生物化学第十三章蛋白质 ppt课件

是生物功能的载体 是生物功能的执行者 protein 第十三章：蛋白质的生物合成 1 遗传密码 2 核糖体 3 转移 RNA的功能 4 蛋白质生物合成 的分子机制 5 真核生物与原核生物 蛋白质合成的差异 概述 第十三章：蛋白质的生物合成 概概 述述 mRNAPr 就好象以一种语言翻译成另一 种语言时的情形相似，所以称以 mRNA为模 板的蛋白质合成过程为 翻译 (translation)。 碱基序列 氨基酸序列 蛋白质合成的方向为蛋白质合成的方向为 N C端。端。 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质 原料原料 -氨基酸氨基酸 mRNA-模板模板 tRNA-运输氨基酸工具运输氨基酸工具 合成场所合成场所 -核糖体核糖体 酶及多种蛋白质因子酶及多种蛋白质因子 ATP、 GTP 合成过程复杂 参与成分多 一 、 遗传信息的传递 二、遗传密码 三、 遗传密码的特点 1 遗传密码遗传密码 (genetic code) 一、遗传信息的传递一、遗传信息的传递 DNA mRNA 蛋白质蛋白质 数据记录 图纸 楼房 你们看，你们看， 我才有实用功能！我才有实用功能！ mRNA中的相邻的三个核苷酸组成的三联体代 氨基酸就 像电报中的阿拉伯字母代表文字一样像电报中的阿拉伯字母代表文字一样 ， 所以称三联体为 遗传密码遗传密码 。 三联体密码子是三联体密码子是 mRNA上三个连续的核苷酸上三个连续的核苷酸 二、遗传密码二、遗传密码 遗传密码的破译 ： 前后差不多经历了近 7年 的时间（ 1961年 -1966年）， Ochoa、 Khorana 和 Nirenberg是最主要的功臣。 遗传密码字典 起始、终止？ 遗传密码字典遗传密码字典 1.无标点 符号，且相邻密码子互 不重叠 。 2.简并性： 指一种氨基酸对应着两个或更多个密 码子。（ 有 61个为 20种标准氨基酸编码）。 在 64组密码子中， 有 61个为氨基酸密码子。但是 标准氨基酸有 20种）。 AUG是起始密码； UAG、 UAA、 UGA是 终止密码子，它们不代表任何氨基 酸 。 三、遗传密码的特点三、遗传密码的特点 氨基酸密码子的兼并性 氨基酸 密 码 子数 Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile 4 6 2 2 2 2 2 4 2 3 氨基酸 密 码 子数 Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val 6 2 1 2 4 6 4 1 2 4 降低突变率 3.变偶性（摇摆性）变偶性（摇摆性） tRNA反密码子与密码子配对第一位、二位碱基 严格， 第三位碱基可变的 现象 变偶性 。 同义密码子：同义密码子： 对应于同一种氨基酸的不同密码子 。 大多数同义密码子 差别在第三位 核苷酸。 密码子可用 XY UC 或 XYAG 表示。即第三个核苷酸 的专一性较差。 密码的变偶性（摆动性）密码的变偶性（摆动性） 次黄嘌呤次黄嘌呤 I 反义密码子与密码子之间的碱基配对 反 义 密 码 子第一位碱基 密 码 子第三位碱基 A U C G G U或 C U A或 G I U、 C或 A 通用性：通用性： 原核和真核生物共使用同一套遗传密码。原核和真核生物共使用同一套遗传密码。 这也是转基因的基础。 但自 80年代研究发现 人、牛和酵母线粒体内 : UGA由终止密码 色氨酸 AUA由异亮氨酸 甲硫氨酸 CUA由亮 苏氨酸 特例特例 : 4.密码的通用性和变异性密码的通用性和变异性 密码的防错系统密码的防错系统 密码表是一个故障 -安全系统： 密码的编排具有防错功能，密码子中碱基顺序与其相 应的氨基酸物理化学性质有着巧妙关系。密码子中第 二位碱基决定其氨基酸极性。 中间碱基是 U,编码的氨基酸是非极性、疏水的和支链 的，常在球蛋白的内部。 中间碱基是 C,编码的氨基酸是非极性或不带电荷的极 性侧链。 中间碱基是 A或 G， 相应氨基酸具有亲水性，在球蛋 白的外周。 第一位碱基是 A或 C,第二位碱基是 A或 G,第三位碱基 可以是任意的，相应氨基酸具有亲水侧链并有碱性。 前两位是 AG,第三位碱基是任意的，相应氨基酸为酸 性氨基酸。 2 核糖体核糖体 (ribosome) （一）核糖体是蛋白质合成的部位 （二）核糖体的组成和结构 （三）核糖体的功能 核糖体是蛋白质合成的部位核糖体是蛋白质合成的部位 早在 1950年放射性同位素标记的氨基酸注射 到大白鼠体内等 一系列实验结果清楚地指出一系列实验结果清楚地指出 核糖体是细胞内蛋白质合成的部位 核糖体的组成和结构核糖体的组成和结构 核糖体的功能 蛋白质合成的工厂蛋白质合成的工厂 催化蛋白质合成催化蛋白质合成 Paul Zamecnik 核糖体是蛋白质生物合成的场所 核糖体核糖体 结合位点结合位点 行使翻译功能行使翻译功能 的核糖体的核糖体 核糖核蛋白体 概述 多聚核糖体多聚核糖体 3 转移转移 RNA的功能的功能 2. tRNA是遗传信息的转换器 3. tRNA靠 两个活性部位 实现翻译 1. tRNA是氨基酸的运载工具 tRNA是真正的翻译者 tRNA通过两个活性部位转运氨基酸 Mahlon Hoagland 发现 了 tRNA tRNA转运活化的氨基酸至 mRNA模板上 mRNA和 tRNA结合模式图 4 蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制 （一）氨基酸的激活 （二）在核糖体上合成多肽 （三）肽链合成后的 “加工处理 ” （四）蛋白质合成所需的能量 （五）活性肽合成的特征 4 蛋白质生物合成的分子机制 （一）氨基酸的激活 氨基酸的活化氨基酸的活化 包括：肽链合成的 起始、延长、终止和释放起始、延长、终止和释放 等 (大肠杆菌 )。 1.肽链合成的起始肽链合成的起始 起始复合体的形成起始复合体的形成 需要 30S核糖体亚基、 50S亚基、 mRNA、 甲硫氨酰 -tRNA、起始因子 IF1 IF2 IF3、 GTP 的参与。 （二）在核糖体上合成多肽链（二）在核糖体上合成多肽链 参与大肠杆菌的起始因子有三个：参与大肠杆菌的起始因子有三个： IF-1和 IF-2:促进 tRNAfMet,mRNA,30S小亚基结合。 IF-3:使已完成合成的核糖体大小亚基解聚。 真核生物的起始因子更多，至少有九个：真核生物的起始因子更多，至少有九个： eIF-1,eIF-2,. （起始复合体的形成） 1.肽链合成的起始 30S亚基 mRNA IF3- IF1复合 物 30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物 70S起始复合物 codon anticodon A位位P位位 mRNA +30S亚基 -IF3 A位位 IF-3 5 3 IF2 GTP P位位 IF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNA IF3 50S亚基 IF2+ IF1+GDP+Pi IF-1 IF1 70S起始 复合物 肽链合成的肽链合成的 起始起始 万事俱备 只待延长！ 肽键的形成，增加氨基酸肽键的形成，增加氨基酸 在 延长因子 EFTu和 EFTs和 GTP的作用下： （ 1）进位（ Entry） （ 2）转肽 (transpeptidation) （脱落） （ 3）移位（ translocation） 循环一次，延长一个氨基酸。 *2.肽链的延长 在氨基酸的掺入过程中有 3个重复的延伸反应： 当起始复合物形成以后，肽链的合成即进入延伸 阶段，延伸阶段所发生的主要事件是 进位、转肽 和移位 且不断的循环。 过程： （ 1）进位）进位 一个新的氨酰 -tRNA 进入 A位 参与： 延长因子 Tu、 Ts GTP 进位 （ 2） 转肽转肽 (transpeptidation) 转肽酶转肽酶 催化催化 P位上的位上的 fMet(肽酰基肽酰基 )转入转入 A 位，形成位，形成 肽键肽键 。 脱落：空载的脱落：空载的 tRNA随之随之 脱落脱落 ，离开，离开 核糖体。核糖体。 怎样成键？ 转肽 （ 3）移位）移位 核糖体沿 mRNA 链 5 3 方向移动一 个密码子距离， 移位 1 21 2 2 32 3 进位进位 肽键形成肽键形成 移位移位 进位进位 (TuTs) GTP GTP N-端端 2 3 5 3 C-端端 肽键形成肽键形成 1 5 3 （ EF-G） 肽链的延长 当 A位进入终止密码 （ UAA,UGA,UAG） 时，即宣告翻译终止 。 原核生物中有三种 释放因子 (release factors RF); 在 RF-3的辅助下，释放因子 RF-1（识别 UAA或 UAG密码子） 或 RF-2（识别 UGA密码子）与核糖体结合， 这种识别过程需要 GTP并改变了核糖体的构象，肽酰转移酶的 功能发生瞬时变化，转变成酯酶功能，将连接肽链与 P位点 tRNA的肽酰酯键水解开，肽链从核糖体上释放， mRNA与 tRNA解离，核糖体大小亚基解体。 离开了 mRNA的核糖体 又可重新参与参与新的翻译。 各种成分 分道扬镳 3.终止与释放 3.终止与释放 3、肽链合成的终止和释放 多聚核糖体： 1.去头：去头： 脱甲酰基酶催化水解除去 N端的甲酰基 (细 菌 ) 再切去一个或多个 N端氨基酸。 (在真核生物中， N 端的甲硫氨酸常常在肽链的其他部分还未完全合成时 就已经水解下来 )。 2.合成合成 信号肽：信号肽： 某些蛋白质在氨基末端额外生成 15- 30个氨基酸组成的信号序列 (信号肽 )，用以引导蛋白质 的定部位。最后由特异的肽酶切除。 3.氨基酸氨基酸 羟基的磷酸化：羟基的磷酸化： 某些蛋白质氨酸残基中 的 羟基羟基 可通过酶促磷酸化（酶被活化等）。 (三 )肽链合成后的 “加工处理 ” 4.胱氨酸的生成胱氨酸的生成 :两个半胱氨酸通过二硫键形成。 5.某些氨基酸的侧链的专一性的改变。某些氨基酸的侧链的专一性的改变。 6.去掉部分肽段：去掉部分肽段： 专一性的蛋白酶水解 7.多肽链之间以及多肽链与辅助成分之间的缔合：多肽链之间以及多肽链与辅助成分之间的缔合： 结合蛋结合蛋 白质白质 由多个肽链与其他辅助成分 (如脂类、核酸、血红素 等 )结合形成有活性的蛋白质。 8.新生多肽链折叠成有活性的构象：新生多肽链折叠成有活性的构象： 生物体内蛋白质多肽 链的准确折叠和组装过程需要辅助蛋白质参与。 指与 新生多肽链或部分折叠的蛋白质结合，参与其 准确折叠和组装的 辅助蛋白质，也称 监护蛋白 。 功能： （ 1）诱发多肽链折叠成正确构象， （ 2）加速折叠或组装成天然构象的进程。 （ 3）无序列偏爱性。 ATP供能， 分子伴侣一旦与新生多肽结合，就可以通过设置的障 碍来阻止错误的装配或通过降低正确装配所需的活化能 ，以促进多肽链的折叠。 分子伴侣 每形成一个肽键至少需要每形成一个肽键至少需要 4个高能键：个高能键： 1. 每一分子氨酰 -tRNA的形成需要两个高能磷酸基团。 2. 在延长过程中有一分子 GTP水解成 GDP。 3. 在移位过程中又有一分子 GTP水解， 4. 5. 蛋白质合成反应实际上是不可逆的。大量的能量消 用于保证 mRNA的遗传信息翻译成蛋白质的氨酸序列 的准确性 。 （四） 蛋白质合成所需的能量 人体大多活性肽由非活性前体经加工而来。 加工内容：加工内容： 链的裂解、酰化、乙酰化、糖基化和硫酯 化等。 活性肽生物合成途径的两个特征：活性肽生物合成途径的两个特征： (1)由起始位的甲硫氨酸残基领先合成至 20肽左右的 信号肽 片段。信号肽最后被内质网腔膜上的信号肽酶除 去。信号肽酶裂解位点往往是 信号肽 的羧基端残基与丙 氨酸或甘氨酸或丝氨酸形成的肽键； （五）活性肽合成的特征 (2)形成的激素原前体转移到高尔基体复合体区域 进行选择性酶促加工。酶切位点往往为配对的碱 性氨基酸残基的序列， 尤其以 Lys- Arg为主， 尚有 ArgLys ， Lys Lys， Arg-Arg。 （五）活性肽合成的特征 5 真核生物与原核生物蛋