第11章蛋白质的生物合成 ppt课件

1、第第11 11章章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成作者 高新旺 祁新芝河南省周口卫校参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程重点内容：三种重点内容：三种RNARNA在蛋白质生物合成在蛋白质生物合成中的作用、核蛋白体循环中的作用、核蛋白体循环1.简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用。2.写出蛋白质合成的步骤和核蛋白体循环的阶段。3.图示基因支配子调理。学时分配：2学时参与蛋白质生物合成的物质有：参与蛋白质生物合成的物质有：mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决议：作为蛋白质生物合成的模板，决议多肽链中氨基酸的陈列顺序；多肽链中氨基酸的陈列顺序；tR

2、NA：搬运氨基酸的工具；：搬运氨基酸的工具；rRNA：与蛋白质结合为核蛋白体，是蛋白：与蛋白质结合为核蛋白体，是蛋白质生物合成的场所；质生物合成的场所；酶及其他蛋白质因子；酶及其他蛋白质因子；供能物质及无机离子。供能物质及无机离子。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码，共有密码，共有64种不同的密码。其中种不同的密码。其中AUG编码甲编码甲硫氨酸，又可作为蛋白质合成的起始信号，称硫氨酸，又可作为蛋白质合成的起始信号，称为起始密码。而为起始密码。而UAA、UAG、UGA不编码任何不编码

3、任何氨基酸，只作为肽链合成的终止信号，称为终氨基酸，只作为肽链合成的终止信号，称为终止密码见下页密码表止密码见下页密码表。UCAG缬缬GUU缬缬GUC缬缬GUA缬缬GUG丙丙GCU丙丙GCC丙丙GCA丙丙GCG天冬氨天冬氨GAU天冬氨天冬氨GAC谷谷GAA谷谷GAG第一核苷酸第一核苷酸5第二核苷酸第二核苷酸第三核苷酸第三核苷酸3UCAGUCAG苯丙苯丙UUU苯丙苯丙UUC亮亮UUA亮亮UUG亮亮CUU亮亮CUC亮亮CUA亮亮CUG异亮异亮AUU异亮异亮AUC异亮异亮AUA甲硫甲硫AUG丝丝UCU丝丝UCC丝丝UCA丝丝UCG脯脯CCU脯脯CCC脯脯CCA脯脯CCG苏苏ACU苏苏ACC苏苏ACA

4、苏苏ACG酪酪UAU酪酪UA终止终止UAA终止终止UAG组组CAU组组CAC谷氨谷氨CAA谷氨谷氨CAG天冬天冬AAU天冬天冬AAC赖赖AAA赖赖AAG半胱半胱UGU半胱半胱UGC终止终止UGA色色UGG精精CGU精精CGC精精CGA精精CGG丝丝AGU丝丝AGC精精AGA精精AGGUCAGUCAGUCAG甘甘GGU甘甘GGC甘甘GGA甘甘GGG在氨基酸在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定合成酶催化下，特定的的tRNA可与相应的可与相应的氨基酸结合，生成氨氨基酸结合，生成氨基酰基酰tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。的生物合成。tRNA的反密码可以识别的反密码

5、可以识别mRNA上相应的密码见下页图上相应的密码见下页图。反密码对密码的识别，通常也是根反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原那么，即据碱基互补原那么，即A对对U，G对对C。可以识别可以识别mRNA中中5端起动密码端起动密码AUG的的tRNA是一种特殊的是一种特殊的tRNA，称为，称为起起动动tRNA。在原核生物中，起动。在原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA；而在真；而在真核生物中，起动核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸是一种携带蛋氨酸的的tRNA。在原核生物和真核生物中，均在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的存在另一种携带蛋氨酸的

6、tRNA，识别非，识别非起动部位的蛋氨酸密码，起动部位的蛋氨酸密码，AUG。ACAUAC蛋535反密码蛋氨酰tRNAmRNAAUGGUU真核生物中的核蛋白体大小为真核生物中的核蛋白体大小为80S，分为，分为40S小亚基和小亚基和60S大亚基。小亚基由大亚基。小亚基由18SrRNA和和30多种蛋白质构成，大亚基那么由多种蛋白质构成，大亚基那么由5SrRNA、28SrRNA和和50多种蛋白质构成如以下图。多种蛋白质构成如以下图。大亚基小亚基上图：核蛋白体表示图给位给位 受位受位1小亚基：可与小亚基：可与mRNA、GTP和起动和起动tRNA结合。结合。2大亚基：具有两个大亚基：具有两个tRNA结合点

7、。结合点。A位位受位，受位，可与新进入的氨基酰可与新进入的氨基酰tRNA结合；结合；P位给位，可与位给位，可与延伸中的肽酰基延伸中的肽酰基tRNA结合。结合。具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰的氨基酰tRNA，构成肽键。，构成肽键。具有具有GTP酶活性，水解酶活性，水解GTP，获得能量。，获得能量。具有起动因子、延伸因子及释放因子的结合部位。具有起动因子、延伸因子及释放因子的结合部位。在蛋白质生物合成过程中，经常由假设干核蛋白体在蛋白质生物合成过程中，经常由假设干核蛋白体结结合在同一合在同一mRNA分子上，同时进展翻译，每两个相邻核

8、分子上，同时进展翻译，每两个相邻核蛋白体之间存在一定的间隔，构成念珠状构造，称为多蛋白体之间存在一定的间隔，构成念珠状构造，称为多核蛋白体循环见下页图。核蛋白体循环见下页图。3mRNA5以下图：多核蛋白体循环给位给位 受位受位这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。在真核生物中存在子。在真核生物中存在9种起动因子种起动因子eIF。其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板及模板mRNA结合。结合。 五、延伸因子五、延伸因子EF 真核生物中存在真核生物中存在2种种EF1，EF2。其作。其作用主要促使氨基酰用主要促使氨

9、基酰tRNA进入核蛋白的受体，并进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。可促进移位过程。 七、氨基酰七、氨基酰tRNA合成酶合成酶该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰及氨基酰tRNA的合成有关。每种氨基酰的合成有关。每种氨基酰tRNA合合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具具有高度特异性，这是保证有高度特异性，这是保证tRNA可以携带正确的氨可以携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。基酸对号入座的必要条件。 六、释放因子六、释放因子RF 其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的其主要作用是识别终止密码，协助多

10、肽链的释放。释放。多肽链合成时，需多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物作为供能物质，并需质，并需Mg2+、K+参与。参与。氨基酸活化时需消氨基酸活化时需消耗耗2分子高能磷酸键，肽键构成时又耗费分子高能磷酸键，肽键构成时又耗费2分子分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需耗费高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需耗费4分子高能磷酸键。分子高能磷酸键。 蛋白质生物合成过程包括三大步骤：蛋白质生物合成过程包括三大步骤：氨基酸的活化与搬运；氨基酸的活化与搬运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。 氨基酸与氨基酸与tRNA结合为氨

11、基酰结合为氨基酰tRNA的过的过程称为氨基酸的活化，由氨基酰程称为氨基酸的活化，由氨基酰-tRNA合成酶合成酶催化完成。其反响过程为：催化完成。其反响过程为：氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPAMP + PPi在此反响中，特异的在此反响中，特异的tRNA3端端CCA上的上的2或或3位自在羟基与相应的活化氨基酸以位自在羟基与相应的活化氨基酸以酯键相衔接，构成氨基酰酯键相衔接，构成氨基酰tRNA，从而使活化，从而使活化氨基酸可以被搬运至核蛋白体上参与多肽链的氨基酸可以被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。合成。活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核蛋活化

12、氨基酸缩合生成多肽链的过程在核蛋白体上进展。活化氨基酸在核蛋白体上反复翻白体上进展。活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的反响过上的密码并缩合生成多肽链的反响过程，称为核蛋白体循环。程，称为核蛋白体循环。核蛋白体循环过程可核蛋白体循环过程可分为起动、延伸和终止三个阶段，这三个阶段分为起动、延伸和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中的过程加以引见。的过程加以引见。在起动因子和在起动因子和GTP的参与下，小亚基先与的参与下，小亚基先与mRNA的起动部位结合，然后蛋氨酰的起动部位结合，然后蛋氨酰-tRNA

13、经过经过其反密码与其反密码与mRNA上起始密码互补识别而结合，上起始密码互补识别而结合，最后大亚基与小亚基结合构成蛋白质生物合成的最后大亚基与小亚基结合构成蛋白质生物合成的起始复合体见下页图起始复合体见下页图。mRNA A U G 蛋白质生物合成的起始复合物小亚基起3、13A C AmRNA53小亚基蛋氨酰-tRNAGTP起25大亚基GDP + Pi给位 A U G A C A小亚基蛋U A C蛋 A U G A C A53小亚基受位蛋U A C1进位进位与与mRNA下一个密码相对应的氨基酰下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位。此步骤需进入核蛋白体的受位。此步骤需GTP，Mg2+

14、，和和EF参与。参与。2转肽转肽在转肽酶的催化下，将给位上的在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰酰tRNA上，与其上，与其-氨基缩合构成肽键。此步骤需氨基缩合构成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上零落。从核蛋白上零落。3移位移位核蛋白体向核蛋白体向mRNA的的3-端滑动相当于端滑动相当于一个密码的间隔，同时使肽酰基一个密码的间隔，同时使肽酰基tRNA从受体移到给从受体移到给位。此步骤需位。此步骤需EF延伸因子、延伸因子、GTP

15、和和Mg2+参与。参与。此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰氨基酰tRNA即可再进入，反复以上循环过程，使多即可再进入，反复以上循环过程，使多肽链不断延伸见下肽链不断延伸见下5页图。页图。蛋白质生物合成的起始复合物给位 A U G A C A5小亚基受位蛋U A C3苏U G UGTPGDP+Pi延1进位给位蛋 A U G A C AG U UU A C5mRNA苏U G UU G U受位3Mg2+ K+转肽GDP+PimRNA蛋 A U G A C AG U U给位U A C5苏U G U受位3U A CGTP延2移位 A U G

16、 A C AG U UU G UU G U给位 A U G A C AG U U5mRNA蛋苏U G UU G U受位3多次反复上述三个步骤缬缬C A AC A A以下图：肽链合成的延伸阶段 5以下图：肽链合成的延伸阶段 5mRNAU A A53U A CA U G终止密码mRNAU A A53A U GA U G终止密码 三肽链合成的终止阶段 核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延伸，直到终止信号进入受位。 1识别 RF终止因子识别终止密码，进入核蛋白体的受位。 2水解 RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。 3解离 经过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分别

17、，tRNA、RF零落，核蛋白体解离为大、小亚基见下3页图。以下图：肽链合成的终止阶段 1mRNAU A A53U A CA U GA U G终识别以下图：肽链合成的终止阶段 2以下图：肽链合成的终止阶段 2以下图：肽链合成的终止阶段 2以下图：肽链合成的终止阶段 2mRNAU A A53A U G终多肽链水解mRNAU A A53U A CA U G终多肽链水解mRNAU A A53A U G终多肽链水解mRNAU A A53A U GA U G终多肽链水解mRNA3U A AU A CA U GA U G终A U G终U A AU A CmRNA小亚基大亚基肽链合成的终止阶段 3解离 一一级

18、构造的加工修饰： 1N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除 N端甲酰蛋氨酸，必需在多肽链折迭成一定的空间构造之前被切除。 2氨基酸的修饰 由专注性的酶催化进展修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。 3二硫键的构成 由专注性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。 4肽段的切除 由专注性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。 甲酰蛋氨酸-肽 甲酸+蛋氨酸-肽甲酰化酶蛋氨酰-肽 蛋氨酸+肽蛋氨酸氨基肽酶二高级构造的构成二高级构造的构成1构象的构成：多肽链合成构象的构成：多肽链合成后，经过卷曲、折叠后，经过卷曲、折叠构成特定的构成特定的空空间构象。间构象。2亚基的聚合亚基的聚合3辅基的衔接辅基的衔接 人体的各种

19、细胞都是从一个受精卵发育分化而来的 ，其遗传信息都来自受精卵固有的DNA。为什么发育过程分化成不同的组织细胞呢？这是由于发育过程中DNA有不同的表达、合成不同的蛋白质、从而构成不同的组织细胞。而且有些蛋白质是构造蛋白质，另一些是有生物活性的功能蛋白质。即使同一组织内在不同发育阶段也会有不同的功能蛋白质。例如，成人血红蛋白由两条-链和两条-链组成。自然，不同细胞合成的不同蛋白质，例如胰岛-细胞合成胰岛素而-细胞合成胰高血糖素。这阐明在遗传信息指点下的蛋白质生物合成是受精卵调理和控制的。即使曾经合成的新生蛋白质，也要运送到特定的细胞部位而这种运送也是受控制的。 蛋白质合成依赖于正确的遗传信息的转录

20、，遗传信息的翻译和营养物质的合理供应。现将转录程度和翻译程度的蛋白质合成的调理分别简述如下： 细胞内基因不是同时全处于活动形状，只是那些解除了组蛋白对DNA某个片断的封锁的部位才干表达，即进展复制和转录。转录过程是受支配子控制的。支配子指DNA分子中的一个片段，是转录单位。它含有起动基因、支配基因和构造基因，可作为转录的模版，指点mRNA的合成。起动基因是RNA聚合酶与DNA结合并转录的部位。支配基由于控制RNA聚合酶向构造基因挪动的部位。当阻遏蛋白结合到支配基因上时，RNA聚合酶的挪动即被阻断，从而阻止转录的进展，间接影响蛋白质的合成。 在支配子前端有调理基因。它含有合成阻遏蛋白的遗传信息，

21、可作为模版转录出mRNA并指点阻遏蛋白的合成。诱导物某些代谢物或外源性化学物质能特异地与阻遏蛋白结合，引导阻遏蛋白的变构，使之不能在与支配基因结合，于是在起动基因上的RNA聚合酶即可挪动到构造基因上，开场转录并合成mRNA,从而促进蛋白质合成见下两页图。调理基因启动基因支配基因构造基因转录翻译阻遏蛋白支配子RNA聚合酶阻遏蛋白阻挠支配基因，构造基因不起作用mRNAmRNA调理基因启动基因支配基因构造基因诱导物-阻遏蛋白结合物支配子RNA聚合酶诱导物 诱导物与阻遏蛋白结合，阻遏蛋白不起阻挠作用，构造基因发生作用调理基因启动基因支配基因构造基因支配子阻遏蛋白转录 翻译程度的调理较为复杂，对其普遍规

22、律也了解不多。已发现兔网织红细胞在合成珠蛋白的过程中含有调理蛋白质合成的级联络统。此系统可控制起始因子的活性。细胞中有依赖cAMP的蛋白质激酶，它由两个调理亚基R和两个催化亚基C组成R2C2。R2C2无活性，在cAMP的促进下， R2C2 转变为2R-cAMP和有活性的C2。 C2使无活性的起始因子激酶磷酸化转变为活性的起始因之激酶，后者使起始因之磷酸化失活，从而抑制蛋白质的生物合成。血红素能抑制这种依赖cAMP的蛋白激酶的活化，所以它可调理珠蛋白的合成见下页图。 cAMP + R2C2 C2 + 2R-cAMP起动因子-2激酶 无活性起动因子-2激酶 有活性PATPADP起动因子-2起动因子

23、-2P(有活性无活性ATPADP无活性蛋白激酶活性蛋白激酶血红素+不论是由于基因表达上的误差，还是某不论是由于基因表达上的误差，还是某些物质对基因表达的干扰影响转录，以些物质对基因表达的干扰影响转录，以及对翻译过程的干扰或是营养素的缺乏，都及对翻译过程的干扰或是营养素的缺乏，都可导致蛋白质生物合成妨碍，以致影响生命可导致蛋白质生物合成妨碍，以致影响生命活动。例如分子病、酶缺陷疾病、营养缺乏活动。例如分子病、酶缺陷疾病、营养缺乏病等。蛋白质生物合成的原理被广泛用于研病等。蛋白质生物合成的原理被广泛用于研讨抗生素、抗肿瘤药物以及很多艰苦的医学讨抗生素、抗肿瘤药物以及很多艰苦的医学课题上。课题上。分

24、子病是指蛋白质分子一级构造的氨基酸组分子病是指蛋白质分子一级构造的氨基酸组成、序列与正常有所不同的遗传性疾病。是由于成、序列与正常有所不同的遗传性疾病。是由于DNA分子上某一构造基因核苷酸序列的异常，最分子上某一构造基因核苷酸序列的异常，最终呵斥蛋白质的异常终呵斥蛋白质的异常。例如镰刀形红细胞性贫。例如镰刀形红细胞性贫血，患者红细胞内的血红蛋白分子血，患者红细胞内的血红蛋白分子-有异常改有异常改动。正常人血红蛋白动。正常人血红蛋白-链的第链的第6位是谷氨酸残基位是谷氨酸残基，但镰刀形红细胞性贫血患者血红蛋白但镰刀形红细胞性贫血患者血红蛋白-的第的第6位却位却是缬氨酸残基。引起是缬氨酸残基。引起-链异常的缘由是由于在链异常的缘由是由于在DNA分子控制分子控制-链合成的基因上，正常人应有胸链合成的基因上，正常人应有胸腺嘧啶脱氧核苷酸占有的序列位置却被腺嘌呤脱腺嘧啶脱氧核苷酸占有的序列位置却被腺嘌呤脱氧核苷酸所占据见下页图