蛋白質(zhì)的生物合成專題省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第11章2蛋白質(zhì)生物合成1/86第1節(jié)蛋白質(zhì)合成體系2/86一、mRNA與遺傳密碼蛋白質(zhì)合成直接模板，指導肽鏈合成。mRNA分子上核苷酸次序決定蛋白質(zhì)分子氨基酸次序。1、信使RNA3/86２、遺傳密碼3個連續(xù)核苷酸代表1個氨基酸，即每3個核苷酸組成1個密碼子，稱為三聯(lián)體密碼。4/864種堿基怎樣對應20種基本氨基酸？1個堿基對應一個AA42個堿基對應一個AA163個堿基對應一個AA64

——三聯(lián)體密碼（１）遺傳密碼破譯5/86遺傳密碼表6/861、方向性

５’－３’2、簡并性

除Try和Met各有一個，其它都有兩個以上。

3、通用性與例外

全部生物共用一套密碼。但在真核細胞線粒體中，UAG不是終止密碼子，是Trp密碼子；AUA不是Ile密碼子，而是Met密碼子；AGA和AGG不是Arg密碼子，而是終止密碼子。4、讀碼連續(xù)性（2）遺傳密碼基本特征7/865、有起始密碼子和終止密碼子

起始密碼子：AUG終止密碼子：UAA、UAG、UGA6、變偶性tRNA上反密碼子第1位堿基與mRNA密碼子第3位堿基配對時，能夠在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴格遵照堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動性（變偶性）。8/86二、tRNA氨基酸攜帶者；每一個氨基酸都有特有tRNA攜帶，有氨基酸能夠被幾個tRNA攜帶稱為同工受體tRNA；攜帶了氨基酸t(yī)RNA：Ala-tRNAAla

原核細胞：起始甲酰甲硫氨酰tRNA—tRNAfMet

真核細胞：起始tRNA—tRNAmMet

肽鏈延伸—tRNAMet

9/86

核蛋白體組成核蛋白體原核生物真核生物蛋白質(zhì)S值rRNA蛋白質(zhì)S值rRNA小亞基21種30S16S33種40S18S大亞基34種50S23S5S49種60S28S5.8S5S核蛋白體70S80S三、核糖體是蛋白質(zhì)合成工廠10/8611/86原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式12/86

多核糖體（polysome) 一個mRNA分子可同時有多個核蛋白體在進行同一個蛋白質(zhì)合成，這種mRNA和多個核蛋白體聚合物稱為多聚核蛋白體。13/86四、翻譯輔助因子P349表13-514/86第2節(jié)蛋白質(zhì)生物合成氨基酸活化肽鏈合成起始肽鏈合成延伸肽鏈合成終止與釋放翻譯后加工15/86一、氨基酸活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶16/86二、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合物(translationalinitiationcomplex)。參加起始過程蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。17/86S-D序列：

在原核生物mRNA起始密碼AUG上游，存在4~9個富含嘌呤堿一致性序列，如-AGGAGG-，稱為S-D序列。

又稱為核蛋白體結(jié)合位點（ribosomalbindingsite，RBS)

能與16S核糖體RNA識別，以幫助從起始AUG處開始翻譯。

Shine和Dalgarno（一）、起始密碼子識別18/86S-D序列19/86（二）、原核生物翻譯起始復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結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。20/86IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離21/86AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合22/86IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合23/86IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白體大亞基結(jié)合24/86A：aminoacylsiteP：peptidesiteE：exitsite（大部分在大亞基上）25/86IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個GTP。26/86指按照mRNA密碼序列指導，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止過程。三、蛋白質(zhì)合成延伸（elongation）27/86肽鏈延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomalcycle)。每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為以下三步：進位（entrance）轉(zhuǎn)肽（peptidebondformation）移位（translocation）

28/86①進位指依據(jù)mRNA上一組遺傳密碼指導，使對應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

29/86TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP延長因子EF-T催化進位（原核生物）

30/86②轉(zhuǎn)肽：肽酰轉(zhuǎn)移酶（核糖體參加催化）31/8632/8633/86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，促進核蛋白體向mRNA3’側(cè)移動。③移位：EF-G（EF-2）34/86

35/86進位移位轉(zhuǎn)肽36/86肽酰轉(zhuǎn)移酶活性變?yōu)轷ッ富钚裕ò耍┓g終止（terminate）當mRNA上終止密碼（UAA、UAG、UGA）出現(xiàn)后，多肽鏈合成停頓，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。

37/86原核肽鏈合成終止過程38/86UAG5'3'RFCOO-39/86

原核生物蛋白質(zhì)合成能量計算 氨基酸活化：2個~P ATP 起始： 1個 GTP 延長： 2個 GTP 終止： 1個 GTP 結(jié)論：每合成一個肽鍵最少消耗4個~P。40/86蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證實）以mRNA5’-3’方向閱讀遺傳密碼該合成過程是一個耗能過程

41/86新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物學活性，必須經(jīng)過復雜加工過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)楹刑烊粯?gòu)象功效蛋白質(zhì)，這一加工過程稱為翻譯后修飾(posttranslationalmodification)。翻譯后修飾包含多肽鏈折疊為天然三維構(gòu)象及對肽鏈一級結(jié)構(gòu)修飾、空間結(jié)構(gòu)修飾等。翻譯后修飾使得蛋白質(zhì)組成愈加多樣化，從而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上展現(xiàn)更大復雜性。第三節(jié)

蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送42/86蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用靶位點過程稱為蛋白質(zhì)靶向輸送(proteintargeting)。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送43/86一、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N-端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈折疊即開始?？赡馨殡S序列不停延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。普通認為，多肽鏈本身氨基酸次序儲存著蛋白質(zhì)折疊信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象基礎(chǔ)。細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其它酶和蛋白質(zhì)輔助。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送44/86幾個有促進蛋白質(zhì)折疊功效大分子:分子伴侶(molecularchaperon)蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送45/861.分子伴侶:分子伴侶是細胞內(nèi)一類可識別肽鏈非天然構(gòu)象、促進各功效域和整體蛋白質(zhì)正確折疊保守蛋白質(zhì)。分子伴侶有以下功效：①封閉待折疊蛋白質(zhì)暴露疏水區(qū)段；②創(chuàng)建一個隔離環(huán)境，能夠使蛋白質(zhì)折疊互不干擾；③促進蛋白質(zhì)折疊和去聚集；④碰到應激刺激，使已折疊蛋白質(zhì)去折疊。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送46/86(1)熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(2)伴侶蛋白(chaperonin)分子伴侶主要有：第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送47/86(1)熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)熱休克蛋白屬于應激反應性蛋白質(zhì)，高溫應激可誘導該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可促進需要折疊多肽折疊為有天然空間構(gòu)象蛋白質(zhì)。熱休克蛋白包含HSP70、HSP40和GrpE三族。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送48/86(2)伴侶蛋白(chaperonin)伴侶蛋白是分子伴侶另一家族，如大腸桿菌GroEL和GroES（真核細胞中同源物為HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形整天然空間構(gòu)象微環(huán)境。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送49/862.蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵正確形成對穩(wěn)定分泌型蛋白質(zhì)、膜蛋白質(zhì)等天然構(gòu)象十分主要，這一過程主要在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學最穩(wěn)定天然構(gòu)象。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送50/863.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象有顯著差異。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進上述順反兩種異構(gòu)體之間轉(zhuǎn)換。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送51/86二、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)修飾主要是肽鍵水解和化學修飾

（一）肽鏈末端修飾（二）個別氨基酸共價修飾1．糖基化2．羥基化3．甲基化4．磷酸化5．二硫鍵形成6．親脂性修飾第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送52/86四、合成后蛋白質(zhì)可被靶向輸送至細胞特定部位蛋白質(zhì)在核蛋白體上合成后，必須分選出來，定向輸送到一個適當部位才能行使各自生物學功效。蛋白質(zhì)靶向輸送與翻譯后修飾過程同時進行。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送53/86新生蛋白質(zhì)去向：第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送54/86全部靶向輸送蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要是N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞適當靶部位，這類序列稱為信號序列(signalsequence)。信號序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特征最主要元件，提醒指導蛋白質(zhì)靶向輸送信息存在于蛋白質(zhì)本身一級結(jié)構(gòu)中。（一）靶向輸送蛋白質(zhì)N-端存在信號序列第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送55/86N-端含1個或幾個帶正電荷堿性氨基酸殘基，如賴氨酸、精氨酸；中段為疏水關(guān)鍵區(qū)，主要含疏水中性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸等；C-端加工區(qū)由一些極性相對較大、側(cè)鏈較短氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被信號肽酶(signalpeptidase)裂解位點。信號肽有以下共性：第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送56/86第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送57/86靶向輸送到細胞核蛋白質(zhì)其多肽鏈內(nèi)含有特異信號序列，稱為核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)。NLS為含4～8個氨基酸殘基短序列，富含帶正電荷賴氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽鏈不一樣部位，而不只在N末端。不一樣NLS間未發(fā)覺共有序列；在蛋白質(zhì)進核定位后，NLS不被切除。核定位序列第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送58/86真核細胞分泌型蛋白質(zhì)靶向輸送過程為：核蛋白體上合成肽鏈先由信號肽引導進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔并被折疊成為含有一定功效構(gòu)象蛋白質(zhì)，在高爾基復合體中被包裝進分泌小泡，轉(zhuǎn)移至細胞膜，再分泌到細胞外。（二）分泌型蛋白質(zhì)由分泌小泡靶向輸送至胞外第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送59/86信號序列引導蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送60/86與分泌型蛋白質(zhì)一樣，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中駐留蛋白質(zhì)先經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上附著核蛋白體合成并進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，然后隨囊泡輸送到高爾基復合體。不過，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)多肽鏈C-端含有滯留信號序列，可與對應受體結(jié)合。在高爾基復合體上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)經(jīng)過其滯留信號序列與受體結(jié)合后，隨囊泡輸送回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。（三）靶向輸送至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)C-端含有滯留信號序列第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送61/86（四）質(zhì)膜蛋白質(zhì)靶向輸送由囊泡轉(zhuǎn)移到細胞膜質(zhì)膜蛋白質(zhì)合成時在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上跨膜機制與分泌型蛋白質(zhì)跨膜機制相同，不過，質(zhì)膜蛋白質(zhì)肽鏈并不完全進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，而是錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。不一樣類型跨膜蛋白質(zhì)以不一樣形式錨定于膜上。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送62/86（五）線粒體蛋白質(zhì)以其前體形式在胞液合成后靶向輸入線粒體絕大部分線粒體蛋白質(zhì)是由核基因組編碼、在胞液中游離核蛋白體上合成后釋放、靶向輸送到線粒體中。第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送63/86真核細胞線粒體蛋白質(zhì)靶向輸送第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送64/86（七）細胞核蛋白質(zhì)在胞液中合成后經(jīng)核孔靶向輸送入核第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送65/86N端改造

fMet切除信號肽（能透膜，進行蛋白質(zhì)錨定）切除氨基酸修飾/改造肽鏈內(nèi)或肽鏈間二硫鍵形成、乙?；?、甲基化氨基酸殘基修飾（Pro-OH/Cys-OH）4.糖基化

（Asp、Ser、Thr、Asn）5.一些多肽要經(jīng)特殊酶切一段肽鏈后才有生物活性(如：胰島素)6.高級結(jié)構(gòu)形成在分子伴侶幫助下形成正確結(jié)構(gòu)7.錨定（定位）66/86第四節(jié)抑制蛋白質(zhì)生物合成抗菌素一、四環(huán)素族抑制氨基酰-tRNA與原核細胞核糖體結(jié)合。二、氯霉素與原核細胞核糖體50S結(jié)合，阻斷肽鏈形成。三、鏈霉素與卡那霉素與原核細胞核糖體30S結(jié)合，改變其構(gòu)象，引發(fā)讀碼錯誤，造成合成錯誤蛋白質(zhì)。67/86四、嘌呤霉素結(jié)構(gòu)與氨基酰tRNA末端相同，帶有游離氨基酸，能夠取代氨基酰tRNA進入核糖體受位，使正在合成肽鏈轉(zhuǎn)移到嘌呤霉素氨基上，這種異常肽鏈很輕易從核糖體上釋放，肽鏈合成終止。五、亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）對真核細胞有作用，能抑制核糖體上肽鏈轉(zhuǎn)移酶活性。68/86本章小結(jié)1.蛋白質(zhì)合成體系。2.核糖體結(jié)構(gòu)。3.密碼子特點。4.蛋白質(zhì)合成過程。5.蛋白質(zhì)翻譯后加工。69/861.真核生物在蛋白質(zhì)生物合成中起始tRNA是A.亮氨酸t(yī)RNAB.丙氨酸t(yī)RNAC.賴氨酸t(yī)RNAD.甲酰甲硫氨酸t(yī)RNAE.甲硫氨酸t(yī)RNA70/864.反密碼子IGG對應密碼子是A.ACCB.GCCC.UCCD.CCAE.GCG6.蛋白質(zhì)合成方向A.由mRNA3’端向5’端進行B.由mRNA3’端與5’端進行C.由肽鏈C端向N端進行D.由肽鏈N端向C端進行E.由肽鏈N端與C端進行71/8672/8673/86判斷題1.三羧環(huán)循環(huán)酶系全都位于線粒體基質(zhì)。(-)2.三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和氨基酸氧化生能最終共同通路。(+)3.每摩爾葡萄糖經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生ATP分子數(shù)比糖酵解時產(chǎn)生ATP多一倍。(-)4.DNA只存在于細胞核中，核外沒有。

(-)5.DNA復制時，崗崎片段合成需要RNA引物。(+)

74/866.水解蛋白質(zhì)所取得全部氨基酸均為L—氨基酸。（-）

7.與非酶促反應相比，酶促反應能使更多底物形成產(chǎn)物。（-）

8.亞基是獨立結(jié)構(gòu)單位，但不是獨立功效單位。（+）

9.糖酵解過程中，因為葡萄糖和果糖活化都需要ATP，所以，ATP高時，糖酵解速度會加緊。（-）10.DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成都不需要引物。（-）75/8611.假如DNA樣品A中Tm低于DNA樣品B中Tm，那么樣品A中含有A-T堿基對高于樣品B。（+）

12.線粒體中FADH2P/O比是2。（+）

13.丙酮酸脫氫酶系與α—酮戊二酸脫氫酶系含有相同輔因子。（+）14.脂肪酸合成限速酶是乙酰CoA羧化酶。（+）

15.一條新鏈合成開始時，fMet-tRNAfMet與核糖體A位結(jié)合。（-）

76/8616.真核細胞和原核細胞轉(zhuǎn)錄和翻譯都是偶聯(lián)。（-）

17.DNA半不連續(xù)復制是指復制時一條鏈合成方向是從5′到3′，而另一條鏈是3′到5′。（-）

18.1/Km愈大，表明酶和底物親和力越大。（+）

19.奇數(shù)脂肪酸不經(jīng)過β-氧化方式氧化。（-）20.tRNA分子中存在有胸腺嘧啶核糖核苷酸。（+）77/8621.只有DNA作為遺傳信息。（-）22.輔基與酶結(jié)合不緊，很輕易除去。（-）23.分子內(nèi)氫鍵使α—螺旋穩(wěn)定。（+）24.6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖都是磷酸酯且不含高能鍵。（+）25.β-氧化路徑是脂肪酸合成逆反應。（-）78/8626.在脂肪酸合成過程中，中間產(chǎn)物是以共價鍵與ACP相聯(lián)。（+）27.蛋白質(zhì)分子中因含有Phe、Tyr、Trp，所以在260nm處有最大吸收。（-）28.蛋白質(zhì)是穩(wěn)定親水膠體，其穩(wěn)定原因是因為蛋白質(zhì)表面含有相反電荷與水膜。（-）29.蛋白質(zhì)合成中，終止密碼子不編碼任何氨基酸。（+）30.酶活力隨反應溫度升高而不停加大。（-）79/8631.反競爭性抑制劑不會改變酶最大反應速度。（-）32.酮體生成和利用都是在肝臟中進行。（-）33.L-谷氨酸脫氫酶能夠催化L-谷氨酸氧化脫氨，它輔助因子是NAD+。（+）34.催化ATP分子中磷?；D(zhuǎn)移到受體上酶稱為激酶。（+）35.淀粉、糖原、纖維素合成均需引物存在。（+）

80/8636.呼吸鏈中E0’值越小，奪取電子傾向越大。（-）37.脂肪酸合成直接前體是丙二酸單酰CoA。（+）38.FAD和FMN是維生素B2衍生物。（+）39.參加尿素循環(huán)酶都位于線粒體內(nèi)。（-）40.生物體內(nèi)轉(zhuǎn)運一碳單位載體是四氫葉酸。（+）81/8641