蛋白质的生物合成2.ppt

第十六章蛋白质的生物合成 翻译 Translation 翻译是蛋白质生物合成的同义词 翻译的过程就是将核酸中由碱基序列组成的遗传信息 通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序 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 第一节 RNA在蛋白质生物合成中的作用 一 mRNA的功能与遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质 这种mRNA被称为多顺反子 polycistron 真核生物的一段mRNA常常只能编码一种蛋白质 这种mRNA被称为单顺反子 singlecistron 多顺反子 单顺反子 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 tripletcode 遗传密码表 1 连续性 Commaless 移码突变 框移突变 2 密码的简并性 3 起始密码与终子密码起始密码 AUG少数为GUGUUG 终子密码 UAGUAAUGA 4 通用性 Universal 从病毒直到人类 细胞核DNA指导的蛋白质合成都使用同一套遗传密码 研究发现 动物细胞的线粒体DNA 植物细胞的叶绿体DNA 在翻译时 其密码阅读方式不同 AUAAUGAUU都可作为起始密码 AUA可作为肽链中蛋氨酸的密码子 UGA为色氨酸的密码子 AGAAGG为终止密码子 5 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 密码子 反密码子配对的摆动现象 二 tRNA的功能 反密码环 氨基酸臂 ACC 密码子与反密码子配对规则 三 核糖体的功能与多核糖体 核蛋白体的组成 原核生物 真核生物 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式 A位 氨基酰位 aminoacylsite P位 肽酰位 peptidylsite E位 排出位 exitsite 多聚核糖体 Polyribosome 高速 高效 蛋白质生物合成的过程 第二节 氨基酸的活化与搬运肽链合成的起始肽链的延伸肽链的终止 一 氨基酸的活化与搬运 Activationofaminoacid 氨基酰tRNA合成酶 1 活化反应 绝对专一性 校正活性 第一步反应 第二步反应 tRNA与酶结合的模型 录像 2 氨基酰tRNA的表示方法 与起始密码结合的氨基酰tRNA 原核生物 fMet tRNAfmet真核生物 Met tRNAimet 书写方式 如 Arg tRNAarg 二 原核细胞多肽链的合成 核蛋白体循环 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 1 肽链合成起始 指起始因子的参与下 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 真核生物各种起始因子的生物功能 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 IF 3 IF 1 3 起始氨基酰tRNA fMet tRNAimet 结合到小亚基 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 2 肽链合成延长 指根据mRNA密码序列的指导 氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程 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 1 注册 Registration 指根据mRNA下一组遗传密码指导 使相应氨基酰 tRNA进入核蛋白体A位 延长因子EF T催化进位 原核生物 Tu Ts GTP GDP Tu Ts GTP 2 成肽 是由转肽酶 transpeptidase 催化的肽键形成过程 3 转位 延长因子EF G有转位酶 translocase 活性 可结合并水解1分子GTP 促进核蛋白体向mRNA的3 侧移动 fMet fMet 真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似 但有不同的反应体系和延长因子 另外 真核细胞核蛋白体没有E位 转位时卸载的tRNA直接从P位脱落 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 原核肽链合成终止过程 RF 三 真核生物蛋白质合成 1 起始因子较多2 核蛋白体较大3 起始氨基酸为甲硫氨酸4 形成起始复合物的机制不同5 真核细胞mRNA为单顺反子6 真核细胞的延长因子为EF1和EF2 真核细胞蛋白质的合成与原核的区别 四 线粒体中的蛋白质合成 特点 1 核蛋白体与原核细胞相似2 起始tRNA为甲酰蛋氨酰tRNA3 只有22种tRNA 五 蛋白质合成后的加工 一 多肽链的修饰 1 肽链N端的修饰2 多肽链的水解修饰3 个别氨基酸的修饰 鸦片促黑皮质素原 POMC 的水解修饰 二 多肽链的折叠 1 参与蛋白质折叠的酶类 1 蛋白质二硫键异构酶 PDI 参与分泌蛋白的折叠 2 肽 脯氨酰酸顺反异构酶 保证整个蛋白质分子呈现正确的构型 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 多肽链中肽酰 脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体 空间构象明显差别 肽酰 脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换 肽酰 脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶 在肽链合成需形成顺式构型时 可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠 1 热休克蛋白 heatshockprotein HSP HSP70 HSP40和GreE族 2 伴侣素 chaperonins GroEL和GroES家族 定义 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 2 分子伴侣 作用 封闭待折叠蛋白质暴露的疏水区段创建一个隔离的环境 使蛋白质的折叠互不干扰促进蛋白质折叠和去聚集遇到应激刺激 使已折叠的蛋白质去折叠 作用特点 参与蛋白质折叠为正确的三维结构无特异性或特异性不强与折叠蛋白的基因无直接联系通过疏水序列识别 伸展多肽链的骨架部分具有ATP酶活性 水解ATP 有利于自身释放 1 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 2 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 三 高级结构的修饰 一 亚基聚合 二 辅基连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制 定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位 这一过程称为蛋白质的靶向输送 四 蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送 proteintargeting 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 靶向输送蛋白的信号序列或成分 1 分泌蛋白的靶向输送 真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网 信号肽 signalpeptide 各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽 信号肽的一级结构 信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 2 线粒体蛋白的靶向输送 3 细胞核蛋白的靶向输送 药物对遗传信息传递过程的影响 第三节 一 干扰核苷酸合成的药物1 抗叶酸代谢物 如甲氨碟呤 抑制二氢叶酸还原酶2 嘧啶类与嘌呤类的抗代谢物 如5 氟尿嘧啶 5 碘脱氧尿苷 6 巯基嘌呤 干扰核苷酸的合成 二 影响核酸合成的药物1 烷化剂 如环磷酰胺 氮芥等 使鸟嘌呤的7 位氮烃化 烃化嘌呤脱落 DNA分子留下间隙2 抗生素 如自力霉素 更生霉素等 破坏DNA的结构 而利福霉素和利福平抑制RNA聚合酶 抑制转录 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 三 影响蛋白质生物合成的抗生素 1 干扰进位的抗生素 如四环素 土霉素抑制起始氨基酰 tRNA与核蛋白体小亚基结合2 引起读码错误的抗生素 如链霉素 新霉素 潮霉素B