医学蛋白质的生物合成.ppt

蛋白质的生物合成 翻译 ProteinBiosynthesis Translation 蛋白质的生物合成 即翻译 就是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息 通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 一 遗传密码 mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5 至3 方向 由AUG开始 每3个核苷酸为一组 决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始 终止信号 称为三联体密码 tripletcoden 起始密码 initiationcoden AUG 终止密码 terminationcoden UAA UAG UGA 遗传密码表 目录 从mRNA5 端起始密码子AUG到3 端终止密码子之间的核苷酸序列 各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链 称为开放阅读框架 openreadingframe ORF 1 连续性 commaless 遗传密码的特点 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读 密码间既无间断也无交叉 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失 可能导致框移突变 frameshiftmutation 2 简并性 degeneracy 遗传密码中 除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外 其余氨基酸有2 3 4个或多至6个三联体为其编码 目录 2 简并性 degeneracy 目录 3 通用性 universal 蛋白质生物合成的整套密码 从原核生物到人类都通用 已发现少数例外 如动物细胞的线粒体 植物细胞的叶绿体 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先 4 摆动性 wobble 转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合 但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律 称为摆动配对 U 摆动配对 目录 密码子 反密码子配对的摆动现象 二 蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem 20种氨基酸 AA 作为原料酶及众多蛋白因子 如IF eIFATP GTP 无机离子 参与蛋白质生物合成的物质包括 三种RNAmRNA messengerRNA 信使RNA rRNA ribosomalRNA 核蛋白体RNA tRNA transferRNA 转移RNA 一 翻译模板mRNA及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 cistron 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位 转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质 为多顺反子 polycistron 真核mRNA只编码一种蛋白质 为单顺反子 singlecistron 二 tRNA与氨基酸的活化 反密码环 氨基酸臂 tRNA的三级结构示意图 1氨基酰 tRNA合成酶 aminoacyl tRNAsynthetase 氨基酸的活化 第一步反应 氨基酸 ATP E 氨基酰 AMP E AMP PPi 目录 第二步反应 氨基酰 AMP E tRNA 氨基酰 tRNA AMP E 目录 tRNA与酶结合的模型 tRNA 氨基酰 tRNA合成酶 ATP 氨基酰 tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性 氨基酰 tRNA合成酶具有校正活性 proofreadingactivity 氨基酰 tRNA的表示方法 Ala tRNAAlaSer tRNASerMet tRNAMet 真核生物 Met tRNAiMet原核生物 fMet tRNAifMet 2起始肽链合成的氨基酰 tRNA 二 核蛋白体是多肽链合成的装置 目录 不同细胞核蛋白体的组成 核蛋白体的组成 目录 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式 A位 氨基酰位 P位 肽酰位 E位 排出位 目录 三 蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis 翻译的起始 initiation 翻译的延长 elongation 翻译的终止 termination 整个翻译过程可分为 翻译过程从阅读框架的5 AUG开始 按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链 直至终止密码出现 一 肽链合成起始 指mRNA和起始氨基酰 tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 translationalinitiationcomplex 原核生物翻译起始复合物形成 核蛋白体大小亚基分离 mRNA在小亚基定位结合 起始氨基酰 tRNA的结合 核蛋白体大亚基结合 IF 3 IF 1 1 核蛋白体大小亚基分离 IF 3 IF 1 2 mRNA在小亚基定位结合 S D序列 IF 3 IF 1 3 起始氨基酰tRNA fMet tRNAimet 结合到小亚基 目录 IF 3 IF 1 IF 2 GTP GDP Pi 4 核蛋白体大亚基结合 起始复合物形成 IF 3 IF 1 IF 2 GTP GDP Pi lF1 3 GDP Pi lF2 lF1 3 二 肽链合成延长 指根据mRNA密码序列的指导 次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链 直到合成终止的过程 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行 又称为核蛋白体循环 ribosomalcycle 每次循环增加一个氨基酸 包括以下三步 进位 entrance 成肽 peptidebondformation 转位 translocation 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子 elongationfactor EF 原核生物 EF T EF Tu EF Ts EF G真核生物 EF 1 EF 2 肽链合成的延长因子 延长过程 1进位 注册 氨基酰 tRNA根据遗传密码的指引 进入核蛋白体的A位 P位A位 EFT 延长因子 EFTuEFTs AA tRNA Tu GTP EF Tu GTP Ts EF Tu Ts GTP Aa tRNA AA tRNA Tu GTP小亚基上的mRNA AA tRNA mRNATu GTP Pi EF T Tu GDP Ts EFT GTP AA tRNAAA tRNA Tu GTP Ts Pi Tu GDP aa tRNA mRNA mRNA Ts 2成肽 P位A位 P位的fMet tRNAimet的酰基与A位上的AA tRNA的氨基成肽键 tRNA本身则从P位脱落 使P位空出 转肽酶核蛋白体大亚基上的蛋白质 rpL 3转位在A位上的二肽连同tRNA从A位转移到P位 P位A位 P位A位 三 肽链合成的终止 当mRNA上终止密码出现后 多肽链合成停止 肽链从肽酰 tRNA中释出 mRNA 核蛋白体等分离 这些过程称为肽链合成终止 终止相关的蛋白因子称为释放因子 releasefactor RF 一是识别终止密码 如RF 1特异识别UAA UAG 而RF 2可识别UAA UGA 二是诱导转肽酶改变为酯酶活性 相当于催化肽酰基转移到水分子 OH上 使肽链从核蛋白体上释放 释放因子的功能 原核生物释放因子 RF 1 RF 2 RF 3真核生物释放因子 eRF 终止过程1 当翻译到A位mRNA出现终止密码时 由RF 1或RF 2识别终止密码进入A位 2 RF3激活核蛋白体上的转肽酶 具酯酶活性 使P位上的肽与tRNA分离 3 在RR作用下 tRNA mRNA及RF均从核蛋白体脱落 在IF作用下 核蛋白体解聚成大 小亚基 UAA RF3 RR 四 蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing ProteinTransportation 一 翻译后加工修饰 1亚基聚合例Hb分子由 2 2组成2辅基连接例糖蛋白的糖基 3去除N 端的N 甲酰基或N 蛋氨酸 脱甲酰基或氨基肽酶 1 磷酸化在含 OH基的R基团磷酸化 由激酶催化 使蛋白质活性增高或降低 2 羟化结缔组织蛋白质脯氨酸残基和赖氨酸残基羟化 3 二硫键的形成稳定蛋白质构象 4个别氨基酸的修饰 5水解修饰以POMC为例信号肽 N C MSH MSHEndophin 103肽ACTH LT 二 蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后从核蛋白体定向到达其执行功能的目标地 细胞膜 去向1 保留在胞浆2 进入细胞核 线粒体等细胞器3 分泌至体液 再输送到靶器官和靶细胞 1 定义穿过合成所在的细胞 到其它组织细胞去的蛋白质 例如 肽类激素 血浆蛋白 抗体蛋白等 2 特点 1 信号肽分泌性蛋白质N端的一段疏水氨基酸较多的肽 其作用是将合成的蛋白质移向胞膜 送出胞外 2 蛋白质的前体 例如前胰岛素原等 分泌性蛋白质 信号肽 N 端 碱性氨基酸末端区 疏水核心区 加工区 信号肽酶 3 分泌性蛋白的转运机制信号假说 信号肽被信号肽识别粒子 SRP 辨认 结合 把正在合成蛋白质的核蛋白体带到细胞膜的胞浆面 与对接蛋白 DP 结合 促使膜蛋白通道开放 信号肽引导正在合成的蛋白质穿过胞膜 信号肽折回膜内 由膜外侧的信号肽酶在加工区切断 成熟蛋白则释放至胞外 胞浆 胞膜 五 蛋白质生物合成与医学 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点 它们就是通过阻断真核 原核生物蛋白质翻译体系某组分功能 干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的 可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点 同时尽量利用真核 原核生物蛋白质合成体系的任何差异 以设计 筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物 抗生素 antibiotics 是微生物产生的能够杀灭或抑制细