蛋白质的翻译过程最新课件

蛋白质的生物合成-翻译分子生物学的中心法则(centraldogma)RNA复制转录复制翻译DNARNA蛋白质逆转录2翻译（蛋白质的生物合成）?以氨基酸为原料?以mRNA为模板?以tRNA为运载工具?以核糖体为合成场所?起始、延长、终止各阶段蛋白因子蛋白质生物合成体系?20种氨基酸?mRNA?tRNA?核糖体?酶及蛋白质因子?ATP、GTP参与合成后加工成为有活性蛋白质3第一节蛋白质合成中三类RNA的作用41、蛋白质合成的模板-mRNA?编码比例?64个遗传密码?由3个碱基组成的三联体?三联体=一个密码子一个氨基酸3:1起始密码：AUG?终止密码：UAA、UGA、UAG?一些原核生物中的起始密码：GUG?人类线粒体特有的密码子?密码子UGAAUA标准编码终止异亮氨酸线粒体编码色氨酸甲硫氨酸密码子AGAAGG标准编码线粒体编码精氨酸精氨酸终止终止5?非重叠性和重叠性非重叠性（nonoverlapping)?模板上的碱基三联体在翻译中运用不发生重叠?特点：读码框架固定，翻译成一种肽?例如：AUACGAUCU异亮-精-丝?重叠性?读码框架移动1～2个碱基(overlapping)同一序列的模板具有不同氨基酸序列的多肽?病毒、噬菌体?6?阅读无间隔?连续阅读从mRNA5'?肽链合成N端C端?框移突变3'?简并性?61个密码子编码20个氨基酸?一个A.A有多个密码?密码第1、2位上碱基不变，第3位碱基可改变?如：ACUACCACAACG都编码苏氨酸72、蛋白质合成的“衔接子”-tRNA?衔接子(adaptermolecules)?携带特异的氨基酸?特异识别模板上的遗传密码?氨基酸的特异“搬运工具”?1A.A----2～6特异tRNA8?tRNA的构象氨基酸臂反密码环二级结构三级结构?摆动假设(wobblehypothesis)?密码子与反密码子的相互作用前二对严格碱基配对第三对摆动配对?摆动配对的意义?适应遗传密码的简并性?使蛋白质合成的准确性和速度达到平衡101密码反密码5'23GC3CG2UACI13'mRNAtRNA3'5'自由度的大小由tRNA反密码子第一位碱基的种类决定tRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对113、蛋白质合成的场所和装配机—核糖体?功能?分子结构?核糖体组成蛋白质合成的场所原核生物核糖体(rRNA+rP)70S（30S小亚基）（50S大亚基）rRNArP真核生物80S（40S小亚基）（60S大亚基）rRNArP大亚基小亚基5S23S16S36种L1～L3621种S1～S215S5.8S28S18S49种L1～L4933种S1～12S33?核糖体结构?RNA一级结构变化较大?RNA二级结构具有相似性—二维柄-环结构?体外实验三维结构：三个结构域?重建具有活性的核糖体研究核糖体中不同的蛋白质与rRNA的相互关系?研究核糖体结构的复杂性?核糖体在蛋白质合成中空间构象的改变?核糖体与特异蛋白质、mRNA、tRNA的反应部位?新技术?低温电子显微镜技术?中子散射技术14第二节蛋白质合成的过程??????原核生物氨基酸的活化与转运肽链合成的起始肽链的延长“核糖体循环”肽链合成的终止蛋白质的加工、修饰15一、氨基酸的活化与特异tRNA的连接1、氨基酰tRNA合成酶?氨基酰tRNA?氨基酰tRNA合成酶氨基酰tRNA合成酶A.A+特异tRNA氨基酰tRNAATPAMP+PPi氨基酸+ATP-E氨基酰-AMP-E+PPi?催化反应氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E(-COOH)(3'-CCA-OH)162、氨基酰tRNA合成酶的高度专一性?氨基酰tRNA合成酶?对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性?具有校正活性?结合位点?酶的两个位点?催化反应活化1个氨基酸消耗2个ATP结合正确的A.A活化?水解位点保证A.A序列的正确性氨基酸+ATP-E氨基酰-AMP-E+PPi氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E(-COOH)(3'-CCA-OH)17消耗2ATP第一步反应第二步反应3'-CCA-OH?第二遗传密码子氨基酰tRNA合成酶识别同类tRNA?氨基酸的特异“搬运工具”?同类tRNA1A.A----2～6特异tRNA和mRNA摆动配对?tRNA具有同一性tRNA具有同一元件19二、核糖体循环（一）肽链合成的起始?所需的条件?游离的核糖体大小亚基?三种可溶性起始因子(IF)?mRNA5'端的起始信号?起始tRNA--tRNAimet?GTP20?三种起始因子?IF1?辅助IF3?IF2?有GTP酶活性?特异识别fmet-tRNAimet?形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP?IF3?促进30S小亚基结合mRNA?终止时：促使核糖体解离21?mRNA5'端的起始信号?SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密码上游25个核苷酸，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）的一段序列。3.能和原核生物16srRNA相应的富含嘧啶序列互补。4.在IF3、IF1促进下和30S亚基结合。22起始密码SD序列?肽链合成的起始?30s起始复合物形成1.核糖体亚基的拆离2.mRNA在小亚基上就位?起始序列（SD序列）?30S小亚基与mRNA识别、结3.fmet-tRNAfmet的结合合?IF1、IF3协助?fmet-tRNAfmet-IF2-GTP通过其反密码与mRNA上的起始密码24AUG相配对?70s起始复合物形成70s起始复合物形成1.IF3脱落2.50S大亚基结合3.GTPGDP+Pi70s起始复合物组成1.大小亚基2.mRNA3.fmet-tRNAimet（结合于核糖体的给位<肽位>）4.IF2、IF1脱落2530S50S（二）肽链的延长（进位、成肽、移位）?所需的条件?70S起始复合物?延长tRNA转运氨基酸?延长因子(EF)?GTP271、进位氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，在延长因子的作用下，进入核糖体的A位。参与的延长因子?EF-Tu?协助AA-tRNA进入受位?具有GTP酶活性?EF-Ts?促进EF-Tu的再利用282、转肽?酶?转肽酶（大亚基）催化形成肽键?转肽酶：23srRNA/L2/L16/L23?肽键?P位：f-met-（肽酰）的α-COO-+A位：氨基酰的α-NH4+形成肽键?位置?A位：反应在此位上进行（P位上的f-met退至受位）生成的二肽在A位上。?P位：无负载tRNA303、移位在A位的二肽链连同mRNA从A位进入P位?酶?转位酶----EFG?有GTP酶活性?协助mRNA前移,游离tRNA释放（E位）?位置?P位：肽-tRNA-mRNA?A位：空留,下一个AA进入?E位：P位上无负载的tRNA在肽键形成前释放?方向?mRNA：从5'3'移动?1个带有肽链的tRNA：从A位P位?肽链合成：从N端C端延长32P位上无负载的tRNA在肽键形成前在E位释放?延长的特点?“摇摆前进”?保证蛋白质合成的连续性?防止肽酰tRNA脱落形成无活性的未?延长时的能量成熟蛋白质?每合成一个肽键，消耗4个高能磷酸键?活化：2个ATP?进位：1个GTP?移位：1个GTP34（三）肽链合成的终止?终止密码的辨认?蛋白质因子的参与?UAA、UAG、UGA?RF1：作用于UAA、UAG?RF2：作用于UGA?RF3：促进释放?肽链从肽酰-tRNA水解结合GTP/GTP酶活性出?mRNA从核糖体中分离及大小亚基的拆开?GTPGDP+Pi?IF3结合30小亚基35（四）真核生物翻译的一些特点肽翻译起始复合物链mRNA-起始氨基酰-tRNA-核蛋白体合原核生物真核生物成翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成起?核蛋白体大小亚基分离?核蛋白体大小亚基分离始IF3、IF1与小亚基结合eIF-2B/eIF-3与小亚基结合eIF-6促进核蛋白体分离?mRNA在小亚基定位结合?起始氨基酰-tRNA结合小亚mRNA5'端起始信号SD序列基Met-tRNAiMet-elF2-GTP?起始氨基酰-tRNA结合mRNA位(fMet-tRNAimet)-IF2(GTP)elF4E/elF4G/elF4A/elF4B/PAB37?mRNA在核蛋白体小亚基就40SelF-3②metMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP③ATPelF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABADP+PimRNA60SMeteIF-2B、eIF-3、eIF-6elF-5①④各种elF释放GDP+Pi40S60SMet真核生物翻译起始复合物形成过程38肽核蛋白体循环链进位、成肽、转位每次循环增加一个氨基酸合原核生物真核生物成核蛋白体循环核蛋白体循环延?进位?进位长EF-Tu结合分解GTP，EF-1-α促进氨基酰-tRNA进入A位EF-Ts调节亚基EF-1-βγ?成肽转肽酶催化的肽键形成转肽酶催化的肽键形成?转位?转位EFG有转位酶活性(GTP酶活EF-2性)转位时卸载的tRNA直接从促进mRNA-肽酰-tRNA由AP位脱落（没有E位）位移到P位，促进tRNA从E位释放39每合成一个肽键，消耗4个高能磷酸键?成肽肽mRNA上终止密码出现，多肽链合成停止，链肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离合原核生物真核生物成核蛋白体循环核蛋白体循环终?终止密码的辨认?终止密码的辨认止?肽链从肽酰-tRNA水解出RF-1识别UAA、UAGeRFRF-2识别UAA、UGA?肽链从肽酰-tRNA水解出RF3：促进释放结合GTP/GTP酶活性40可溶性蛋白质因子原核生物起始因子IF-1、IF-2、IF-3真核生物9种eIF延长因子EF-Tu、EF-Ts、EFG释放因子RF-1、RF-2、RF-3eEF1-αeEF1-βγeEF-2eRF41第三节翻译后的加工?多肽链折叠为天然的三维结构?促进蛋白折叠功能的大分子?分子伴侣?肽链一级结构的修饰?高级结构修饰?蛋白质合成后的靶向输送（热休克蛋白/伴侣素）?蛋白二硫键异构酶?肽-脯氨酰顺反异构酶?肽链N端的修饰?个别氨基酸的修饰?多肽链的水解修饰?亚基聚合?辅基连接?疏水脂链的共价连接?分泌性蛋白的靶向输送?信号肽43?多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质?新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。??44?几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)45?分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。1.热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族2.伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族461、热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP40结合待折叠多肽片段HSP70-ATP复合物ATP水解HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物ADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠47GrpEATP2、伴侣素的主要作用——为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程48?蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。49?肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。50?一级结构的修饰?N-端Met(fMet)去除?二硫键的形成?个别氨基酸的修饰?羟化作用:羟脯氨酸羟赖氨酸?酶活性中心的磷酸化?切除某些肽段，成为?胰岛素的成熟具有活性的蛋白质?多蛋白的加工?一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质/多肽51胰岛素的加工过程信号肽NKRKRPMOCC103肽(？)ACTH?-LT?-MSH?-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰53?高级结构的修饰?亚基的聚合?结合蛋白质的合成?HbA亚单位聚合?糖蛋白的合成?辅基连接?辅基(辅酶)与肽链的结合54?蛋白质合成后的靶向输送?蛋白质的靶向输送(proteintargeting)蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。55?信号序列(signalsequence)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列。56靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白分泌蛋白内质网腔蛋白线粒体蛋白核蛋白过氧化体蛋白信号肽信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，信号序列或成分SV40T抗原）-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）57?分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。?信号肽(signalpeptide)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。58信号肽(signalpeptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白质中,可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,约15-30AA(含疏水AA较多)。?(2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜与粗面内质网膜结合(信号肽颗粒识别、结合)把合成的蛋白质送入粗面内质网膜(3)信号肽对靶向输送有决定作用。59信号肽的一级结构带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程胞浆粗面内质网带有信号肽的分泌蛋白信号肽颗粒识别、结合通道识别信号肽酶切除信号肽高尔基体肽链合并进一步加工分泌出胞外61信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网?线粒体蛋白的靶向输送?细胞核蛋白的靶向输送第四节蛋白质合成与医学一、分子病：?蛋白质分子中氨基酸序列异常的遗传病。?例如：镰刀红细胞贫血?原因：DNA中出现了一个碱基突变。66HbS：β链N端第6个氨基酸为Val导致：HbS携氧能力下降,缺氧时RBC呈镰刀状，脆性增加，溶血正常人Hb(HbA)：β链N端第6个氨基酸为Glu67二、蛋白质生物合成的阻断剂1、抗菌素类阻断剂（表20-11）68抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素四环素族（金霉素新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素作用点原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基真核、原核核蛋白体作用原理抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长应用