蛋白質(zhì)生物合成simple

關(guān)于蛋白質(zhì)生物合成simple遺傳信息流動示意圖核糖體DNAmRNAtRNA第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的機(jī)理第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加工第四節(jié)蛋白質(zhì)定位第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA蛋白質(zhì)合成體系的組分三、核糖體第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系

一、mRNA和遺傳密碼四、輔助因子第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天mRNA

(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。mRNA原核生物和真核生物mRNA的比較第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼

遺傳密碼:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。

密碼子(codon)：mRNA上每3個相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯(lián)體密碼。三聯(lián)體密碼的破譯遺傳密碼字典遺傳密碼的性質(zhì)第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天三聯(lián)體密碼的破譯

1954年Gamov確認(rèn)核酸分子中三個堿基決定一個氨基酸

1961年Crick等用遺傳學(xué)方法也證實三聯(lián)體密碼子學(xué)說是正確的

Nirenberg以均聚物共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,尋找到了破譯遺傳密碼的途徑

Khorana以共聚物指導(dǎo)多肽的合成，加快了破譯遺傳密碼的步伐第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天缺失或插入核苷酸引起三聯(lián)體密碼的改變CATCATCATCATCATCATCATCA

CATCATCATCATCCATCA

CAXTCATCATCATCAXTXCATXCATCATCAT-1-1,+1+3第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPhePolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyLysPolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPro第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2個氨基酸組成的多肽,如以PolyUG為模板，合成產(chǎn)物為PolyLys-Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨基酸組成的多肽。第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天核糖體結(jié)合技術(shù)技術(shù)要點：保溫

硝酸纖維濾膜過濾分析留在濾膜上的核糖體-AAtRNA

確定與核糖體結(jié)合的AA以人工合成的三核苷酸為模板+核糖體+AA-tRNA第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位

第一位（5ˊ）

第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG第12頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天64種密碼中，61種是Aa的密碼子，AUG

和GUG的特殊性

肽鏈內(nèi)部Met的密碼子

AUG原核生物編碼甲酰甲硫氨酸起始密碼真核生物編碼甲硫氨酸另有三種是終止密碼（標(biāo)點密碼子、無意義密碼子）：UAA（琥珀密碼子）UAG（乳石密碼子）UGA（赭石密碼子）第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼的性質(zhì)1、密碼是無標(biāo)點符號的且相鄰密碼子互不重疊。

2、密碼的簡并性：由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并性（dogeneracy），對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymouscodon)。密碼的簡并性可以減少有害突變。

3、密碼的擺動性（變偶性）：密碼的專一性主要是由第一第二個堿基所決定，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對時，密碼子的第一、二位堿基是嚴(yán)格的，第三位堿基可以有一定的變動。Crick稱這一為變偶性（wobble）.4、密碼的通用性和變異性5、64組密碼子中，AUG既是Met的密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。

第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天密碼子是不重疊的并且無標(biāo)點：

ABCDEFGHIJKHAa1Aa2Aa3Aa4

第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天反密碼子與密碼子之間的堿基配對AUCG反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基GUCUAGIUCA第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1966年Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出：（2）有些反密碼子的第一個堿基（按5

-3

）決定了該tRNA識別密碼子的數(shù)目。（3）當(dāng)一種氨基酸有幾個密碼子時，只要他們的第一和第二個堿基中有一個不同，則需要不同的tRNA來識別。（1）mRNA上的密碼子的第一、第二個堿基與tRNA上的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強(qiáng)的配對；密碼的專一性主要是由這兩個堿基對的作用。第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天人線粒體中變異的密碼子UGA終止信號TrpAUAIleMetAGAArg終止信號AGGArg終止信號密碼子正常情況下編碼線粒體DNA編碼第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)特點半衰期短許多原核生物mRNA以多順反子形式存在AUG作為起始密碼；AUG上游7～12個核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

AAAAAAA-OH第21頁,共63頁，2024年2月25日，星期天tRNA

（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將活化的氨基酸運送到核糖體中mRNA模板上。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征2、tRNA的功能

tRNA的接頭(adaptor)作用

3′-端上的氨基酸接受位點

識別氨酰-tRNA合成酶的位點

核糖體識別位點

反密碼子位點

tRNA第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天密碼子與反密碼子的配對關(guān)系反密碼子tRNA5

3

AUC5

mRNA3

密碼子123第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天核糖體核糖體

是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。2、核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天核糖體的組成原核生物核糖體的組成34protein21protein23SRNA5SRNA16SRNA50Ssubunit70Sribosome30Ssubunit原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖30Ssubunit50Ssubunit第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天核糖體的功能

小亞基：結(jié)合mRNA及tRNA反密碼區(qū)段功能大亞基：結(jié)合tRNA其它區(qū)段

A位—氨酰tRNA進(jìn)入部位核糖體的活性中心

P位—與正在延伸的肽酰

tRNA結(jié)合部位第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖30S與mRNA結(jié)合部位P位（結(jié)合或接受肽基的部位）A位（結(jié)合或接受AA-tRNA的部位）50S5

3

mRNA第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天多聚核糖體

在一個mRNA分子中結(jié)合一定數(shù)目的單位核糖體稱為多聚核糖體。第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核

真核功能

IF1

IF2

eIF2參與起始復(fù)合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結(jié)合

eIF4ABF參與尋找第一個AUG

eIF5協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放

eIF6協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離

EF-Tu

eEF1

協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體延長EF-Ts

eEF1

幫助EF-Tu、eEF1

周轉(zhuǎn)

EF-G

eEF2移位因子

RF-1終止eRF釋放完整的肽鏈

RF-2第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的機(jī)理一、氨基酸的活化二、原核生物多肽鏈的合成過程四、真核生物多肽鏈的合成三、多核糖體與核糖體循環(huán)第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的活化氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰-tRNA第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCH3

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCH3Met-tRNAiMetfMet-tRNAtMetN10-CHO-FH4FH4轉(zhuǎn)甲酰酶第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天氨酰-tRNA合成酶特點

a、專一性：

對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對tRNA具有極高專一性。

b、校對作用：氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯誤活化的氨基酸。第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天氨酰-tRNA合成酶識別氨基酸與tRNA第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天原核生物多肽鏈的合成過程

原核生物多肽鏈的合成分為三個階段：1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長3、肽鏈合成的終止及釋放第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的起始30S亞基?mRNAIF3-IF1復(fù)合物30S?mRNA?GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1復(fù)合物70S起始復(fù)合物

mRNA

+30S亞基-IF3IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亞基IF2+IF1+GDP+PiIF1第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的延長12122323進(jìn)位肽鍵形成移位進(jìn)位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天進(jìn)位：由mRNA所決定的新的氨基酸-tRNA進(jìn)入A位；轉(zhuǎn)肽：轉(zhuǎn)肽酶作用下轉(zhuǎn)肽（GTP供能）；1992，Holler認(rèn)為由23SrRNA催化；脫落：新肽合成后，P位上tRNA脫落；移位：核糖體向mRNA3，端移位，帶有肽鏈的tRNA進(jìn)入P位，空出A位再接受下一個氨基酸-tRNA（GTP供能）；上述過程重復(fù)進(jìn)行，直到終止密碼為止。第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天肽鍵的形成第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的終止及釋放（1）釋放因子RF1或RF2進(jìn)入核糖體A位。（2）多肽鏈的釋放（3）70S核糖體解離5

3

UAG30S亞基50S亞基5

3

UAGtRNARF第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的忠實性A、氨基酸與tRNA的特異結(jié)合氨酰-tRNA合成酶對AA和tRNA有底物專一性氨酰-tRNA合成酶能識別和水解不恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)物B、延伸因子和GTP酶的活性對忠實性的影響提供了密碼子與反密碼子相互作用的時機(jī)C、錯誤的AA可由終止肽鏈合成來消除D、能量上的昂貴第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識別mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細(xì)胞。第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）；（2）分子伴侶第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加工Lasky于1978年首先提出分子伴侶（molecularchaperone）的概念，這是一類在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。一.肽鏈的折疊第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1、肽鏈末端的修飾：

N-端fMet或Met的切除2、信號序列的切除3、二硫鍵的形成4、部分肽段的切除5、個別氨基酸的修飾6、糖基側(cè)鏈的添加7、輔基的加入二.蛋白質(zhì)的加工修飾實例：胰島素原的加工第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天一、

翻譯后的加工1、

水解剪切（N-端序列與信號肽）脫甲酰酶fMet-肽甲酸+Met-肽（原核大多）氨肽酶Met-肽Met+肽（真核、部分原核）（1-多個氨基酸）第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2、

氧化作用形成-S-S-3、化學(xué)修飾、某些氨基酸的側(cè)鏈需進(jìn)行特殊修飾如：膠原蛋白中Pro→HO-Pro

Lys→HO-Lys

糖蛋白中Asn、Ser、Thr側(cè)鏈糖苷化（以共價鍵接上糖）第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天4、激活有些多肽合成后，要經(jīng)過專一性蛋白酶水解，斷裂出一部分肽鏈，才能成為有功能的蛋白質(zhì)（例如：酶原激活）。酶原激活酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)物質(zhì)作用可轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程，即活性中心形成或暴露的過程。實例：胰島素原的加工（見下張ppt）第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天胰島素原的加工A鏈區(qū)B鏈區(qū)間插序列（C肽區(qū)）HSSHSHSHHSHS信號肽NC核糖體上合成出無規(guī)則卷曲的前胰島素原切除C肽后，形成成熟的胰島素分子切除信號肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素原SSSSNNCCA鏈B鏈胰島素CNS－SSS胰島素原SS第53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

H+或胃蛋白酶

胃蛋白酶原胃蛋白酶

胰蛋白酶

胰凝乳蛋白酶原