蛋白质的生物合成MJ

1、会计学1蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成MJl 三种三种RNA mRNA rRNA tRNA一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码细菌矾土颗粒细菌矾土颗粒轻轻研磨轻轻研磨细菌液细菌液离心，去除细胞壁和膜离心，去除细胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子）核糖体、酶、离子）DNA水解酶，水解酶，20种氨基酸等种氨基酸等蛋白质蛋白质DNase蛋蛋白白质质合合成成量量时间时间 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子（cistroncistron）。）。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单原核细胞中数个结构基因

2、常串联为一个转录单位，转录生成的位，转录生成的mRNAmRNA可编码几种功能相关的可编码几种功能相关的蛋白质，为蛋白质，为多顺反子多顺反子（polycistronpolycistron）。）。 真核生物一个真核生物一个mRNAmRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单单顺反子顺反子（single cistronsingle cistron）。）。mRNA结构简图结构简图l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开开始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基

3、酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为称为三联体密码（三联体密码（triplet codon）。）。53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAAORF保温保温蛋白质合成停止蛋白质合成停止poly U，ATP，GTP，氨基酸，氨基酸多聚苯丙氨酸（多聚苯丙氨酸（UUU是是Phe的密码子）的密码子）同样方法证明了同样方法证明了CCC是是Pro的密码子，的密码子，AAA是是Lys的密码子。的密码子。提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖、核糖 体、酶、离子）体、酶、离子）遗传密码的破译遗传密码的破译密码密码子的子的第一第一个字个字母母密码子的第二个字母密码子的第二个字母l遗

4、传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间隔联体密码连续阅读，密码间既无间隔也无重叠。也无重叠。 重叠密码重叠密码非重叠非重叠连续的连续的密码密码不连续的密码不连续的密码基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 由于对由于对mRNA外显子的加工，造成外显子的加工，造成mRNA与其与其DNA模板序列之间不匹配，模板序列之间不匹配，使同一使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同前体翻译出序列、功能不同

5、的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（编辑（mRNA editing)。 mRNA编辑编辑遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有仅有一个密码子外，其余氨基酸有24个或多至个或多至6个密码子为之编码。个密码子为之编码。AlaThrtRNA上反密码子的上反密码子的第第1位位碱基与碱基与mRNA密码子的密码子的第第3位位碱基配对时，可以碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为配对规律，这一现象称为摆动性摆动性。摆动配对摆动配对U核蛋

6、核蛋白体白体原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白质蛋白质 S S值值 rRNArRNA 蛋白质蛋白质S S值值rRNArRNA小亚基小亚基2121种种30S30S16S16S3333种种40S40S18S18S大亚基大亚基3434种种50S50S23S23S5S5S4949种种60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核蛋白核蛋白体体70S70S80S80S原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA在翻译过程在翻译过程中起中起接合体接合体（adaptoradaptor）作用，又是作用，又是氨基酸的运氨基酸的运载体。载体。氨基酸氨基酸

7、+ tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNAMet-tRNAifMetfMet-tRNAifMet转甲酰基酶N10-CHO FH4原核生物起始因子有三种：原核生物起始因子有三种：IF-1：占据：占据A

8、位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-2：促进起始：促进起始tRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P位对位对结合起始结合起始tRNA敏感性。敏感性。IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-G

9、TPGDPPi起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4B促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合

10、物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为

11、核蛋白体循环（进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步： 进位进位（entrance） 成肽成肽（peptide bond formation） 转位转位（translocation）原核延原核延长因子长因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tR

12、NA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 （一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指下一组遗传密码指导，使相应氨基酰导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白进入核蛋白体体A位。位。延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）TuTsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由转肽酶（是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽）催化的肽键形成过程。键形成过程。fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽真核生物肽链合成的延长过程与原核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基本相似，但有不同的反

13、应体系和延长因子。子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位，转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。为肽链合成终止。终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 识别终止密码，如识别终止密码，

14、如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；而而RF-2可识别可识别UAA、UGA。 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53RFCOO-第四节第四节 多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰 高级结构修饰高级结构修饰 （1）热休克蛋白）热休克蛋白(heat shock protein, HSP

15、) HSP70、HSP40和和GreE族族 （2）伴侣素）伴侣素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族1. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，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。的正确折叠。 热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：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，再释放该片结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次和多肽片段依次结合、解离的循环。结合、解离的循环。 HSP40结合待结合

16、待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用: :为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形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。成天然空间构象的微环境。 伴侣素系统促进蛋白质折叠过程伴侣素系统促进蛋白质折叠过程 2. 蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫键异构酶（PDI） 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，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可在较大

17、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。成热力学最稳定的天然构象。3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰- -脯氨酸间形成的肽键有顺反两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。种异构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种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。异构体之间的转换。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形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，可成的限速酶，在肽链

18、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。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targeting） 信号序列信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白 信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白

19、核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白 -Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 （一）（一）分泌蛋白的靶向输送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，再分别被包装成送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。分泌小泡而分泌出细胞。 信号肽信号肽(signal peptide) 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基

20、酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。 N端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 C端加工区端加工区 信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 第五节第五节抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。的一类药物。一、抗生素类一、抗生素类四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基真核大亚基真核大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚与小亚基结合基结合改变构象引起读码错误、改变构象引起读码错误、抑制起始抑制起始抑制转肽酶、阻