生物化学课件(杨洋)14.蛋白质生物合成VIP

1,第十二章蛋白质的生物合成PROTEINBIOSYNTHESIS,2,本章主要内容,蛋白质生物合成体系mRNA直接模板核糖体合成场所tRNA氨基酸的运载工具，蛋白质合成的适配器肽链的生物合成过程原核真核蛋白质翻译后修饰和靶向输送翻译后修饰靶向输送蛋白质生物合成的干扰和抑制抗生素毒素、干扰素,3,4,蛋白质生物合成翻译（translation）,以mRNA为模板、以氨基酸为原料，合成特定多肽链的过程。这样，mRNA分子中的核苷酸序列就被翻译为蛋白质的氨基酸序列。,5,第一节蛋白质生物合成体系THEMACHINERYOFPROTEINSYNTHESIS,三种RNA：mRNA模板tRNA特异的“搬运工具”rRNA“装配机”20种-氨基酸原料酶与蛋白质因子氨基酰-tRNA合成酶，转肽酶，转位酶IFeIF，EF，RF无机离子及能量：Mg2+，K+，ATP，GTP,6,一蛋白质合成机制研究的三大成就,Zamecnik证明核糖体是蛋白质合成的场所（1953年）,ThreeAdvancesforDeducingProteinSynthesis,PaulZamecnik,Hoagland和Zamecnik发现了“活化”的氨基酸氨基酰-tRNA(1955年),MahlonHoagland,8,FrancisCrick,Crick提出DNA与蛋白质之间有转换分子（1958年）,DNAmRNA蛋白质,9,mRNAstructure,openreadingframe(ORF),二mRNA与遗传密码mRNAandGeneticCode,10,遗传密码,mRNA的作用：翻译的直接模板,?,11,在mRNA分子的ORF区，从5端3端，每相邻的3个核苷酸组成一组，在蛋白质合成时，对应某一种氨基酸，这就是遗传密码。相邻的三个核苷酸称为密码子(codon)或三联体密码(triplet),遗传密码mRNA上的密码语言,（GeneticCode）,12,遗传密码表,P336,13,起始密码与终止密码,initiationcodon促进小亚基与mRNA结合IF2:促进fmet-tRNAfmet与核糖体小亚基结合;GTP酶活性（GTPGDP+Pi）IF1:辅助IF2、IF3,41,起始复合物的形成过程,核糖体大小亚基分离mRNA在小亚基定位结合起始氨基酰-tRNA结合核糖体大亚基结合,42,IF-3,IF-1,1.核糖体大小亚基分离,43,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,44,S-D序列(Shine-Dalgarnosequence),45,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基，形成30S起始复合物。,46,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核糖体大亚基结合,形成70S起始复合体,47,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,起始复合物的形成过程,48,二肽链延长ElongationinRibosomeCycle,即核糖体自mRNA5端向3端推进翻译过程，需延长因子(EF)、GTP和无机离子,循环进行肽链延长,肽链延长过程：1.进位(entrance)2.成肽(peptidebondformation)3.转位(translocation),49,肽链合成的延长因子,(elongationfactor,EF),EF-G,50,又称注册(registration),1.进位(entrance),根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位,51,延长因子EF-Tu促进氨基酰tRNA与核糖体A位结合延长因子EF-Ts促进EF-Tu的再利用,52,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GDP,进位(entrance),53,2.成肽(peptidebondformation),由转肽酶催化肽键生成,54,3.转位(Translocation),EF-G有转位酶活性，通过水解1分子GTP，促进核糖体向mRNA的3侧移动。,55,fMet,fMet,成肽与转位,56,57,每一循环生成一个肽键每生成一个肽键平均消耗4个高能磷酸键（活化:2；进位:1；转位:1）密码子阅读方向：53多肽链延长方向：N端C端,肽链延长过程特点：,58,三肽链合成的终止TerminationinRibosomeCycle,当翻译至mRNA终止密码时，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核糖体等分离。,59,终止因子辨认终止密码（UAA、UGA、UAG）转肽酶转变为水解酶肽链释放mRNA释放大小亚基分离,终止因子（或称释放因子,releasefactor,RF）辨认终止密码，使转肽酶变为水解酶，水解肽链与tRNA的连接，促进肽链从核糖体释放。,终止过程：,RF1,RF2,RF3,60,原核肽链合成终止过程,61,RF,肽链合成终止过程,62,核糖体循环RibosomeCycle,蛋白质翻译过程中，核糖体大小亚基聚合，完成肽链合成的起始、延长及终止过程后解离，然后再聚合成完整的核糖体，开始新的肽链合成，循环往复。,63,真核与原核生物蛋白质合成的异同：,相同点：遗传密码相同组分相似：核糖体，tRNA，各种蛋白质因子合成途径相似：核糖体循环,不同点：（见下表）,四真核生物蛋白质合成的特点CharacteristicsofProteinSynthesisinEukaryotes,64,原核真核mRNA多顺反子(polycistron)单顺反子(monocistron)无“帽、尾”结构，有“帽、尾”结构5起动信号上游有SD序列无SD序列核糖体30S+50S=70S40S+60S=80S起始AAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMetIF、EFIF3种eIF10多种及RFEF-Tu、EF-Ts、EF-GeEF1、eEF2RF1、RF2、RF3eRF转录与翻译转录翻译偶联不偶联（分隔进行）的关系（几乎同时进行）抑制剂抗生素白喉毒素、植物毒素等,65,真核生物线粒体存在独立的蛋白质合成体系，与真核细胞质合成体系不同，与原核体系类似。,抗生素有一定的副作用,66,第四节翻译后修饰与靶向输送POSTTRANSLATIONALMODIFICATIONANDTARGETING,折叠为天然构象的蛋白质氨基酸残基的化学修饰亚基聚合、辅基连接定向输送至特定位点,从核糖体释放出的新生多肽链，需经过各种翻译后加工才转变为天然构象的功能蛋白。,主要包括：,67,一多肽链折叠为天然构象的蛋白质,细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶或蛋白质因子的辅助。,分子伴侣(molecularchaperon),是细胞内一类保守蛋白质，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(heatshockprotein,HSP)伴侣素(chaperonin),68,伴侣素作用示意图,69,二翻译后加工与修饰的主要方式PosttranslationalProcessingandModification,(一)二硫键的形成SS,两个Cys残基形成二硫键（链内或链间）,胰岛素(insulin),核糖核酸酶(ribonuclease),70,(二)氨基酸残基的化学修饰,磷酸化(Phosphorylation)Ser、Thr、Tyr乙酰化(Acetylation)Lys甲基化(Methylation)Lys，Arg羟基化(Hydroxylation)Pro，Lys糖基化（glycosylation）Asn,Ser,Thr,71,磷酸化丝氨酸,磷酸化苏氨酸,磷酸化酪氨酸,72,糖原分解,73,(三)蛋白质前体中肽段的切除,在核糖体合成的肽链大多数是蛋白质前体(precursor)，需水解切除部分肽段，才能形成有活性的蛋白质,胰岛素的加工,74,三亚基聚合、辅基连接,75,（一）亚基聚合,链,链,Hb,含多个亚基的蛋白质聚合成有生物活性的蛋白质,76,四蛋白质的靶向输送PROTEINTARGETING,1.保留在细胞质2.进入细胞器3.分泌到细胞外,信号肽,(signalpeptide),蛋白质合成后的去向：,信号肽的特点：位于多肽链的N端序列保守,77,信号肽的一级结构,信号肽酶裂解位点,78,分泌型蛋白质合成后输送至细胞外,粗面内质网,高尔基体,分泌小泡,79,作用,由6种蛋白质与7S-RNA组成的复合体,既与分泌蛋白的信号肽结合，又与内质网上的SRP受体结合，有助于信号肽找到粗面内质网,信号肽识别颗粒（SignalRecognitionParticles，SRP）,80,分泌型蛋白质进入内质网的过程,81,TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999,GnterBlobel,forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell,82,细胞核蛋白的靶向输送,细胞质内合成带有核定位信号（nuclearlocalizationsequence,NLS）由核孔进人核内,83,第五节蛋白质合成的干扰和抑制INTERFERENCEANDINHIBITIONOFPROTEINSYSTHESIS,作用于不同环节：复制过程：多数抗肿瘤药物转录过程：利福平等翻译过程：多数抗生素作用于不同生物：原核生物：抗生素真核生物：毒素,84,（一）抗生素类阻断剂与核糖体结合，直接作用于翻译过程,85,（二）毒素,白喉毒素：作用于eEF2，使之失活。蓖麻蛋白：与真核60S大亚基结合，抑制肽链延伸。,（三）干扰素interferon,真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖,IFN-，