《蛋白质合成》PPT课件.ppt

,蛋白质的生物合成,基因表达： 亲代的遗传信息在与“环境”相互作用过程中经历了,DNA,转录,反转录,RNA,翻译,蛋白质,生物学作用,复制,复制,第十三章 蛋白质的生物合成,参与蛋白质合成的因子 蛋白质的合成过程,有300多种生物分子参与蛋白质多肽合成，可概括如下： 模板： mRNA （DNA分子上基因决定） 场所： 核糖体（rRNA和蛋白质复合体） 运载工具： tRNA （氨基酸的载体，接合器） 原料： 氨基酸 各种蛋白因子： IF EF R 能量： ATP、 GTP,一、与蛋白质合成有关的因子,、三联体密码和密码表,密码子： mRNA分子中，从到的方向，每3个核苷酸决定一个氨基酸，这3个相邻的核苷酸（碱基）叫一个三联体密码，简称密码子。,2）密码阅读方向是从，密码阅读时无任何标点符号，也就是说，相邻密码子之间无任何核苷酸加以分隔。因此，正确翻译密码必须从正确起始点开始。,2、遗传密码的特点,1）64种密码子中有61种为氨基酸编码，其中AUG不仅是Met的密码子，而且也是起始密码子；另外，有三个密码子（UAA UAG UGA）不为氨基酸编码，是终止密码子。,）兼并性 除et、Trp外，大多数氨基酸都有多个密码子（个）。 密码的兼并性：对于一种氨基酸有两个或两个以上的密码子的现象。 同义密码子：为同一氨基酸编码的不同密码子称为同义密码子。,）变偶性 密码的兼并性主要涉及到第三位碱基的变化，由前两个核苷酸起决定氨基酸的主要作用，第三 个可以在一定范围内变化。,1966年，Crick根据立体化学原理提出了： “变偶假说”（摇摆假说）：密码子与反密码子配对时，前面两个碱基严格遵守碱基互补配对原则（A/U ; G/C)，第三个碱基配对时允许有一定自由度，叫变偶假说。,专一性主要决定于第一、二碱基。,自由度限制：tRNA反密码子第一位： A、C只能识别一种（U、G） G、U可以识别两种（C、U）（A、G） I识别U、C、A,）通用性 近于完全通用。 哺乳动物线粒体中，UGA不是终止密码子，而是色氨酸的密码；AUA是甲硫氨酸的密码，而不是异亮氨酸的密码，CUA是亮氨酸的密码，线粒体中却是苏氨酸的密码。,（二）核糖体 核糖体是细胞质中球状颗粒，游离存在或结合在内质网上。,、核糖体是蛋白质合成的部位,、核糖体的组成,含有60% rRNA和40%蛋白质 ）原核生物核糖体：18nm、70s、2.8 106 2 ）真核生物核糖体：20-22nm、 80s、 4.0106,3、核糖体的结构 组成核糖体的各种 rRNA和蛋白质巧妙的结合在一起，组装成具有一定空间构象的复合体。,核糖体结构示意图,GTP酶位点,转肽酶位点,mRNA,mRNA位点,氨酰基部位（）位点,肽酰基部位 （P）位点,大亚基,小亚基,4、核糖体的功能 管理、参与、挑选、控制合成蛋白质的各组分。,核糖体上进行肽链合成的启始、延长、终止、释放过程。,5、多核糖体 采用温和条件小心的从细胞中分离核糖体时，可以得到一个 mRNA上有多个核糖体成串存在，称为多核糖体。 多核糖体上，两个核糖体间有40Nt的距离，为裸露的mRNA。,（三）tRNA 天然氨基酸都有自己特定的tRNA，而且一种可以有数种tRNA ，所以 tRNA的种类有数十种。* 例如：Met 在起使部位的，由 tRNAi携带fMet 若在肽链中间部位，则由 tRNA携带Met （注） tRNAfMet 的 端有能被起始因子识别的序列,功能 ）在ATP供能和酶作用下tRNA可以分别与特定的氨基酸结合。第二套密码系统 ）通过密码子和反密码子碱基互补配对的原则结合到核糖体上。接合器作用,、tRNA的活性部位,氨基酸接受位点,反密码子位点,识别氨酰tRNA合成酶位点,核糖体识别位点,、第二套密码系统 mRNA分子上的遗传密码称为第一套密码系统。 1988 年以来，陆续发现 tRNA分子上某个碱基或某些碱基对能决定 tRNA携带氨基酸的特异性。 例如，AlatRNA 氨基酸接受臂中的GU70碱基对识别Ala 。如果这一碱基对被其它碱基对取代，则tRNA不能携带Ala。如果把GU70这一碱基对引入Cys-tRNA分子中，则这一tRNA携带Ala。,二、蛋白质合成的过程（分子机制）,氨基酸的活化 肽链合成的起始 肽链的延长 肽链合成的终止和释放 肽链的折叠和加工处理,蛋白质合成过程可划分为五个阶段：,下面以原核生物 Ecoli为例，讲述蛋白质合成机制。,（一）氨基酸的激活,、进行部位：细胞质,、参加因素及作用 ）各种氨基酸 原料 ）tRNA 运输 ）ATP 供能 ）Mg2+ 酶的激活剂 ）氨酰tRNA 合成酶特异的活化酶体系 每一种氨基酸都有特异的活化酶，而且有的不止一种。 特点：特异性高两次特异性选择 识别氨基酸：每种氨基酸都有各自的酶 识别tRNA：保证携带氨基酸与反密码子相符,、反应过程分两步完成 ） O 激活反应 HNCHCOH + ATP E H2NCHC AMP E +PPi R O O ） H2NCH C AMP E + tRNA E H2NCHC tRNA +AMP 转移反应 R R,总反应： ATP AMP+PPi O HNCHCOOH + tRNA H2NCHC tRNA R 氨酰tRNA合成酶 R 反应的平衡常数是，自由能降低很少，能量在氨酰tRNA中。,（二）肽链合成的起始,参加因素：30s小亚基、50s大亚基、 mRNA（含起始密码子AUG）、 fMettRNA、IF_1、IF_2、IF_3（起始因子）及GTP、 Mg2+ 反应分三步：,mRNA, ,小亚基 IF-3,AUG,Mg2+,SD序列：mRNA起始密码子上游10区的一段富含嘌呤的，可以与小亚基16SrRNA3末端的序列互补，使mRNA与小亚基结合的序列，最初是由Shine-Dalgaino发现的，所以称SD序列。,1.30S.mRNA.IF-3复合物的形成：,2、再与结合态的GTP-fMettRNA-IF-2结合,IF-1,GTP-IF-2-fMet-,UAC,UAC,AUG,3、与50s大亚基结合 GTP GDP+Pi IF-2,IF-3,离开复合体 形成具有启始功能的起始复合体（70s）,fMet tRNA占据P位点空着A位点,UAC AUG,大亚基,GDP+Pi IF-2 + IF-3,A,IF-1,小结: 氨基酸的激活是指氨基酸与其tRNA结合形成氨酰 tRNA ATP供能 肽链合成的起始就是形成具有起始功能的核糖体(起始复合物) GTP供能 共分三步完成。 、产生30s-mRNA-IF_3复合物 2、 30s-mRNA-IF_3复合物再与结合态的GTP-fMettRNA-IF-2结合 3、与50s大亚基结合GTP GDP+Pi, IF-2、IF-3离开复合体形成具 有生物活性的起始复合体（70s）,真核生物细胞中肽链的起始要复杂些，有独特的起始tRNAi,需要为数众多的起始因子（至少9个），除GTP外还需ATP，起始氨基酸Met。,（三）肽链的延长,肽链的延长分四步进行： 1、进位 2、转肽 3、脱落 4、移位,70s核糖体 参加因素 mRNA的密码子（连续出现） 各种氨酰- tRNA, 延长因子（EFTu、EFTs、EFG) 真核延长因子是T1、 T2 GTP和 Mg2+,1、进位 下一个氨酰- tRNA结合到70s核糖体的A位点上。,AA,A,OOO,XXX,AA,OOO,TuGTP,Tu,Ts,Tu -GTP,OOO,AA,Pi,GTP,GDP,-GDP,新进入的氨酰- tRNA上的反密码子必须与A位点上mRNA的密码子互补。,这一过程需要延长因子Tu、Ts参与，消耗一分子GTP,、转肽 形成肽键。 在50s亚基转肽酶（肽酰基转移酶）催化下， fMet脱离fMettRNA其羧基和新进入位点的氨酰- tRNA携带的第二个氨基酸的氨基形成肽键。 需要较高浓度的K+ 位点产生一个 二肽 tRNA,HC=O NH CH3-S-C2H4CH C=O P O,NH2 R2CH C=O A O,肽基转移酶,fMettRNA,氨酰- tRNA,H C=O NH CH3-S-C2H4CH C=O NH R2CH C=O O,OH,空载的tRNAfMet,二肽tRNA2,3、脱落 转肽后，P位点成为无负载的tRNAfMet, 从核糖体上掉下来。,二肽,、移位 70s核糖体沿着mRNA移动一个密码子的距离。携带肽基的tRNA从位点移到位点。 这一过程由移位酶参加，需要GTP供能和EFTu、EFTs协助。 结果下一个密码子进入位点，准备接受第3个氨酰- tRNA的进入。,_GTP _GDP+Pi,G,G,以后，肽链上每增加一个氨基酸残基，就按照： 进位（新的氨酰-tRNA进入A位点） 转肽（形成新的肽键） 脱落（转肽后，P位点空载tRNA脱落） 移位（核糖体移动一个密码单位） 这四个步骤重复，直到肽链增长到必需的长度 肽链延伸方向是N C，每增加一个氨基酸残基消耗2个高能磷酸键，肽链延伸的速度是20个氨基酸残基/秒，延伸一个氨基酸需0.05秒。,（四）肽链合成的终止和释放,70s核糖体 参加因素 mRNA的终止密码子（UAA、UAG、UGA） 释放因子（R1、R2、R3、RR）（真核生物释放因子 GTP和 Mg2+ 只有一个）,肽链合成的终止阶段包括两个步骤： 1、在mRNA上识别终止密码子。 2、水解合成的肽链与tRNA间的酯键，释放出新生的蛋白质多肽。,1、在mRNA上识别终止密码子。 终止密码： UAA、UAG、UGA 当mRNA上出现终止密码子时终止释放因子R1识别UAA、UAG R2识别UAA 、UGA 这一识别过程是R1、R2结合到出现终止密码子的A位点。,R1/R2,2、水解合成的肽链与tRNA间的酯键释放出新生的蛋白质。 R1或R2结合到A位点后，具有在P位点上把转肽酶作用转变成水解酶的活性，使tRNA 携带的多肽链与tRNA间的酯键水解，释放出新生的多肽。 R3影响多肽链释放速度。 肽链水解后，无负载的tRNA随即脱落，一旦它脱落，70s核糖体也与mRNA分开，并解离成30s和50s亚基。,R1/R2,H2O,R3,R1/R2 R3,(五)肽链合成后的加工处理 -转移后加工,由mRNA翻出的最初的多肽链还不具有生物活性，需要经过若干加工、修饰过程，转变成有生物活性的蛋白质。,back,主要包括： 1、N端fMet脱甲酰基，氨肽酶切除一个或多个氨基酸（真核生物也要切除Met） 2、形成二硫键产生胱氨酸，由专一的酶氧化半胱氨酸。 、切除一段肽链，或几个氨基酸残基，使蛋白质活化 例如：切除信号肽、酶原的激活、激素原的激活,信号肽：蛋白质合成时，在N末端额外生成的1530个氨基酸组成的信号序列，用以引导合成的蛋白质前往细胞的固定的部位。,、多肽链与辅基（辅酶）结合。形成结合蛋白亚基缔合形成络合物。 （糖基化） 、肽链中氨基酸的修饰。（磷酸化、羟化、甲基化） 、新生多肽链折叠成有活性的构象。 需辅助蛋白参与（分子伴侣） 分子伴侣；生物体内蛋白质多肽链的准确折叠和组装过程需要某些辅助蛋白质参与，这种辅助蛋白质称为分子伴侣或临监护蛋白。,三、真核生物和原核生物蛋白质合成的差异,、起始因子 真核生物至少有9种,、起始复合物形成