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 IFEFRFRR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 geneticcodon 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 UGA61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 tRNAP位 结合肽酰基 tRNA转肽酶 形成肽键E位 原核 结合空载tRNA3 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 30s40s大亚基rRNA蛋白质 rpl 50s60s 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AAtRNA的特异性起始tRNA延伸tRNA原核生物 fmet tRNAifmetmet tRNAemet真核生物 met tRNAimetmet tRNAemet 四 蛋白因子 e g原核 1 IFIF1促fmet tRNAfmet与小亚基结合IF2IF3促mRNA与小亚基结合 大 小亚基分离2 EFEFTS促AA tRNA进入A位EFTUEFG 转位酶活性 促核蛋白体沿mRNA移动3 RFRF1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 2RR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AUG4 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mRNA5 3 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 5 3 肽链延长方向 N C 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70S80S起始 形成起始复合物70S80S起始tRNAfmet tRNAifmetmet tRNAimet需IF种类39 10延长 需EF种类34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 signalsequence 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 DNAmRNAHb 链 第6位AA 正常 CTT GAAGlu镰刀型贫血 CAT GUAVal 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DDDPDDRP氨基酰 tRNA合成酶 转肽酶底物dNTPNTPAA产物子代DNARNA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 NC碱基配对A T G CA 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eIF2eIF2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 tRNATyr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 ACG 5 UAC tRNA反密码环 UC G AC U 5 5 图13 1mRNA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 mRNA 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 peptidesite 或称D位 donorsite 右为A位 Aminoacylsite 或 Acceptorsite 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DP 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 openreadingframe 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 tRNAE位 tRNA退出 E位 三 tRNA和氨基酰tRNAtRNA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 mRNAEF 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 PATP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 molecularchaperon 2 蛋白二硫键异构酶 proteindisulfideisomerase PDI 3 肽 脯氨酰顺反异构酶 peptideprolylcis transisomerase PPI 1 热休克蛋白 heatshockprotein HSP HSP70 HSP40和GreE族2 伴侣素 chaperonins GroEL和GroES家族 分子伴侣 分子伴侣是细胞一类保守蛋白质 可识别肽链的非天然构象 促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠 热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用 结合保护待折叠多肽片段 再释放该片段进行折叠 形成HSP70和多肽片段依次结合 解离的循环 伴侣素GroEL GroES系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用 为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境 蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白 膜蛋白等的天然构象十分重要 这一过程主要在细胞内质网进行 二硫键异构酶在内质网腔活性很高 可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接 最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象 肽 脯氨酰顺反异构酶 多肽链中