生化蛋白质的生物合成

1、会计学1生化蛋白质的生物合成生化蛋白质的生物合成生物中心法则生物中心法则忠实复制忠实复制忠实转录忠实转录忠实翻译忠实翻译12密码密码的第的第一个一个碱基碱基5密码密码的第的第三个三个碱基碱基3U U C CA AGGUUC CA AGGUUC CA AGGUUC CA AGG密码的第二个碱基密码的第二个碱基112121212不重叠密码不重叠密码重叠密码重叠密码 tRNA 反密码子中除反密码子中除A、U、 G、 C 四种碱基外四种碱基外,还经常在第一位出现还经常在第一位出现次黄嘌呤次黄嘌呤( I ). I 可以与可以与A、 U 、C 三者之间形成碱基三者之间形成碱基对对, 使带有次黄嘌呤的反密码

2、子可以识别更使带有次黄嘌呤的反密码子可以识别更多的简并密码子多的简并密码子. 由于变偶性的存在由于变偶性的存在, 细胞内只需要细胞内只需要32种种 tRNA,就能识别就能识别61个编码氨基酸的密码子个编码氨基酸的密码子. 原核和真核细胞都只合成约原核和真核细胞都只合成约30种带有种带有反密码子的反密码子的tRNA。关于关于SD序列序列 许多许多原核生物原核生物在在mRNA的起始密码子上游的起始密码子上游约约10个核苷酸处个核苷酸处(-10区区), 通常有一段富含通常有一段富含嘌呤核嘌呤核苷酸苷酸的序列的序列, 与与16S rRNA的的3端部分端部分互补互补, 有有助于助于mRNA与核糖体小亚基

3、的结合与核糖体小亚基的结合. 该序列最初该序列最初是由是由Shine-Dalgarno 发现的发现的,故称之为故称之为SD序列序列(Shine-Dalgarno sequence).l二、核糖体的结构二、核糖体的结构原核生物原核生物真核生物真核生物四、核糖体的功能四、核糖体的功能 参与多肽链的启动、延长、终止，并参与多肽链的启动、延长、终止，并“移移动动”含有遗传信息的模板含有遗传信息的模板mRNA第三节第三节 转移转移RNA的功能的功能 在蛋白质合成中，在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的起着运载氨基酸的作用，按照作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸链上的密码子所决定的氨基酸顺序

4、将氨基酸转运到核糖体的特定部位。顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。 tRNA有两个关键部位：有两个关键部位： 3端端CCA：接受氨基酸：接受氨基酸，形成氨酰，形成氨酰-tRNA.需需ATP提供活化氨基酸所需的能量。提供活化氨基酸所需的能量。 与与mRNA结合部位结合部位反密码子部位反密码子部位(tRNA的接头作用的接头作用) 此外此外, tRNA上尚有上尚有(3)识别氨酰识别氨酰tRNA合成酶的合成酶的位点位点, (4)核糖体识别位点核糖体识别位点35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C G密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为5 5 3 3，两者反向平行配对

5、。两者反向平行配对。2. 翻译方向：翻译方向： 53 1. 部位部位:细胞质细胞质 2. 酶酶:氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶 3. 能量能量:消耗消耗2ATP 4. 产物产物: 氨酰氨酰-tRNA 甲酰化产物甲酰化产物fMet-tRNA(原核生物起始原核生物起始AA)l氨基酸在掺入肽链前必须活化氨基酸在掺入肽链前必须活化, ,在在胞液中胞液中进行。进行。l氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的AAAA与携与携带它的相应的带它的相应的tRNAtRNA结合成结合成氨酰氨酰- tRNA- tRNA的过程。活的过程。活化反应在化反应在氨酰氨酰-tRNA -tRNA

6、合成酶合成酶的催化下进行。的催化下进行。(一一)氨基酸的活化氨基酸的活化AA+ATP+E AA+ATP+E AA-AMP-E AA-AMP-E + PPi+ PPiMg 2+Mn 2+AA-AMP-E+ tRNA AA-AMP-E+ tRNA 氨酰氨酰-tRNA +AMP+E-tRNA +AMP+E5. 活化过程活化过程: 1) 氨基酸氨基酸-AMP-酶复合物的形成酶复合物的形成 2) 氨基酸从氨基酸氨基酸从氨基酸-AMP-酶复合物转移到相应酶复合物转移到相应的的tRNA上上 v氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是：氨酰氨酰-tRNA -tRNA 合成酶合成酶氨基酸氨基酸+ATP+t

7、RNA +H2O 氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi 2020种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰- -tRNAtRNA合成酶。合成酶。 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶具有高度的专一性合成酶具有高度的专一性，它既它既能识别相应的氨基酸（能识别相应的氨基酸（L-L-构型），又能识别与此构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个氨基酸相对应的一个或多个tRNA tRNA 分子；即使分子；即使AAAA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定这种高度的专一性保证了氨基酸与其

8、特定的的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。定的保真性。起始氨酰起始氨酰-tRNA-tRNAi i: : 甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNAiMet N-N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA-tRNAifMet 起始氨基酸起始氨基酸原核：甲酰甲硫氨酸原核：甲酰甲硫氨酸 fMet 真核：甲硫氨酸真核：甲硫氨酸 Met 甲酰化后才能与甲酰化后才能与IF2 结合生成结合生成30S复合物复合物 甲酰化防止甲酰化防止起始氨基酸起始氨基酸进入延伸中的肽链进入延伸中的肽链 使使fMet-tRNA i fMet 结合在核糖体结合在核糖体P部位部位 延长因

9、子延长因子EF-Tu识别未甲酰化的识别未甲酰化的 Met-tRNA原核：甲酰甲硫氨酸原核：甲酰甲硫氨酸 ( fMet )(2)70S(2)70S起始复合物的形成起始复合物的形成 肽链的延长分为四个步肽链的延长分为四个步骤：骤： 进位进位 转肽转肽 脱落脱落 移位移位-核糖体循环核糖体循环 1. 1. 进位：进位： 1) 1) 一个新的一个新的氨酰氨酰-tRNA进入进入A位，位， 2) 延长因子参加延长因子参加: 3) 消耗消耗1个个GTP 原核生物蛋白质合成的延伸因子原核生物蛋白质合成的延伸因子因子因子基因基因分子量分子量分子数分子数/ /细细胞胞 功能功能抑制剂抑制剂E F -E F -Tu

10、TutufA, tufA, tufBtufB43,22543,22570,00070,000与氨基酰与氨基酰tRNAtRNA及及GTPGTP结合结合黄 色 霉黄 色 霉素素EF EF TsTsTsrTsr74,00074,00010,00010,000结合结合EF-TuEF-Tu，取代，取代GDPGDP EF GEF G 77,44477,44470,00070,000结合核糖体和结合核糖体和GTPGTP梭 链 孢梭 链 孢酸酸3. 脱落脱落 转肽后，转肽后，P部位上空载的部位上空载的tRNA经出口经出口位点位点 (E) 脱落脱落原核生物原核生物 转录与翻转录与翻译相偶联译相偶联 前体蛋白是没

11、有活性的，常常要进行一系列前体蛋白是没有活性的，常常要进行一系列翻译后加工，才能成为有功能的成熟蛋白。蛋白翻译后加工，才能成为有功能的成熟蛋白。蛋白质合成后的加工主要有以下几种方式。质合成后的加工主要有以下几种方式。 1. 1. 氨基端和羧基端的修饰：氨基端和羧基端的修饰：在原核生物中几在原核生物中几乎所有蛋白质都是从乎所有蛋白质都是从N-N-甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸开始，真核生开始，真核生物从物从蛋氨酸蛋氨酸开始。甲酰基经酶水解而除去，蛋氨开始。甲酰基经酶水解而除去，蛋氨酸或者氨基端的一些氨基酸残基常由酸或者氨基端的一些氨基酸残基常由氨肽酶氨肽酶催化催化而水解除去。因此，成熟的蛋白质分子的而水解

12、除去。因此，成熟的蛋白质分子的N-N-端没端没有甲酰基，或没有蛋氨酸。同时，某些蛋白质分有甲酰基，或没有蛋氨酸。同时，某些蛋白质分子氨基端要进行乙酰化，在羧基端也要进行修饰子氨基端要进行乙酰化，在羧基端也要进行修饰。(五五) 肽链的折叠和加工处理肽链的折叠和加工处理 切除切除连接连接蛋白质的自我剪接蛋白质的自我剪接四、四、 蛋白质合成所需的能量蛋白质合成所需的能量v蛋白质的合成是一个高耗能过程蛋白质的合成是一个高耗能过程 AAAA活化活化 2 2个高能磷酸键（个高能磷酸键（ATPATP） 肽链起始肽链起始 1 1个（个（70S70S复合物形成，复合物形成，GTPGTP） 进位进位 1 1个（个（GTPGTP） 移位移位 1 1个（个（GTPGTP）第一个氨基酸参入需消耗第一个氨基酸参入需消耗3 3个（活化个（活化2+2+起始起始1 1 ）, ,以后每掺入一个以后每掺入一个AAAA需要消耗需要消耗4 4个（个（活化活化2 +2 +进位进位 1 1个个 + +移位移位1 1个）。个）。l 从氨基酸开始合