蛋白质生物合成.ppt

蛋白质的生物合成,翻译,蛋白质的生物合成,蛋白质生物合成:是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序的过程翻译:遗传信息（碱基排列顺序，英文）由mRNA携带到蛋白质多肽链上体现为氨基酸残基排列顺序（中文）的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译,特点,翻译过程十分复杂-参与因素多-合成步骤繁,第一节蛋白质合成体系,三、tRNA,四、核糖体,一、20种氨基酸,五、酶和辅助因子及无机离子、以ATP、GTP,合成方向：NC端,二、mRNA和遗传密码,（一）密码子(codon):mRNA自53方向每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密码体现一个氨基酸信息密码子的数量43=64密码子的发现:1965年，Nirenberg用polyu加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表,遗传密码,密码子的特点,(1)连续性:两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移,密码子的特点,(2)简并性:除Met，Trp外，其余氨基酸均由2个以上密码子编码。其中UAG,UAA,UGA是终止密码子,AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸；但细菌例外，在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸(3)通用性:所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等,密码子的特点,（四）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异,tRNA反密码环,mRNA,mRNA,(messengerRNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体,原核细胞mRNA的结构特点,5,3,先导区,AGGAGGU,SD区,一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质,真核细胞mRNA的结构特点,m7G-5ppp-N-3p,AAAAAAA-OH,一条mRNA链只能为一种蛋白质编码,tRNA（transferribonucleicasid）,tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体,tRNA,1.结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置2.反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座,tRNA,3.起始密码子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始密码真核生物有两种，tRNAimet,tRNAemet原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tRNAfmet表示,tRNAfmet的甲酰基由一碳单位提供,核糖体rRNA（ribosomalribonucleicasid）,是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的组成：大小亚基原核：30s+50s70s真核:40s+60s80s,原核生物核糖体的组成,核糖体,分类：一类附着于粗面内质网参与分泌蛋白的合成；另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成功能：核糖体相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,30S,与mRNA结合部位,肽位：结合或接受肽基的部位,受位/氨基酰位：结合或接受AA-tRNA的部位,50S,P,A,T,转肽酶,多核蛋白体,5,3,一mRNA上同同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成,第二节蛋白质的合成过程,一、氨基酸的活化与转运二、翻译起始（以原核为例）三、肽链的延长四、肽链合成终止,一、氨基酸的活化与转运,氨基酸活化活化氨基酸的搬运活化氨基酸与核蛋白体结合1.参与活化转运的酶氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸有特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译,氨基酰tRNA的生成-氨基酸的活化,氨基酰tRNA合成酶,ATP,PPi,氨基酰tRNA,Gly,Gly,Gly,2.催化过程氨基酸+ATP+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+ppi,氨基酰tRNA的表示方法,丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala,精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg,甲硫氨基酰tRNA：met-tRNAmet,大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化,真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化,起始密码子AUG编码的met由tRNAimet（真核）或tRNAfmet（原核）转运,参与翻译的蛋白质因子,阶段原核真核功能IF1IF2eIF2参与起始复合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI与mRNA帽子结合eIF4ABF参与寻找第一个AUGeIF5协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放eIF6协助60S亚基从无活性的核糖体上解离EF-TueEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-TseEF1帮助EF-Tu、eEF1周转EF-GeEF2移位因子终止RF-1eRF释放完整的肽链RF-2,因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic),二、翻译起始（原核）,30S亚基mRNAIF3-IF1复合物,30SmRNAGTP-fMettRNA-IF2-IF1复合物,70S起始复合物,mRNA+30S亚基-IF3,mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合,mRNA与30s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成,核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合,50s的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1IF2脱落,形成了启动复合体,fmet-tRNA的结合：与以上过程同时发生，fmet-tRNA辨认并与mRNA模板中的AUG结合。反应需IF2,GTP,Mg2+参与;而IF3脱落,70S启始复合物由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成,三、肽链的延长,延长即核蛋白体自mRNA5端向3端推进，反应需延长因子（elongationfacters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与,狭义的核蛋白体循环,进位,成肽,转位,Tu-GDP,GDP,Ts,Tu-Ts,Tu-GTP,GTP,Pi,氨基酰-tRNA进入A位,三、肽链的延长步骤,1.进位：aa进入受位，反应需GTP,Mg2+，EFTu,哺乳动物的延长因子：EFT1,Mg2+，K+,转肽酶,2.成肽（转肽与脱落）：50s大亚基上的给位有转肽酶活性，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落,3.转位（移位）,反应需EFG,GTP,Mg2+参与核蛋白体向mRNA3端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位肽键每增加一个氨基酸就按进位成肽转位这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度,OH,EFG，GTP,53,进位,成肽,转位,成肽,NC延长,转位（移位）,四、肽链合成终止,需终止因子RF、RR和IF3参与。终止信号出现，释放因子（releasefactor,RF,RR）与其结合。RF有三种RF1，RF2，RF3,1.终止密码子的辨认,RF-1或RF-2,RF1和RF2识别终止密码，进入A位,H-OH,转肽酶,2.肽链的水解和脱落,RF3使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出,3.tRNA、RF、mRNA的释放，核蛋白体大小亚基的解聚,OH,RR，GTP,RF,IF-3IF-1,在RR作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF1作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环,1.起始,2.肽链延长,3.终止,广义的核蛋白体循环,小结,1合成方向：对mRNA的移动是自53肽链合成方向自N端C端2能量计算：活化与启动消耗2个高能键，生成一个肽键时需2个GTP,生成一个肽键的整个过程需4个高能键3核蛋白体循环：在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。合成速度40aa/S,真核与原核蛋白质合成的异同,真核原核核蛋白体80S70S含蛋白数量多于80少于60小亚基结构无嘧啶区和互补区含嘧啶区与互补tRNAtRNAimettRNAfmet启动eIF9-10种需ATP小亚基先与tRNA结合，在与mRNA结合延长EF1,EF2EFTuEFTs终止RF需GTPRF1，RF2，RF3,第三节翻译后加工,合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合才有活性一、翻译后的加工修饰二、分泌蛋白的跨膜转运,一、翻译后的加工修饰,1.N端加工,原核生物,脱甲酰基酶,氨基肽酶,真核细胞,一、翻译后的加工修饰,2.氨基酸残基的修饰：磷酸化、羟基化、乙酰化、糖基化3.水解加工：酶前体的活化4.亚基聚合：Hb4亚基的聚合,二、分泌蛋白的跨膜转运,将合成后的蛋白质,定向到达行使功能目标地的过程为跨膜转运信号肽：使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外,信号肽结构,约10-40多个氨基酸构成分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸,提供正电荷疏水区含中性或疏水性氨基酸加工区是信号肽酶切割信号肽的部位,转运过程,（1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，SRP把核蛋白体带至胞膜的胞浆面与对接蛋白结合，核蛋白体与内质网膜结合（2）信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔,分泌蛋白的转运过程,蛋白质合成与医学的关系,一、分子病（moleculardiseases）二、蛋白质合成的阻断剂蛋白质生物合成自复制、转录和翻译的不同过程均有抑制剂能加以阻断。抑制剂包括抗菌素和毒素等,分子病,分子病：因DNA分子基因的缺陷,使某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列发生改变导致的遗传病。例：镰刀形红细胞贫血。病因：编码血红蛋白b链的基因，其DNA上的T被A代替，导致b链氨基端第6位的谷氨酸被缬氨酸代替,蛋白