生物化学第十三章蛋白质生物合成.ppt

1、第 十三 章 蛋白质的生物合成,学习目的与要求：,1.遗传信息传递方式-中心法则 2. 蛋白质合成中各RNA及辅助因子的作用 3.遗传密码及其性质 4.蛋白质合成的机制及过程 5.蛋白质合成后的折叠与加工方式,重点：,1.中心法则 2.核糖体的组成及功能 3.tRNA的功能及摆动性假说 4.遗传密码及其性质 5.蛋白质合成的机制及过程,难点：,1.遗传密码的性质 2.蛋白质合成的过程,第一节、遗传信息的表达方式,一.中心法则,生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程称为转录,mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译,遗传信息从 DNA到RNA再到蛋白质的过程称为基因表达,1958

2、年Crick将生物遗 传信息的这种传递方式称 为中心法则。 1972年Crick将中心法 则作进一步修改，补充了 逆转录。,存在形式: 核糖体可游离存在，真核中，也 可同内质网结合，形成粗糙的内质网。 原核中，与mRNA形成串状多核糖体,1.核糖体的基本功能,核糖体蛋白质合成“工厂”,基本功能: 结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译 密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对 肽键的形成,二、核糖体,原核生物核糖体组成,真核生物核糖体组成,2.核糖体的组成及其成分,rRNA60-65%,Proteins30-35%,rRNA55%,Proteins45%,1. tRNA的功

3、能,三. tRNA,结合携带氨基酸：一种氨基酸有 几种tRNA携带，氨基酸结合在 tRNA3-CCA的位置。 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 。 核糖体的识别位点：将氨基酸准确 地带到核糖体上。 氨基酰-tRNA 合成酶的识别位点： 将氨基酸准确地与tRNA特异性结合。,2.摆动性假说,反密码子与mRNA的第1,2个核苷酸配对时， 严格遵从碱基配对原则,但反密码子与mRNA的 第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原 则,出现U-G,I-U.C.A配对现象,表现出一定的 灵活性,摆动性.,四. mRNA,携带着DNA的遗传信息，是多肽链的 合

4、成模板在原核细胞内，存在时间短， 在转录的同时翻译 在真核细胞内，较稳定,蛋白质合成时，mRNA结合于核糖体 小亚基上，大亚 基结合带氨基酸 的tRNA，tRNA的反密码子与mRNA密 码子配对，ATP供能，合成蛋白质,五. 参与蛋白质合成的辅助因子,1. 确立,41=4, 42=16, 43=64, 44=256,第二节、遗传密码,一.密码子的概念,mRNA分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性 位置的三个核苷酸单位称为密码子（Coden）或三联体密码 或遗传密码。,二.密码子的确立及证明,核糖体结合试验证明:1960-1965年，Nirenberg用polyU加入14C 标记的20

5、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,1.方向性,密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象。,mRNA上无不编码的核苷酸,两个密码子之间没有标点符号。,4.简并性(degeneracy),三. 遗传密码子的特点,几种密码子对应于相同一种氨基酸。 这些密码子为同义密码子,3.连续性,2.不重叠,从 mRNA53方向阅读。,5.通用性,绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外,6.起始密码与终止密码,起始密码:AUG -真核/原核,真核中起始为Me

6、t 、 原核中起始为fMet,翻译中间为Met. GUG -原核 起始为fMet,翻译中间为Val.,终止密码: UAG、UAA、UGA,第三节、蛋白质生物合成的机制,合成体系：以mRNA为模板，20种氨基酸经活化获得的氨酰tRNA 为原料，酶和因子,以及无机离子，ATP 、GTP供能等作用下在 核糖体中完成蛋白质的合成。 合成方向：NC端。,一.氨基酸的活化,tRNA在氨基酰-tRNA 合成酶的帮助下，能够识别相应的氨 基酸，并通过tRNA氨基酸臂的 3-OH 与氨基酸的羧基形成活化 (酯)氨基酰-tRNA。 氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程： 第一步是氨基酸与 ATP 作用, 形成

7、氨基酰腺嘌呤核苷酸； 第二步是氨基酰基转移到tRNA的3-OH端上,形成氨基酰-tRNA。,(一).氨基酸活化过程,(二).氨基酸活化机制,1.每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA 合成酶。它既催化氨基酸与 ATP 的作用, 也催化氨基酰基转移到 tRNA。 2.氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性。 每一种氨基酰-tRNA 合成酶只能识别一种相应的 tRNA。 3.tRNA 分子能接受相应的氨基酸, 决定于它特有的碱基顺序, 而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA 合成酶所识别。,(三).氨基酰-tRNA 合成酶的特点：,(一).多肽链合成的起始,二.原核生物多肽链的合成,1. 核

8、糖体的活化 2. 30s起始复合物的形成 核糖体小亚基上的16S rRNA和mRNA的SD序列（位于起始位点上游413个核苷酸）结合,辨认出mRNA链上的起始点（AUG）。 3. 70s起始复合物的形成,1. 进位 （氨酰tRNA进入A位点）,参与因子：延长因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA,进位,肽链的形成,转肽,（二）. 肽链的延长,2. 转肽-肽链的形成,肽酰基从P位点转移到A位点，形成新的肽链,核糖体移位,3. 移位（translocase）,在移位因子（移位酶） EFG的作用下，核糖体 沿mRNA（5-3）作相对 移动，使原来在A位点的 肽酰tRNA回到P位

9、点,肽链的延伸过程,1.终子因子进入P位识别mRNA的终止密码子。 RF1-UAA、UAG RF2-UAA、UGA RF3影响肽链的释放速度。 2.水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释放肽链 3.RF3帮助P位点的tRNA残基脱落，而后核糖体脱落,(三).肽链合成的终止与释放,活化每个氨基酸1ATP肽链的起始要 1GTP，延长时只需2GTP，终止释放1GTP ，合成一个n肽所需能量3n ATP， 真核生物中，肽链合成的起始需GTP外， 还需ATP，则合成n肽所需能量3n+1,(四）.合成过程是一个耗能过程,1. 核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成 2. 起始密码AUG 3.

10、起始tRNA为MettRNA 4. 起始复合物结合在mRNA 5端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外） 5. 已发现的真核起始因子有近9种（eukaryote Initiation factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（CBPC） 6. 肽链终止因子及释放因子（RF）,只有一种,无特异性.,线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞,三、真核细胞蛋白质合成的特点,四.多核糖体与核糖体循环,在细胞内一条mRNA链上结合多个核糖体，甚至可多到几百个。 每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成,所以这种多核糖体可

11、以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链， 大大提高了翻译的效率,(一).抗生素类阻断剂,2.四环素和土霉素: 抑制氨基酰tRNA与核糖体A位结合，也抑制fMet-tRNAfMet 与核糖体结合,3.氯霉素：作用于30S亚基,五.蛋白质合成的抑制剂,链霉素、卡那霉素、新霉素等: 主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段： 起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落； 在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配； 终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合， 使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的介离。,(三).亚胺环己酮（放线菌酮）,(二).白喉霉素（diphtheria toxin）,由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。 它对真核生物的延长因子-2（EF-2）起共价修饰作用，生成 EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2失活，它的催化效 率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而 导致细胞死亡,只抑制真核60S亚基的肽酰转移酶活性,1.N端改造 fMet/Met的切除 2.信号肽（能透膜