蛋白質(zhì)的生物合成生物學

關(guān)于蛋白質(zhì)的生物合成生物學一、核糖體的化學組成

主要是RNA和蛋白質(zhì)。

r蛋白質(zhì)：40%，核糖體表面

rRNA:60%,，核糖體內(nèi)部

編碼rRNA的基因稱rDAN。第2頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二、核糖體的一般特征小亞基側(cè)面觀呈弧形，可分為頭、基部和平臺三部分組成。在電鏡下，是一種電子密度較高的圓形或橢圓形致密小顆粒，直徑15~30nm。每個核糖體由大、小兩個亞基組成。大亞基側(cè)面觀略呈圓錐形，在一側(cè)伸出三個突起，稱為中央突、柄和嵴。（一）核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)第3頁,共53頁，2024年2月25日，星期天核糖體第4頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共53頁，2024年2月25日，星期天中央突柄嵴谷大亞基頭部基部平臺小亞基頭部基部平臺中央突嵴mRNA第6頁,共53頁，2024年2月25日，星期天在大亞基的中央還有一與其底面相垂直的中央管。在蛋白質(zhì)合成時，新生的多肽鏈經(jīng)中央管通過ER膜進入ER腔中。aa40S60StRNAmRNA中央管第7頁,共53頁，2024年2月25日，星期天核糖體的功能定位：

A位：氨酰基位P位：肽基位肽基轉(zhuǎn)移酶位又稱為T因子GTP酶位mRNA5'3'PAGT因子第8頁,共53頁，2024年2月25日，星期天核糖體的聚合和解聚[Mg2+]<1mM時，大、小亞基解離；[Mg2+]1~10mM時，大、小亞基聚合成單核糖體；[Mg2+]>10mM時，兩個單核糖體聚合成二聚體。+Mg2+-Mg2++Mg2+-Mg2+60S40S80S120S核糖體的大、小亞基間可因環(huán)境條件及生理狀態(tài)的改變而發(fā)生聚合和解離。

Mg2+為聚合的粘聚物，對核糖體大、小亞基的聚合有較大影響。

第9頁,共53頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)核糖體的來源和沉降系數(shù)不同，分為三類真核細胞器核糖體：線粒體：55~88S，不同來源的Mi，核糖體的大小不同

動物線粒體內(nèi)的核糖體：55~60S

高等植物細胞線粒體的核糖體：77~80S三、核糖體的類型原核細胞核糖體：70S

大亞基50S，由23S、5SrRNA和32(34)種蛋白質(zhì)組成。

小亞基30S，由16SrRNA和21種蛋白質(zhì)組成。真核細胞核糖體：80S

大亞基60S，由28S、5S、5.8SrRNA和約49種蛋白質(zhì)組成。

小亞基40S，由18SrRNA和33種蛋白質(zhì)組成。第10頁,共53頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)在細胞中存在的情況分為：

游離核糖體、附著核糖體多聚核糖體第11頁,共53頁，2024年2月25日，星期天核糖體的功能游離核糖體：合成細胞自身的結(jié)構(gòu)蛋白以及催化各種生化反應的酶蛋白；血紅蛋白；肌動蛋白和肌球蛋白附著核糖體：合成外輸性蛋白、溶酶體酶蛋白、膜鑲嵌蛋白第12頁,共53頁，2024年2月25日，星期天細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的生物合成第13頁,共53頁，2024年2月25日，星期天一、

DNA的復制DNA復制(replication):DNA分子合成一個與自己相同的DNA分子的過程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。第14頁,共53頁，2024年2月25日，星期天T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

G

CTTGCG半保留復制（semi-conservativereplication)1解旋

2條單鏈2CGGCATATAA

C

G

CTTGCG分別以2條單鏈為模板按堿基配對原則形成與親代DNA分子相同的兩條子鏈。每條子鏈中一條多核苷酸鏈是親代DNA分子即模板鏈，另一條是互補合成的。A—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—CC—GA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TA—TG—CT—AC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG-CDNA復制的基本形式和過程第15頁,共53頁，2024年2月25日，星期天真核細胞DNA復制特點：

1.堿基互補配對2.半保留復制

3.復制的方向性4.復制是不連續(xù)的復制子(replicon),

復制叉（replicationfork)

先行鏈和后隨鏈

岡崎片段

5.多個復制子雙向復制

6.復制的不同步性第16頁,共53頁，2024年2月25日，星期天DNA復制所需的引物、酶和某些蛋白RNA引物：長度一般為4~12個核苷酸。引物的出現(xiàn)可能提高DNA復制的無差錯性,為DNA聚合酶提供3，-OH(1)、DNA聚合酶：作用是將脫氧核苷酸連接成DNA。DNA復制所需的引物DNA復制所需的酶和蛋白質(zhì)(2)、引發(fā)酶和引發(fā)體：引發(fā)酶作用：催化RNA引物的合成。引發(fā)酶催化前要與多種蛋白質(zhì)結(jié)合共同構(gòu)成一個復合體——引發(fā)體。第17頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(3)、DNA連接酶:能催化一段DNA鏈的5′磷酸根與另一段DNA的3′OH形成磷酸二酯鍵，使兩段DNA連接起來。此外，在DNA修復中亦起重要作用。(4)、DNA解鏈酶：解開DNA雙鏈。解鏈時需ATP供能。(5)、單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）:與被解開的DNA單鏈結(jié)合，使其不再纏結(jié)而便于作模板——去螺旋穩(wěn)定蛋白（HDP)。第18頁,共53頁，2024年2月25日，星期天與復制有關(guān)的另外兩種酶拓撲異構(gòu)酶端粒酶（端粒末端轉(zhuǎn)移酶）拓撲異構(gòu)酶I拓撲異構(gòu)酶II：切斷DNA雙鏈中的一股,使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)時不致纏結(jié)，待張力解除后又把切口封閉。：穩(wěn)定螺旋結(jié)構(gòu)；當復制完畢時，使著絲粒處連鎖著的兩個DNA分子分離。：保證真核細胞內(nèi)線性DNA的復制進行得徹底和完善。第19頁,共53頁，2024年2月25日，星期天5′3′3′5′解鏈酶解鏈酶3′5′解鏈酶3′5′引發(fā)體引發(fā)酶SSBSSBSSBSSBRNA引物聚合酶II3′5′聚合酶II解鏈酶3′5′聚合酶II3′SSBSSBSSBSSB5′RNA引物引發(fā)體引發(fā)酶RNA引物SSBSSBSSBSSB聚合酶IIDNA聚合酶I和連接酶第20頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二.基因的表達第21頁,共53頁，2024年2月25日，星期天增強子尾部區(qū)結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)非編碼區(qū)調(diào)控區(qū)外顯子：具有編碼意義內(nèi)含子：無編碼意義前導區(qū)啟動子終止子第22頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（一）、轉(zhuǎn)錄transcrpition轉(zhuǎn)錄：指DNA合成RNA的過程（DNA分子的3‘

5’為模板鏈也叫反編碼鏈；5‘

3’鏈叫編碼鏈）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物信息RNA(mRNA)轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)核糖RNA(rRNA)核仁以外的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的。5.8S、18S、28SrRNA由核仁內(nèi)的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄，5SrRNA由核仁以外常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的階段粗轉(zhuǎn)錄階段加工階段第23頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共53頁，2024年2月25日，星期天真核細胞的轉(zhuǎn)錄酶系統(tǒng)

RNA聚合酶Ⅰ：45srRNA，最終轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是

18s、28s、5.8srRNA。

RNA聚合酶Ⅱ：hnRNA(核不均一RNA），最終轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA。

RNA聚合酶Ⅲ：tRNA前體和5SrRNA,最終產(chǎn)物是tRNA和5srRNA第28頁,共53頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子3（E3）105

146外顯子2

（E2）31

1045

3

TATA框RNA聚合酶結(jié)合決定轉(zhuǎn)錄起始點CAAT框RNA聚合酶結(jié)合控制轉(zhuǎn)錄頻率外顯子1（E1）1

30AATAAA

回文順序內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子3（E3）105

146外顯子2

（E2）31

1045

3

外顯子1（E1）1

30AATAAA

回文順序內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

5

3

外顯子3（E3）105146外顯子2

（E2）31104外顯子1（E1）130AATAAA回文順序外顯子3（E3）105

146外顯子2

（E2）31

1045

3

外顯子1（E1）1

30AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmG轉(zhuǎn)錄剪接帶帽加尾成熟的mRNAhnRNA加工DNAmRNA的加工過程第29頁,共53頁，2024年2月25日，星期天5′—5′(二)戴帽：首先，RNA5’端起始核苷酸的P與鳥苷三磷酸形成5’－5’鍵。在真核生物中、下一個Ａ的2’－0位甲基化，形成帽1。然后，在鳥苷酸7位N上甲基化，完成戴帽(帽O(jiān))第30頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共53頁，2024年2月25日，星期天tRNA的加工第32頁,共53頁，2024年2月25日，星期天rRNA的加工45SrRNA酶切5.8SrRNA18SrRNA28SrRNA5SrRNA在核仁外區(qū)域rRNA基因轉(zhuǎn)錄合成核仁內(nèi)核仁外區(qū)域第33頁,共53頁，2024年2月25日，星期天逆轉(zhuǎn)錄

第34頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共53頁，2024年2月25日，星期天DNARNA中心法則

轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄Protein翻譯第36頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）、遺傳信息的翻譯

攜帶某種遺傳信息的mRNA轉(zhuǎn)錄出來后經(jīng)加工剪接,從細胞核進入細胞質(zhì),再與核糖體大、小亞基以及甲硫氨酸t(yī)RNA結(jié)合形成起始復合體,

蛋白質(zhì)合成開始第37頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1.遺傳密碼表TheGeneticCode

第38頁,共53頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的活化：氨?；猼RNA的形成

2.蛋白質(zhì)合成的起始

ProteinSynthesis

氨基酸氨酰基—tRNAATPADPtRNA-氨?；罨傅?9頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3、肽鏈合成的開始第40頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3.肽鏈合成的延伸第41頁,共53頁，2024年2月25日，星期天4.蛋白質(zhì)合成的終止第42頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共53頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)翻譯后修飾

基因2.5萬↓蛋白質(zhì)20萬→200萬之間在真核細胞內(nèi)迄今已發(fā)現(xiàn)2