(gè)別氨基酸的修飾3.多肽鏈的水解修飾第41頁,共46頁，2024年2月25日，星期天(三)高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾

(四)蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送1.指蛋白質(zhì)合成后需定向輸送到發(fā)揮功能的細(xì)胞靶部位的過程。

2.新生分泌蛋白的N端，可引導(dǎo)其自身轉(zhuǎn)移到細(xì)胞靶部位的保守氨基酸序列，稱信號(hào)序列(signalsequence)或信號(hào)肽(signalpeptide)

。1．亞基的聚合如血紅蛋白通過非共價(jià)鍵將亞基聚合成寡聚體。2．輔基的連接如糖蛋白、脂蛋白、各種酶等，合成后需與輔基連接，才具有活性。3．疏水脂鏈的共價(jià)連接如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水雙層膜脂，才具有活性。第42頁,共46頁，2024年2月25日，星期天五、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)

(一)分子病

由于基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而引起生物體某些結(jié)構(gòu)和功能的異常，這種疾病稱為分子病。分子病最典型的代表為鐮刀型紅細(xì)胞貧血病。(二)抗生素對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響1.抗生素類是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。第43頁,共46頁，2024年2