蛋白质生物合成

1、关于蛋白质的生物合成 第一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第一节 参与蛋白质合成的主要物质一、mRNA二、tRNA三、核糖体四、其他 氨基酸 氨酰-tRNA合成酶 各种因子 ATP/GTP第二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月一、mRNA（一） mRNA上的开放阅读框开放阅读框（ open reading frame, ORF)：mRNA5端起始密码子开始到3端终止密码子之间连续的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。AUGGCGAACGCU UAG 第三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）密码子1.数量 64个2.特殊密码子(1)起始密码子: ORF起始部位

2、的AUG （编码Met） UUG或GUG(少数原核生物）(2)终止密码子：UAA、UAG、UGA （不编码AA）第四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月3.密码子的特点（1）简并性 一种AA有几个密码子Trp（UGG)和Met(AUG)：只有一个密码子同义密码子：编码同一种氨基酸的不同密码子 简并性的意义：？第五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr意义：可以降低碱基突变造成的有害效应第六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（2）通用性 从细菌到人，遗传密码子几乎

3、是通用的植物细胞的叶绿体、哺乳动物线粒体中密码子的特殊性： UGA：不是终止密码子，而是Trp的密码子 UAA,UAG,AGA,AGG： 终止密码子 AUA ： Met （ not for Ile）第八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（3）密码子有方向性 5 3（4） mRNA中密码子间无间隔，不重叠5 AUGGCGAACGCU UAG 3第九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月二、tRNA功能：1）氨基酸的“搬运工具”2）识别mRNA的密码子反密码环氨基酸臂第十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（一）种类20种AA都有其特定的一种至几种tRNA（二）摇摆性 （wobb

4、le）反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第3位配对时，不严格遵循碱基配对原则 IC，IA, I-U ，UG第十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（三）起始tRNA与普通tRNA1.起始tRNA真核： tRNAimet原核： tRNAifmet2.普通tRNA：除起始tRNAtRNAemet：肽链延伸中携带MetAUGGCGAUGGCUAUGUAG 第十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月三、核糖体（一）核糖

5、体（核蛋白体）的组成1.原核生物核糖体（70S ）： （1）组成 30S小亚单位： 16S rRNA和21种蛋白质 50S大亚单位：5S rRNA、23S rRNA、32种蛋白质 第十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2、真核生物的核糖体（80S）40S小亚单位：18SrRNA33蛋白质60S大亚单位:28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA+49蛋白质第十八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）核糖体的重要位点1、氨基酰-tRNA位点（ A site ）2、肽酰-tRNA

6、位点（ P site）3、tRNA退出位点（E site） 肽键形成部位第二十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第二节蛋白质的合成一、氨酰-tRNA的合成（氨基酸的活化）二、肽链合成的起始三、肽链的延伸四、终止五、肽链的折叠和翻译后加工第二十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（一）氨基酸的活化1. 总反应为： 氨基酸tRNA ATP 氨基酰-tRNAAMPPPi 氨基酰-tRNA合成酶(镁离子)氨基酰-tRNA键：高能键一、氨酰-tRNA的合成第二十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月 第二十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第一步反应氨基酸ATPE 氨基酰

7、-AMP-E PPi 第二十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第二步反应氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E第二十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月氨酰-tRNA第二十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2. MettRNAifMet的甲酰化(原核生物） N10-甲酰FH4 FH4MettRNAifMet fMettRNAifMet 甲酰基转移酶（特异）第二十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）氨基酰-tRNA合成酶的特点1.每一种AA都只有一种特定的氨基酰-tRNA合成酶2.具有校读功能 （1）识别AA及其tRNA （2）将tR

8、NA与正确的AA连接 （3）可将错误的氨基酰-tRNA 水解 保证蛋白质合成的精确性 第二十八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月蛋白质合成中mRNA模板的方向：5 3蛋白质的合成方向：N端 C端二、肽链合成的起始 第三十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月参与的物质（1）30S和50S亚单位 mRNA fMettRNAifMet（2） GTP（3）Mg2+（4）起始因子（一） 原核生物翻译的起始 第三十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月三种起始因子的作用：IF1:防止氨基酰-tRNA进入A siteIF2：引导fMett

9、RNAifMet进入 P siteIF3：防止30S结合50S亚单位第三十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2.起始过程Step 1Step 2Step 3第三十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月Step 1： 30S亚单位在mRNA上定位第三十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月过程：30S亚单位依次结合IF3 (E site),和IF1 （A site）； 30S亚单位16SrRNA-3端与mRNA的SD序列互补，结合到mRNA,并使起始密码子准确定位在P 位点。SD序列（Shine-Dalgarno ） : mRNA分子中紧靠起始密码子上游的一段富含嘌呤碱基的

10、813核苷酸的序列。又称为核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS) 第三十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月Step2 ：定位fMettRNAifMetfMettRNAifMet-IF2GTP 进入 P site，并与起始AUG配对。第三十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月Step3 ：结合50S大亚单位，形成70S复合物 起始密码子和反密码子的配对，使 30s构象改变，释放IF3，结合50S大亚单位，释放IF2和IF1，形成70S起始复合物。 消耗1个GTP第三十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）真核生物翻译起始起始即将40

11、S亚单位和MettRNAiMet 、mRNA 、 60S亚单位组装成80S起始复合物的过程。第三十八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第三十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月1.43S 复合物的形成 40S结合多种起始因子（ eIF1A、eIF3 、eIF5B-GTP），并俘获eIF2GTP-MettRNAiMet（P site），形成43S 复合物。第四十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2.小亚单位在mRNA上的定位 mRNA的5Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4BmRNA复合体。 eIF4F/4BmRNA 俘获43S复

12、合物，43S复合物沿mRNA 5 3方向扫描起始AUG， 在mRNA上准确定位。 第四十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月3、80S复合物的形成 MettRNAiMet的反密码子与mRNA的起始密码子配对，使eIF2、 eIF3 释放，60S与40S结合，eIF5B水解GTP，释放其他起始因子，形成80S复合物。消耗GTP第四十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月真核与原核生物肽链合成起始的主要区别1）更多的起始因子参与2）MettRNAiMet先定位到核糖体3）mRNA结合多种起始因子后才与核糖体结合4）小核糖体通过MettRNAiMet的反密码子与mRNA起始密码子之间互

13、补配对而准确定位.第四十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月二、延伸1.需要70S（80S)起始复合物、氨基酰-tRNA、延伸因子、GTP延伸因子：原核：EF（Tu， Ts， G)真核：EF-1 和 EF-22.三步循环进位成肽转位第四十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（一）step 1进位第四十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月过程：氨基酰-tRNA-Tu-GTP结合到A site，GTP水解，释放Tu-GDP只有与密码子正确互补配对的氨基酰-tRNA才能进入A位点：维持蛋白质合成准确性的另一个机制。进位消耗1GTPTu-GTP ：在Ts（GTP交换因子）的参与

14、下生成。Tu：GTPase活性第四十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月Step 2成肽第四十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月过程：A site中氨基酰tRNA的氨基攻击P site的fMettRNAfMet (肽酰tRNA）形成肽键，生成二肽酰（肽酰）-tRNA(A site)， tRNAfMet （空载的tRNA）留在P site。催化肽键形成的酶：转肽酶( 23SrRNA)能量：氨基酰tRNA中高能键断裂提供第四十八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第四十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月Step 3转位第五十张，PPT共八十八页，创作于2022年6

15、月过程：核糖体向mRNA 3方向移动一个密码子 二肽酰tRNA进入P Site, 空载的tRNA进入E site并由此进入胞质,第三个（下一个）密码子进入A site，进入下一个延伸循环。转位需EF-G-GTP水解提供能量 (转位酶） 。第五十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月三、终止1.以终止密码子出现为信号2. 释放因子：原核三个：RF1(UAG/UAA),RF2(UGA/UAA),RF3(促进RF1或RF2从核糖体上释放）真核：eRF1、 eRF3(eRF3-GTP)第五十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月3.终止过程第五十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月

16、过程：（1）终止密码子进入A site，RF1（或RF2）与之结合，水解肽酰tRNA键，肽链释放。 （2） 30S亚单位结合RF3-GDP , 并转变为RF3-GTP， RF1从核糖体上释放。GTP水解， RF3-GDP从核糖体上释放。（3）RRF（A site）、EF-G-GTP、 IF3依次结合到核糖体, 30 S与50S亚单位分离， 进入下一个翻译起始过程。 RRF：核糖体循环因子第五十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月核糖体循环第五十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月能量消耗起始、终止分别消耗1和2个GTP氨酰tRNA形成消耗ATP( AMP) 进位、转位各消耗1个

17、GTP 每个聚合一个AA能量消耗 4NTP的高能磷酸键第五十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月五、多肽链的折叠及翻译后加工（一）多肽链的折叠多数需要其他蛋白质的参与1.分子伴侣热休克蛋白（HSP)、伴侣素2.酶 蛋白二硫键异构酶 肽脯氨酰顺反异构酶第五十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）翻译后加工1、一级结构的加工（1）N端fMet或Met的切除 （2）特定氨基残基的修饰：乙酰化（ 50%的蛋白质N端被修饰）、磷酸化（如酪蛋白）、羟基化、羧基化、甲基化（如肌蛋白、钙调蛋白）等（3）多肽链的切割：特定位置水解 如信号肽等的切除第五十八张，PPT共八十八页，创作于2022

18、年6月第五十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2、空间结构的加工（1）二硫键的形成（2）亚基聚合（3）辅基连接：如血红蛋白连接血红素（4）糖基化修饰（糖蛋白）（5 ）疏水脂链的连接第六十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月糖基化修饰（糖蛋白） Asn （Gln） 、 Ser、Thr-糖第六十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月疏水脂链的连接： 特殊位点连接脂肪链或多异戊二烯 如G蛋白、Ras等第六十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月中心法则中心法则：遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程 。 DNA RNA Protein第六十

19、三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月 第六十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第三节 蛋白质的靶向输送protein targeting蛋白质的靶向输送：蛋白质合成加工后通过复杂机制定向输送到内质网或发挥生物功能的目标位置的过程。去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到靶细胞或器官）第六十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月信号序列（ signal sequence） ：新合成的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位的特异氨基酸序列。 信号序列包括：信号肽（内质网） 、核定位序列NLS （核）、 前导肽（线粒体）等第六十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月靶向输送

20、蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（2035氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）过氧化体蛋白PST序列（如-Ser-Lys-Leu-）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分 第六十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月(一）分泌蛋白的靶向输送1、信号肽（Signal peptide）狭义：引导新合成的蛋白质转移到内质网上的一段氨基酸序列（1630个氨基酸残基） ，一般位于新合

21、成肽链的N端。广义：信号肽指的是新合成的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位的特异氨基酸序列。第六十八张，PPT共八十八页，创作于2022年6月2、信号肽识别颗粒（Signal recognition particle ，SRP，核糖核蛋白 ）及 SPR受体 SPR位于胞液中 SPR受体位于内质网（ER)上 第六十九张，PPT共八十八页，创作于2022年6月3、输送过程第七十张，PPT共八十八页，创作于2022年6月 过程：1）肽链合成约70AA残基-SRP与信号肽及大亚单位结合，进一步结合GTP，肽链合成暂时停止；2）SRP- GTP识别并结合内质网膜上的SRP受体，同时大亚单位通过核糖体

22、受体锚定到ER膜，跨ER膜通道开放，包含信号肽在内的肽链进入内质网；3） GTP水解，SRP释放，多肽链恢复延伸；信号肽在内质网内被特异蛋白酶切割；4）多肽链折叠；加工修饰（如N-糖基化修饰）；5）由转运小泡运输到高尔基体，进一步修饰和分选包装，并运送到目的地 .第七十一张，PPT共八十八页，创作于2022年6月第七十二张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（二）线粒体蛋白的靶向输送 热休克蛋白外膜受体复合体跨内外膜蛋白通道特异蛋白酶第七十三张，PPT共八十八页，创作于2022年6月输送过程：1)蛋白质前体与HSP70(热休克蛋白）或线粒体输入刺激因子（NSF);2)通过信号序列（导肽）识

23、别并结合外膜受体复合物；3）由跨内外膜蛋白质通道转运至线粒体基质（HSP70水解ATP提供能量）； 4)蛋白酶水解信号序列，折叠成功能分子。第七十四张，PPT共八十八页，创作于2022年6月（三）细胞核蛋白的靶向输送核输入因子核孔复合物小GTP酶Ran第七十五张，PPT共八十八页，创作于2022年6月 第七十六张，PPT共八十八页，创作于2022年6月输送过程：1)蛋白质前体（有NSL)结合核输入因子二聚体，形成复合物，并导向核孔；2)小GTP酶Ran水解GTP，复合物跨核孔转位进入核基质；3）复合物解体，核输入因子转位出核孔，核蛋白定位至核内。第七十七张，PPT共八十八页，创作于2022年6月蛋白质生物合成的干扰和抑制Interfe