蛋白质生物合成翻译

1、蛋白质生物合成翻译2. 20种编码氨基酸作为原料。种编码氨基酸作为原料。3. 酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF、eIF。4. ATP、GTP、无机离子。、无机离子。1. 三种三种RNAmRNA(信使信使RNA)rRNA(核糖体核糖体RNA)tRNA(转运转运RNA)一、蛋白质生物合成的原料和所需酶类一、蛋白质生物合成的原料和所需酶类(Protein Biosynthesis System)1氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 ATP存在下合成氨基酰存在下合成氨基酰-tRNA，具有绝对特异性。，具有绝对特异性。2转肽酶转肽酶 催化核糖体催化核糖体“P位位”上的肽酰基转移至上的肽酰基转

2、移至“A位位”的氨的氨基酰基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基缩合形成肽键。的氨基上，使酰基与氨基缩合形成肽键。3转位酶转位酶 催化核糖体向催化核糖体向mRNA的的3端移动定位于端移动定位于“A位位”。4蛋白因子蛋白因子 起始因子起始因子(initiation factor，IF); 延长因子延长因子(elongation factor，EF); 释放因子（释放因子（releasing factor，RF）。）。5能量物质及离子能量物质及离子 能量物质为能量物质为ATP和和GTP；无机离子有；无机离子有Mg2+和和K+等。等。1.遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。遗传学将编码一个多肽的

3、遗传单位称为顺反子。2.原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子为多顺反子(polycistron) 。3.真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。(一一)顺反子顺反子(cistron)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糖体结合位点核糖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PPP5 3 蛋白质蛋白质m

4、G -5 3 蛋白质蛋白质PPP(二二) 遗传密码及其特点遗传密码及其特点(1)mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开始，每开始，每3个个核苷酸为一组，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，称为三联体密码起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。(2)起始密码起始密码(initiation coden): AUG (3)终止密码终止密码(termination coden):UAAUAGUGA从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止密码子端终止密码子之间的核苷酸序列，

5、各个三联体密码连续排列编码一个蛋之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 1. 连续性连续性(commaless)缬缬 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸天冬氨酸天冬氨酸谷谷 氨氨 酸酸谷谷 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸CAG遗传密码表遗传密码表2. 简并性简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸遗传密码中，除色氨酸和蛋氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸均有多和蛋氨酸仅有一个密码子外

6、，其余氨基酸均有多个密码子。个密码子。5. 摆动性摆动性(wobble)转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互的反密码需要通过碱基互补与补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。动配对。 (1) 整套密码从原核生物到人类都通用，但动物细整套密码从原核生物到人类都通用，但动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体例外。胞的线粒体、植物细胞的叶绿体例外。 (2)密码的通用性证明各种生物进化自同一祖先。密码的通用性证明各种生物进化自同一祖先。 起始密码子位于起

7、始密码子位于mRNA链的链的5-端，终止密码子位端，终止密码子位于于3-端，翻译时沿端，翻译时沿53方向进行，直到终止密码子为方向进行，直到终止密码子为止，相应多肽链的合成从止，相应多肽链的合成从N端向端向C端延伸。端延伸。3.方向性方向性(direction) A U CU 不同细胞核糖体的组成不同细胞核糖体的组成 核糖体核糖体三、三、rRNA与核糖体与核糖体(一一) 核糖体由大、核糖体由大、小两个亚基组成，是小两个亚基组成，是蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。(二二) 原核生物翻译过程中核糖体结构模式原核生物翻译过程中核糖体结构模式2. A位：氨基酰位：氨基酰位，又称受位。位，又称受位。

8、1. P位：肽酰位，位：肽酰位，又称给位。又称给位。3. E位：排出位。位：排出位。(一一)氨基酸的活化氨基酸的活化1.氨基酰氨基酰-tRNA合成合成氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(二二)起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA1.第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi2. 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 翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 -AUG开始，按开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直

9、模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。至终止密码出现。 翻译过程翻译过程(The Process of Protein Biosynthesis )1. 核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4. 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。(一一)起始起始IF-3IF-11. 核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合 在起始密码子的上游约在起始密码子的上游约813个核苷酸个核苷酸部位有一段富含嘌呤碱基（如部位有一段

10、富含嘌呤碱基（如-AGGAGG-）的）的特殊保守序列，称为特殊保守序列，称为SD序列，可被核糖体小序列，可被核糖体小亚基亚基16S rRNA 辨认互补结合。辨认互补结合。 紧接紧接SD序列后的小核苷酸序列，可被核序列后的小核苷酸序列，可被核糖体小亚基蛋白糖体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基结合到小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成核糖体大亚基结合，起始复合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2

11、GTPIF-2-GTPGDPPi翻译起始阶段总结翻译起始阶段总结原核肽链合成的延长因子原核肽链合成的延长因子 (二二)延长延长1.进位进位(注册注册,registration) (1) fMet-tRNAfMet占占据据P位，位，A位空缺。位空缺。 (2) 第第2个密码子相应个密码子相应的氨基酰的氨基酰-tRNA与与EF-Tu-GTP结合，其反密结合，其反密码子识别密码子，进码子识别密码子，进入入A位。位。 (3) EF-Tu水解水解GTP，EF-Tu和和GDP从核糖体从核糖体释出，重新形成释出，重新形成Tu-Ts二聚体。二聚体。Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由转肽酶是由

12、转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键形成过程。形成过程。延长因子延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解有转位酶活性，可结合并水解1分分子子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动侧移动 。fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽1. 当当mRNA上终止密码出上终止密码出现后，多肽链合成停止，现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核糖体等分离的、核糖体等分离的过程。过程。 (三三)终止终止2. 识别终止密码，识别终止密码，RF-1特特异识别异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别U

13、AA、UGA。3. 诱导改变转肽酶的酯酶诱导改变转肽酶的酯酶活性为水解活性，使肽链活性为水解活性，使肽链从核糖体上释放。从核糖体上释放。U A G53COO-与原核生物相比，与原核生物相比，真核生物肽链延长过程有真核生物肽链延长过程有不同的反应体系和延长因子。真核细胞核糖体没不同的反应体系和延长因子。真核细胞核糖体没有有E位，转位时卸载的位，转位时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。(二二) 延长延长(三三) 终止终止 与原核生物相比，真核生物翻译终止只有一与原核生物相比，真核生物翻译终止只有一种释放因子种释放因子eRF，可识别所有终止密码子。，可识别所有终止密码子。(一一)起始起始

14、二、真核生物翻译过程二、真核生物翻译过程原核先原核先就位，后就位，后真核真核先结合，先结合，后就位后就位mRNA eIF-6 GDP+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形成过程复合物形成过程(二二)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。电镜下的多聚核糖体现象电镜下的多聚核糖体现象三、多聚核糖体三、多聚核糖体(polysome)(一一)指指多个核糖体附在同多个核糖体附在同一条一条mRNA上合成蛋白质上合成蛋白质而形成的串珠状聚合物。

15、而形成的串珠状聚合物。 四、四、翻译后加工和输送翻译后加工和输送(1)热休克蛋白热休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和和GreE族族 (2)伴侣素伴侣素(chaperonins): GroEL和和GroES家族家族2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (PDI)3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (PPI)1.肽链肽链N端的修饰端的修饰2.个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰3.多肽链的水解修饰多肽链的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin(二二)一级结构的修饰一级结构的修饰 (四四)蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的靶向输送1. 指蛋白质合成后需定向输送到发挥功能的细指蛋白质合成后需定向输送到发挥功能的细胞靶部位的过程。胞靶部位的过程。 2.新生分泌蛋白的新生分泌蛋白的N端，可端，可引导其自身转移到细引导其自身转移到细胞靶部位的胞靶部位的保守保守氨基酸序列，称氨基酸序列，称信号序列信号序列(signal sequence)或