第十章 蛋白質(zhì)的生物合成.ppt

1、第十章 蛋白質(zhì)的生物合成,一、概述,基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。 合成體系：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和因子,以及無機(jī)離子、ATP 、GTP 合成方向：NC端。,二、參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體,1.rRNA 與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體蛋白質(zhì)合成“工廠” 核糖體結(jié)構(gòu)組成 核糖體的基本功能 結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯 密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對 肽鍵的形成 存在 核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA

2、形成串狀多核糖體,原核生物核糖體組成,真核生物核糖體組成,2. tRNA 結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3-CCA的位置。 反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準(zhǔn)確的在mRNA上對號入座 。 反密碼子與mRNA的第三個(gè)核苷酸配對時(shí)，不嚴(yán)格遵從堿基配對原則,3. mRNA 攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板 在原核細(xì)胞內(nèi)，存在時(shí)間短，在轉(zhuǎn)錄的同時(shí)翻譯 在真核細(xì)胞內(nèi)，較穩(wěn)定 蛋白質(zhì)合成時(shí)，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞 基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)。,三、遺傳

3、密碼子,為一個(gè)氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個(gè)核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯(lián)體密碼。 密碼子的發(fā)現(xiàn) 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測由哪一種氨基酸合成的多肽 核糖體結(jié)合試驗(yàn) 1965年，Nirenberg用poly u加入C14標(biāo)記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。,遺傳密碼,遺傳密碼子的特點(diǎn) 無標(biāo)點(diǎn)、不重疊 密碼子是不重疊的，每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現(xiàn)象 簡并(degeneracy) 幾種密碼子對應(yīng)于相同一種氨基酸。這些密碼

4、子為同義密碼子 通用性 絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外 終止信號 UAG、UAA、UGA 起始信號 AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）和氨酸的密碼子(GUG)(極少出現(xiàn)）,四、蛋白質(zhì)生物合成過程,以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，GTP、ATP供能，在核糖體中完成。,1.氨基酸的活化,tRNA在氨基酰-tRNA 合成酶的幫助下，能夠識別相應(yīng)的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的 3-OH 與氨基酸的羧基形成活化酯氨基酰-tRNA。 氨基酰-tRNA的形成是一個(gè)兩步反應(yīng)過程：第一步是氨基酸與 ATP 作用, 形成氨基

5、酰腺嘌呤核苷酸； 第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到 tRNA 的 3-OH 端上, 形成氨基酰-tRNA。,氨基酸活化圖示,氨基酸活化的總反應(yīng)式是：,氨基酰-tRNA 合成酶 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O 氨基酰-tRNA + AMP + PPi 每一種氨基酸至少有一種對應(yīng)的氨基酰-tRNA 合成酶。它既催化氨基酸與 ATP 的作用, 也催化氨基?；D(zhuǎn)移到 tRNA。 氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的專一性。 每一種氨基酰-tRNA 合成酶只能識別一種相應(yīng)的 tRNA。 tRNA 分子能接受相應(yīng)的氨基酸, 決定于它特有的堿基順序, 而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA 合成酶所識別。,

6、氨基酸的活化,2.在核糖體上合成肽鏈,氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識別mRNA上相應(yīng)的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。,肽鏈的合成過程（以原核為例） 起始 延伸 終止與釋放,肽鏈合成的起始,起始密碼的識別 首先辨認(rèn)出mRNA鏈上的起始點(diǎn)（AUG），核糖體小亞基上的16S rRNA和mRNA的SD序列（位于起始位點(diǎn)上游413個(gè)核苷酸）結(jié)合 N甲酰甲硫氨酸t(yī)RNA的活化形成 起始復(fù)合物的形成（圖示）,肽鏈的延長,進(jìn)位 （氨酰tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)） 參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA

7、 肽鏈的形成 肽酰基從P位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)，形成新的肽鏈 移位（translocase） 在移位因子（移位酶）EFG的作用下，核糖體沿mRNA（5-3）作相對移動，使原來在A位點(diǎn)的肽酰tRNA回到P位點(diǎn),肽鏈的延伸過程,肽鏈合成的終止與釋放 識別mRNA的終止密碼子，水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈 R1識別UAA、UAG R2識別UAA、UGA R3影響肽鏈的釋放速度 RR幫助P位點(diǎn)的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落,多核糖體,在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)。蛋白質(zhì)開始合成時(shí)，第一個(gè)核糖體在mRNA的起始部位結(jié)合，引入第一個(gè)蛋氨酸，然后核糖體向mRNA的3

8、端移動一定距離后，第二個(gè)核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合，現(xiàn)向前移動一定的距離后，在起始部位又結(jié)合第三個(gè)核糖體，依次下去，直至終止。每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率,五、真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn),核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成 起始密碼AUG 起始tRNA為MettRNA 起始復(fù)合物結(jié)合在mRNA 5端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外） 已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryote Initiation factor,eIF） eI

9、F4A.eIF4E.P220復(fù)合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC） 肽鏈終止因子（EF1 EF1 ）及釋放因子（RF）,線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成同于原核細(xì)胞,蛋白質(zhì)合成過程小結(jié),肽鏈合成方向N C（同位素證明） 以mRNA的5-3方向閱讀遺傳密碼 該合成過程是一個(gè)耗能過程 肽鏈的起始需要5ATP，延長時(shí)只需4ATP，合成一個(gè)n肽所需能量4n1 ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3n1,六、肽鏈合成后的“加工處理”,N端改造 fMet的切除 信號肽（能透膜，進(jìn)行蛋白質(zhì)的錨定）的切除 氨基酸的修飾/改造 肽鏈內(nèi)或肽鏈間的二硫鍵的形成、乙酰化、甲基化 氨基酸殘基的

10、修飾（Pro-OH/Cys-OH） 4.糖基化 （Asp、Ser、Thr、Asn） 5. 某些多肽要經(jīng)特殊的酶切一段肽鏈后才有生物活性(如：胰島素) 6. 高級結(jié)構(gòu)的形成 在分子伴侶的協(xié)助下形成正確的結(jié)構(gòu) 7.錨定（定位）,七、蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié) 翻譯水平調(diào)節(jié) 蛋白質(zhì)合成抑制劑： 抗生素類阻斷劑 a. 鏈霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革蘭氏陰性細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的三個(gè)階段：50S起始復(fù)合物的形成，使氨基酰tRNA從復(fù)合物中脫落；在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯配；在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結(jié)合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離。,b.四環(huán)素和土霉素 c.氯霉素 d.白喉霉素（diphtheria toxin） 由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的白喉霉素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成抑制劑。它對真