蛋白质生物合成(翻译).ppt

蛋白质的生物合成 （翻译 translation ）,翻译：以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程。 思路： 合成体系 翻译过程 翻译后加工 酶 模板 起始 延长 终止 原核（主） 真核,意义,合成体系： 原料：20种氨基酸 运载体：tRNA 模板：mRNA 合成场所：核蛋白（rRNA+蛋白质） 蛋白质因子： IF EF RF RR 酶：氨基酰t-RNA合成酶、转肽酶等 能量：GTP、ATP,第一节 参与蛋白质生物合成的物质,一、mRNA,1作用：蛋白合成直接模板。 依靠三联遗传密码，决定蛋白质 分子中氨基酸排列顺序。 2区别： 原核： 多顺反子：一条mRNA指导合 成 多个蛋白质。 真核： 单顺反子：一条mRNA只指导 合成一条多肽链。,3遗传密码 (genetic codon),定义：mRNA链上每三个相邻的核苷酸编成一组， 代表某种氨基酸或肽链合成的起始或终止信号。 特点： （1）密码子64个：1个起始密码（AUG） 3个终止密码 UAG、UAA 、UGA 61个密码代表20种AA （2）方向性 5 3 ; ORF （3）连续性 密码子间连续阅读；不重叠、不间断 （4）简并性 一种氨基酸有多个密码子 （5）摆动性 密码子第三个碱基与反密码的第一 个碱基不严格的配对现象。 图 （6）通用( 普遍)性 原核到人通用,人线粒体除外,二、核蛋白体,1作 用：是蛋白质的合成场所。 2 组成： 小亚基：结合mRNA。 大亚基： A位：结合氨基酰-tRNA P位：结合肽酰基-tRNA 转肽酶:形成肽键 E位(原核):结合空载tRNA 3、区别（原核与真核）： 4、形式: 多核蛋白体（羽毛状 ) 图,区别 原核 70s 真核 80s 小亚基 rRNA 蛋白质(rps) 30s 40s 大亚基 rRNA 蛋白质(rpl) 50s 60s,多聚核蛋白体 定义：一个mRNA分子同时有多个核蛋白体 在进行蛋白质合成。 即 一个mRNA与多个核蛋白体形成的 串珠状聚合物。 形成机制：起始密码只有一个、可反复使用。 图,三、tRNA,1作 用：搬运氨基酸，识别mRNA遗传密码。 2搬运形式：氨基酰-tRNA。 氨基酰-tRNA合成酶： 作 用：催化生成氨基酰-tRNA 。 特点： （1）绝对专一性(AA) （2）校正活性 3种类： 起始tRNA：识别起始密码 延伸tRNA：肽链延伸时转运氨基酸 4、表示法： 结合的AA tRNA的特异性 起始tRNA 延伸tRNA 原核生物：fmet-tRNAifmet met-tRNAemet 真核生物：met-tRNAimet met-tRNAemet,四、蛋白因子 （e.g 原核）,1.IF IF1 促fmet-tRNA fmet与小亚基结合 IF2 IF3 促mRNA与小亚基结合，大、小亚基分离 2.EF EFTS 促AA-tRNA进入A位 EFTU EFG (转位酶活性)促核蛋白体沿mRNA移动 3.RF RF1 识别终止密码,诱导酯酶活性水解肽 RF2 链tRNA的酯键，肽链脱落 RF3 介导RF1 .2 RR 促mRNA从核蛋白体上脱落 真核：eIF, eEF, eRF,第二节 蛋白质的生物合成过程,过程： 起始 延长 终止 E.g 原核生物,一、翻译的起始,形成70S起始复合物： 核糖体-mRNA- fmet-tRNAimet 形成过程： 图 1.亚基分离 2.mRNA就位 机制：a.核酸-核酸辨认结合 rRNA（小亚基）与S-D序列（mRNA） b.核酸-蛋白辨认结合 rps-1把 mRNA结合到小亚基上 3.起始AA-tRNA就位 识别AUG 4. 大亚基结合,S-D序列：以AGGA核心的原核mRNA 起始点上游序列。能结合小 亚基（16s-rRNA的UCCU序 列）。由Shine-Dalgarno发现， 也称RBS（核蛋白体结合位点）,二、肽链延长,1.特点: 核蛋白体循环 广义 指翻译全过程。 定义 即tRNA转运氨基酸到核糖体上，以 mRNA为模板合成多肽链的过程。 狭义 指肽链延长过程。 即每次循环都包括进位、成肽、转位3 个过程；每循环一次，肽链增加一个氨 基酸残基。 2.过程 进位 成肽 转位,a.进位： 氨基酰-tRNA进入A位。 需GTP，EF-Tu。 图 b.成肽： P位氨基(肽) 酰-tRNA的AA (肽) 、转给A位氨基 酰-tRNA并在A位生成肽链,空tRNA留P位。 rpl发挥转肽酶活性. 图 c.转位： 核糖体沿mRNA53方向移动一个密 码子, 肽 酰-tRNA在P位,A位空留。 需EFG、GTP。 图,3.方向 模板方向：53 肽链延长方向： NC,三、肽链终止,A位出现终止密码, RF识别。释放肽链；mRNA及 大.小亚基拆开。 图 能量：至少耗4ATP /肽键 细胞内蛋白质实际合成形式：多聚核蛋白体 多聚核蛋白体：是指多个核蛋白体同时与一条 mRNA结合形成的串珠状结构。 图,四.与真核生物的区别,过程相同。 所需物质不同。,区别：图 原核 真核 合成体系: 参与物质 少 多 模板加工 不需 需 核蛋白体 70S 80S 起始： 形成起始复合物 70S 80S 起始tRNA fmet-tRNAifmet met-tRNAimet 需IF种类 3 910 延长： 需EF种类 3 4 终止： 3种RF识别 1个RF识别 3个终止密码 3个终止密码 其他: 转录和翻译 同时进行 不同时，分隔 （羽毛状） 进行,第三节 翻译后加工,定义： 从核蛋白体释放的无生物活性肽链，经细胞内各种 修饰处理后,变成有活性成熟蛋白质的过程。 即：前体 成熟体 方式： 肽链折叠 一级结构的修饰 高级结构的修饰 靶向输送,一.肽链折叠,时间:N端出现 所需物质: 蛋白的一级结构 (主) 其 分子伴侣 热休克蛋白 促蛋白自发性折叠 他 伴侣素 促蛋白非自发性折叠 蛋 蛋白二硫键异构酶 断裂.连接二硫键 白 肽-脯氨酰顺反异构酶 转换肽-脯氨酰顺 反异构体,二、一级结构的修饰 末端修饰 切除N-端fmet、甲 酰基、一小段肽 氨基酸修饰 加 OH、-P、-S-S- 水解修饰 水解一条肽成多个 不同活性蛋白 三、高级结构的修饰 亚基聚合 辅基连接 共价连接疏水脂链,四、靶向输送,1.蛋白质合成后的去向: 保留在胞浆 进入细胞核或其他亚细胞器 靶向输送 分泌入体液、运输到靶细胞 2.靶向输送：蛋白合成后、定向达到其执行功能 的目标地的过程。 3.分泌性(靶向输送)蛋白： （1）定义：通过靶向输送才能发挥生物学 功能的蛋白。（透过膜性结构） （2）特点：有信号肽 引导透过膜性结构 蛋白前体 避免细胞损伤 4. 信号序列:,所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列 。, 信号序列(signal sequence),信号肽： 定义：未成熟分泌蛋白的中、可被细胞转 运系统识别的特征性氨基酸序列。 结构 ：碱性N端疏水核心区加工区 图 作用：特异性结合.运输分泌蛋白出膜 应用：研究靶向药物 （3）. 透过膜机 制： 信号假说 图 例(靶向输送): 分泌蛋白 线粒体蛋白 细胞核蛋白,靶向输送蛋白的信号序列或成分,第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制,影响因素：体内（基因表达与调控讲） 体外 (影响合成任何因素) 一、阻断剂 作用：抗菌、治疗肿瘤。 种类： 抗生素 核蛋白体 抗代谢药 竞争性抑制 信息传递各环节 毒素 信息传递各环节 生物活性物 信息传递各环节,二、分子病 定义：由于基因缺陷，使RNA与蛋白 质的合成异常，导致机体某 些结构与功能变异引起的疾病。 e.g ： DNA mRNA Hb链（第6位AA） 正常：CTTGAA Glu 镰刀型贫血：CATGUA Val,复制 、转录、翻译的区别,复制 转录 翻译 模板 DNA（双链） DNA（模板链） mRNA 酶 DDDP DDRP 氨基酰-tRNA合 成酶、转肽酶 底物 dNTP NTP AA 产物 子代DNA RNA 肽链 引物 有 无 无 特点 半保留复制 不对称转录 核蛋白体循环 半不连续复制 模板方向 3 5 3 5 5 3 产物方向 5 3 5 3 N C 碱基配对 A-T、G-C A-U、T-A、G-C 密码子与反 密码子,某些抗生素对蛋白质合成的影响 干扰物 作 用 原 理 作用点 四环素族 阻碍氨基酰-tRNA 小亚基 与小亚基结合；易 （30S、40S ） 进入菌体，但不易 透入哺乳动物细胞。 链霉素 抑制原核生物启动， 小亚基（30S） （ 卡那霉素） 造成误译。 氯霉 素 抑制原核生物大亚 大亚基（50S ） 基转肽酶活性，干扰 mRNA与核糖体的结合。 红霉素 抑制转肽酶活性 防碍移位,某些生物活性物质对蛋白质合成的影响 干扰 物 作 用 原 理 作用点 干扰素 活化一种蛋白激酶，使 eIF2 eIF2磷酸化而失活， 抑制翻译起始。 激活一种核酸内切酶， 使mRNA降解。（有双股 RNA存在时，才起作用。） 白喉毒素 抑制真核EF2的活性。 EF2 嘌呤霉素 竞争性抑制Tyr -tRNA Tyr 大亚基 进入A位后，使肽链过 早终止。 放线菌酮 抑制真核生物大亚基转 大亚基（60S） 肽酶活性。,mRNA,5 A C G ,5 U A C ,tRNA反密码环,U C,G,A C,U,5,5,图13-1 mRNA密码与tRNA反密码,1,2,3,4,5,5,N,图 13-2 翻译过程中的核糖体图解 1.小亚基； 2.mR NA； 3.大亚基； 4.肽酰 tRNA（左）和氨基酰tRNA,小圆圈代表氨基酸残基； 5.斜线阴影左为P位（peptide site)或称D位（donor site)， 右为A位（Aminoacyl site)或（Acceptor site)。,多聚核蛋白体,50s,30s,1,2,3,4,5,3,5,mRNA,NH2,合成完,同时有5个,met,met-GTP-eIF2,met,40s,eIF3 . eIF4c,mRNA,eIF2 ,eIF3 , eIF4c ,eIF5 ,GDP+Pi,eIF5,60s,图 13-6 真核生物的翻译起始复合物生成,met,核糖体,信号肽,N,SRP,1,4,DP,N,胞浆,膜内,膜 外,信号肽酶,分泌蛋白,转运系统 1.信号肽合成后被SRP识别; 2.SRP把正在合成蛋白质的核糖体带到膜的胞浆面; 3.蛋白质连同信号肽穿膜而出; 4.信号肽反折回膜被信号肽酶水解 SRP=信号肽识别粒子 D P=对接蛋白(SRP受体),3,2,目 录,（一）分泌蛋白的靶向输送 真核细胞分泌蛋白等前体合成后,信号肽引导 首先进入要进入内质网。,（二）线粒体蛋白的靶向输送,目 录,（三）细胞核蛋白的靶向输送,目 录,遗 传 密 码 表,开放读码框架（open reading frame，ORF）: mRNA分子中含有密码子信息的区域;连续编码一个蛋白质.它的5-端为起始密码子， 3-端为终止密码子。,密码子与反密码子配对的摆动现象,过程,核蛋白体是肽链合成的场所,小亚基：具有结合模板mRNA的功能 P位：结合肽酰tRNA 大亚基：具有 A位:结合氨基酰tRNA E位: tRNA退出,E位,（三）tRNA和氨基酰tRNA tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的 运载体。,AA-tRNA合成酶,氨基酸的活化形式 氨基酰tRNA 氨基酸的活化部位 羧基 连接方式 酯键 活化耗能 2个P,1. 起始因子IF和eIF,2. 原核生物mRNA就位机制,3.原核生物起始复合物的形成,（一）进位 氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引， 在GTP和EF-T的协助下，进入核蛋白体 的A位。,A位,P位,mRNA EF-T 协 助 进 位 的 机 制 mRNA- AA-tRNA,（二）成肽 转肽酶催化肽键的形成。,肽键形成,（三）转位 tRNA脱落的同时，核蛋白体向mRNA的 3-端移动一个密码子的距离。由EF-G中的 转位酶催化，此步骤需1个GTP。,三、肽链的终止 1. RF与终止密码辨认结合 2. 肽链与tRNA分离 3. tRNA、mRNA及RF从核蛋白体脱落,原核生物蛋白质合成的能量计算 氨基酸活化： - 2个P ATP 延长：（ 进位、移位） -2个 GTP 结论：每合成一个肽键至少消耗4个P。 起始： -1个 GTP 终止： -1个 GTP 耗能:4n(AA)ATP,多肽链折叠 天然功能构象蛋白质,新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。,几种有促进蛋白折叠功能的大分子,1. 分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI),1. 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和GreE族 2. 伴侣素(chaperonins) GroEL和GroES家族,分子伴侣,分子伴