[理学]第十章 蛋白质的合成.ppt

一、概述,是蛋白质分解的逆行蛋白质模板学说 翻译：以mRNA为模板，按照mRNA分子上的三个核苷酸决定一种Aa的规则(三联体密码)合成具有特定Aa顺序的蛋白质。,1.早期蛋白质合成的认识,第十章 蛋白质的生物合成 Protein Biosynthesis,DNA： 3TACTATCACAAAAAC5端(模板链) 5ATGATAGTGTTTTTG3端(编码链) 转录 mRNA：5AUGAUAGUGUUUUUG3端 mRNA合成方向 mRNA解读方向 翻译 MetIleValPheLeu N C端 蛋白质合成的方向,2.蛋白质合成的大体轮廓,合成的原料：各种-Aa 合成的工具：mRNA、rRNA、tRNA 能源： GTP、 ATP 催化剂：各种酶 辅因子： Mg2+、K+、各种特殊的蛋白 合成的整个过程由DNA发指令，由mRNA传达指令，tRNA负责翻译，由rRNA接受指令，负责装配。,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,3.mRNA与遗传密码,(1)mRNA携带DNA的遗传信息，起蛋白质模板的作用 数学考虑： 一种碱基 一种Aa 41 = 4 20 二种碱基 一种Aa 42 = 1620 三种碱基 一种Aa 43 = 6420 (2)遗传密码(三联体密码、密码子) 在mRNA链上，相邻的三个碱基(三个连续的核苷酸)作为一组,编码一种Aa,称为密码子 (codon)或三联体密码。P343,(3)遗传密码的破译P332,体外翻译系统的建立: 人工合成多聚核苷酸 早在1961年，M.W.Nirenberg等人在大肠杆菌的无细胞体系中外加polyU模板、20种标记的Aa，经保温后得到了Phe多聚体，于是推测UUU编码Phe。同样，可知CCC编码Pro，GGG编码Gly，AAA编码Lys 核糖体结合技术 以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+Aa-tRNA硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体Aa-tRNA确定与核糖体结合的Aa,保温,(4)遗传密码的主要特征P334,密码子的通用性与例外 64种密码中，61种是Aa的密码子，AUG和GUG的特殊性 肽链内部Met的密码子 AUG 原核生物编码甲酰Met 起始密码 真核生物编码Met UAA、UAG、UGA是终止密码(标点密码子、无意义密码子),密码子的简并性 简并：一个Aa有多个密码子的现象。 编码同一种Aa的密码子称同义密码子 密码子的简并性质有何重要生物学意义？ 密码子的变偶性 变偶性：密码子的第三位碱基比前两个碱基具有较小的专一性 即在密码子与反密码子配对时，前面两对碱基严格按碱基配对原则，而第三对碱基允许有一定的自由度摆动假说，变偶假说,密码子是不重叠的并且无标点,蛋白质合成开始后，核糖体沿着mRNA从5端向3端移动，每移动一步，就越过3个碱基，即一个密码子的距离，这叫阅读。 在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。,密码子与反密码子的对应性,例： Ala密码（mRNA） 5GCC3 3CGI5 tRNAAla反密码子 （应读IGC）,密码子的方向性 mRNA中密码子的阅读方向是53。,4.核糖体和多聚核糖体的形成,(1)核糖体的组成和结构P336,(2)核糖体的功能P336,小亚基：结合mRNA及tRNA反密码区段 功能 大亚基：结合tRNA其它区段 A位:氨酰tRNA进入部位 核糖体的活性中心 P位:与正在延伸的肽酰 tRNA结合部位,给位,受位,(3)多聚核糖体P337,一个mRNA分子上有多个核糖体按序阅读，此时的结构称为多聚核糖体,3.tRNA搬运活性Aa的工具P335,tRNA的功能： (1)识别mRNA链上的密码子； (2) 携带活化的Aa到生长肽链的正确位置，起转移Aa作用。 tRNA上与蛋白质生物合成有关的四个位点： (1)氨基酸接受位点；(2)氨酸tRNA合成酶的识别位点；(3)核糖体识别位点；(4)反密码子位点。 反密码子：tRNA的反密码环上能够识别mRNA上的密码，并且与之互补配对的三个顺序排列的碱基。,核糖体识别位点,氨酰-tRNA合成酶识别位点,Aa的活化(氨酰-tRNA的合成),第一步反应,第二步反应,6.其他因子,IF1、IF2、IF3起始因子 EFTu、EFTs、EFG延长因子 RF1、RF2、RF3释放因子(终止) 多种酶 GTP、ATP、Mg2+参加,二、蛋白质的合成过程,分为五个阶段： 1.氨基酸的活化 2.肽链合成的起始 3.肽链合成的延伸 4.肽链合成的终止和释放 5.肽链合成后的加工处理,SD序列,起始密码子,1.肽链合成的起始P340,（1）起始密码子的识别,（2）起始复合物的形成,IF1、IF2、IF3 30S+50S+mRNA+fMet-tRNAfMet GTP 70SmRNAfMettRNAfMet+GDP+Pi,Met-tRNAfMet fMet-tRNAfMet,N10-甲酰FH4,FH4,甲酰化酶,2.肽链合成的延伸(进位、转肽、移位)P341,(1)进位：新的氨酰-tRNA进入A位(GTP供能),(2)转肽：23SrRNA的转肽酶活性催化肽键形成,转肽不需要能量的补给，ATP已储存在活化的tRNA上,肽链的合成从N C,(3)移位：核糖体向mRNA3端移动一个密码子的距离，带有肽链的tRNA进入P位，空出A位再接受下一个氨酰-tRNA(GTP供能),3.肽链合成的终止和释放P342,终止因子进入A位，识别终止密码子 （RF1识别UAA及UAG、RF2识别UAA及UGA） 终止因子使肽基转移酶变成酯酶活性,转肽酶的水解反应,注意以下几点：,蛋白质合成是耗能的，每延长一个Aa残基需消耗4个高能键(1个ATP+2GTP)，此外起始和终止阶段也各消耗一分子GTP; 蛋白质合成方向是从NC 核糖体沿着(mRNA？)移位 肽链的延伸包括：进位、转肽、(脱落)和移位; 多聚核糖体合成多肽链,真核细胞蛋白质生物合成P343,核糖体更大、更复杂 80S60S与40S两个亚基 起始tRNA为Met-tRNAiMet，起始Aa为Met，而不是甲酰Met 起始密码子为AUG，它的上游5端无SD序列 起始因子较多（eIF） 线粒体、叶绿体内蛋白质的合成类似于原核细胞,三、蛋白质合成后的加工P343,1.蛋白质的修饰 （1）N-端修饰 脱甲酰基酶 fMet-肽 甲酸+Met-肽(大多数原核) 氨肽酶 Met-肽 Met+肽(真核、部分原核) （2）信号肽的切除 新合成多肽的N-端有一段约1535个氨基酸的特殊序列称为信号肽（signal sequence），其作用是使新合成的多肽链易于穿过膜系统，随后被信号肽酶切除。 （3）部分肽段的切除 如前胰岛素、蛋白酶原,胰岛素原的加工,核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原,间插序列（C肽区）,切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原,胰岛素原,切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子,信号肽,酶原激活:酶原在一定条件下经适当物质作用可转变成有活性的酶的过程，即活性中心形成或暴露的过程。,（5）氧化作用形成-S-S- （6）氨基酸侧链的修饰 如胶原蛋白中Pro、Lys羟基化；糖蛋白中Asn、Ser、Thr侧链的糖苷化；Thr、Ser、Tyr羟基磷酸化。 （7）加辅基(与脂、核酸、血红素等的缔合) 多条肽链及其它辅助成分构成的蛋白质(脂蛋白、核蛋白、细胞色素C蛋白),蛋白质与辅基的结合也是在翻译之后进行的。,2.蛋白质的折叠,肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具 有正确三维空间结构的蛋白质的过程。P355 体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋