蛋白质合成111ppt课件

1、 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 姚真真姚真真 即翻译即翻译translation)translation)，将核酸中，将核酸中 4 4 种核苷酸种核苷酸序列编码的遗传信息，经过遗传密码破译的序列编码的遗传信息，经过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级构造中方式解读为蛋白质一级构造中2020种氨基酸的种氨基酸的陈列顺序陈列顺序 。蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 protein protein biosynthesis biosynthesis mRNAPROTEINtranslation4种种核苷酸核苷酸陈列顺序陈列顺序20种种氨基酸氨基酸陈列顺序陈列顺序AUCGSer

2、Tyr Gly Trp Ala ValLeu Ile PhePro Cys MetAsn Gln ThrAsp Glu LysArg His第第 一一 节节 mRNA2020种氨基酸种氨基酸rRNAtRNA酶酶蛋白质因子蛋白质因子ATPGTP无机离子无机离子l20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF、eIF lATP、GTP、无机离子、无机离子l 三种三种RNAlmRNAmessenger RNA, 信使信使RNAlrRNAribosomal RNA, 核蛋白体核蛋白体RNAltRNAtransfer RNA, 转运转运RNA一、翻译模板一、翻

3、译模板mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码v mRNA mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码v mRNA mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者v mRNA mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者cistronpolycistronsingle cistron顺反子顺反子多顺反子多顺反子单顺反子单顺反子 遗传学将编码一个多肽的遗传单位遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子称为顺反子(cistron)(cistron)。真核真核mRNAmRNA只编码一种蛋白质，为单顺反只编码一种蛋白质，为单顺反子子(single cistron) (single cistron) 。 原核细胞中数

4、个构造基因常串联为一个转原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单位，转录生成的录单位，转录生成的mRNAmRNA可编码几种功可编码几种功能 相 关 的 蛋 白 质 ， 为 多 顺 反 子能 相 关 的 蛋 白 质 ， 为 多 顺 反 子(polycistron) (polycistron) 。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP53蛋白质蛋白质PPPmG -53蛋白质蛋白质v mRNA 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、5至至3方向，由方向，由AUG开场，每开场，每3个核苷酸为一组，决议肽链上某个核苷酸为一组，决议肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码号，称为三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden): AUG 终止密码终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA 从从mRNA 5端起始密码子端起始密码子AUG到到3端终止密码子之间的核苷酸序列，端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一个蛋白各个三联体密码延续陈列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架质多

6、肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 开放阅读框架(ORF)遗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延续阅读，密码间既无延续联体密码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。也无交叉。 基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失，能够导致框移突变插入或缺失，能够导致框移突变(frameshift mutation)。 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，其他氨基酸有仅有一个密码子外，其他氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至

7、6 6个三联体为其编码。个三联体为其编码。 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。 转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码需求的反密码需求经过碱基互补与经过碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不反向配对结合，但反密码与密码间不严厉遵守常见的碱基配对规律，称为严厉遵守常见的碱基配对

8、规律，称为摆动配对。摆动配对。 U摆动配对摆动配对UtRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG遗传密码的特点遗传密码的特点1. 延续性延续性(commaless)2. 简并性简并性(degeneracy)3. 通用性通用性(universal)4. 摆动性摆动性(wobble)原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋

9、白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 36种蛋白原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)起始复合物起始复合物成肽成肽转位转位反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂氨基酸氨基酸 + 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 sy

10、nthetase) 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E PPi PPi 底物底物-酶复合物酶复合物第二步反响第二步反响氨基酰氨基酰-AMP-E -AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMPAMP E EtRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPv氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。v氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。v氨基酰氨基酰-t

11、RNA的表示方法：的表示方法：vAla-tRNAAla vSer-tRNAServMet-tRNAMet 真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet二起始肽链合成的氨基酰二起始肽链合成的氨基酰-tRNA-tRNA甲酰化的甲硫氨酸甲酰化的甲硫氨酸 第第 二二 节节 l翻译的起始翻译的起始(initiation)(initiation)l翻译的延伸翻译的延伸(elongation)(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination )(termination )整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的翻译

12、过程从阅读框架的5 5-AUG-AUG开场，按开场，按mRNAmRNA模板三联体密码的顺序延伸肽链，直模板三联体密码的顺序延伸肽链，直至终止密码出现。至终止密码出现。 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别分别与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物 (translational initiation complex)。起始复合物起始复合物成肽成肽转位转位E原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 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eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小

13、亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5帽子帽子eIF-4E结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-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结结合小亚基合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2真核真核生物生物促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结

14、合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合EIF-2占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子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eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5帽子帽子eIF-4E结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F复

15、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结结合小亚基合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2真核真核生物生物促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合EIF-2占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子l核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；lmRNAmRNA在小亚基定位结合；

16、在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合； l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分别核蛋白体大小亚基分别A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合在原核在原核mRNA起始起始AUG密码上游约密码上游约8-13核苷酸部位，存在核苷酸部位，存在4-9个核苷酸的一致序个核苷酸的一致序列，富含嘌呤碱基，称为列，富含嘌呤碱基，称为Shine-Dalgarno序列序列S-D序列，又称为核蛋白体结合序列，又称为核蛋白体结合位点位点ribosomal binding site, RBS)。S-D序列

17、序列IF-3IF-1IF-2GTP3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNA( fMet-tRNAimet )tRNAimet )结合到小亚基结合到小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物构成核蛋白体大亚基结合，起始复合物构成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；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。mRNAGD

18、P+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物构成过程复合物构成过程polyA尾尾帽帽指根据指根据mRNAmRNA密码序列的指点，次序添加密码序列的指点，次序添加氨基酸从氨基酸从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。 肽链延伸在核蛋白体上延续性循环式进展，又称为肽链延伸在核蛋白体上延续性循环式进展，又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环添加，每次循环添加一个氨基酸，包括以下三

19、步：一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延伸因子延伸过程所需蛋白因子称为延伸因子(elongation (elongation factor, EF)factor, EF)l原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-T (EF-Tu, EF-Ts)lEF-GEF-Gl真核生物：真核生物：EF-1 EF-1 、EF-2 EF-2 原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRN

20、A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tRNA释放释放EF-2肽链合成的延伸因子肽链合成的延伸因子 一进位一进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指点，一组遗传密码指点，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。 目目 录录延伸因子延伸因子EF-T催化催化进位原核生物进位原核生物 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键构成过程。构成过程。延伸因子延伸因子EF-G有转位酶有转位酶( translocase )活性，可结合并活性，可结合并水解水解1分子分子GTP，促进核蛋白体，促进核蛋白体向向mRNA的的3侧挪动侧挪动 。进进位位转转位位