第八章蛋白质的生物合成

1、会计学1第八章蛋白质的生物合成第八章蛋白质的生物合成第1页/共90页第2页/共90页第3页/共90页l 三种RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA, 转移RNA）第4页/共90页蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mRNAtRNA20种氨基酸第5页/共90页第6页/共90页 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（poly cistro

2、n）。 真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子（single cistron）。第7页/共90页多顺反子单顺反子真核生物原核生物非编码序列第8页/共90页* mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3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，称为三联体密码（triplet code） 起始密码（initiation coden）: AUG 终止密码（termination coden）: UAA，UAG，UGA 第9页/共90页第10页/共90页第11页/共90页遗传密码的特点：编码蛋白质氨基酸序列的各个三

3、联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 第12页/共90页基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 第13页/共90页由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。第14页/共90页第15页/共90页减少了变异对生物的影响第16页/共90页转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严

4、格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。 第17页/共90页第18页/共90页tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG第19页/共90页第20页/共90页反密码环A C C1 2 3第21页/共90页tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图第22页/共90页1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位第23页/共90页-CCA-OH氨基酸密码子反密码子第2

5、4页/共90页35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C G tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。第25页/共90页1、起始tRNA和延伸tRNA能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。第26页/共90页真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAiMet。原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet第27页/共90页2、同工tRNA代表同一种氨基酸的t

6、RNA称为同工tRNA。第28页/共90页无义突变使 UUG 变为 UAG Tyr-tRNA 阅读 UAG 密码子AUG UUG UAA AUG UAG UAA AUG UAG UAA UACAAC AUC AUG 释放因子 抑制突变 Leu Tyr Tyr图 1417 带有突变反密码子的 tRNA 可抑制无义突变3、校正tRNA第29页/共90页第30页/共90页8.1.3 核 糖体第31页/共90页目 录第32页/共90页 表1 原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能 细菌 70S 50S 23S=2904bp 31种(L1-L31）含CGAA

7、C和GTCG互补2.5106D 5S=120bp66%RNA 30S 16S=1542bp 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补 哺乳动物 80S 60S 28S=4718bp 49种4.2106D 5S=120bp 60%RNA 5.8S=160bp 40S 18S=1874bp 33种 和Capm7G结合 第33页/共90页在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。 mRNA结合部位小亚基 结合或接受AA-tRNA部位（A位）大、小亚基 结合或接受肽基tRNA的部位大亚基 肽基转移部位（P位）大、小

8、亚基 形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基核糖体的功能：合成蛋白质第34页/共90页第35页/共90页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)目 录第36页/共90页8.28.2第37页/共90页第38页/共90页氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)8.2.1 氨基酸的活化第39页/共90页第40页/共90页原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生

9、物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAiMet第41页/共90页第一步反应氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi目 录第42页/共90页第二步反应氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E目 录第43页/共90页tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第44页/共90页第45页/共90页 起始步骤 IF eIF 亚基分离 IF3（IF1） eIF3 mRNA就位 核酸核酸，核酸蛋白质 eIF3, eIF1, eIF4A 之间的辨认结合 eIF4B , CBP-1 eIF4E （CBP-2） 起始tRNA就位

10、 IF2, GTP（IF1） eIF2 ,co-eIF2-GTP eIF3 , eIF4C 大亚基结合 各种IF脱落，GTP水解 eIF5 , eIF4D第46页/共90页原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成第47页/共90页IF-3IF-11. 核糖体大小亚基分离第48页/共90页A U G53IF-3IF-1第49页/共90页S-D序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约813个核苷酸处，有一段由4-6个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名 。第50页/共90页第51页/共90页IF-3IF-1IF-2GTP

11、3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNA 进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53fMet第52页/共90页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53第53页/共90页真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰-tRNA结合；lmRNA在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结合。第54页/共90页第55页/共90页mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+Pie

12、lF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第56页/共90页8.2.3 肽链合成延长肽链合成延长l 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation)第57页/共90页第58页/共90页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-tRNA进入进入A位

13、，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-G有有转位酶转位酶活性，促进活性，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肽链合成的延长因子 第59页/共90页又称注册又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。目 录第60页/共90页延长因子EF-T催化进位（原核生物）目 录第61页/共90页第62页/共90页TuTsGTPA U G53Tu TsGTP目 录第63页/共90页fMetA U G53目 录第64页/共90页

14、（二）成肽第65页/共90页成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。第66页/共90页E位第67页/共90页（三）转位（三）转位EE第68页/共90页第69页/共90页进位转位成肽第70页/共90页NC第71页/共90页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子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。真核生物延伸过程第72页/共90页第73页/共90页终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 一、是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二

15、、是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核糖体上释放。 释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 第74页/共90页原核肽链合成终止过程 第75页/共90页U A G53RFCOO-目 录第76页/共90页多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行。目 录第77页/共90页8.3 8.3 蛋白质合成后加工蛋白质合成后加工Posttranslational Processing & Protein Transportation第78页/共90页1、N端fMet或Met的切除第79

16、页/共90页氧化第80页/共90页第81页/共90页前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图4、切除新生肽链中非功能片段第82页/共90页第83页/共90页 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（poly cistron）。 真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子（single cistron）。第84页/共90页1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位第85页/共90页2、同工tRNA代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。第86页/共90页8.28.2第87页/共90页 起始步骤 IF eIF 亚基分离 IF3（IF1） eIF3 mRNA就位 核酸核酸，核酸蛋白质 eIF3, eIF1, eIF4A 之间的辨认结合 eIF4B , CBP-1 eIF4E （CBP-2） 起始tRNA就位 I