蛋白质0学习课件

蛋白质0学习课件第1页/共92页第2页/共92页一、mRNA是翻译的模板顺反子(cistron)：遗传学中编码一个多肽的遗传单位多顺反子(polycistron)：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mRNA可编码几种功能相关的蛋白质。单顺反子(monocistron)：真核mRNA只编码一种蛋白质第3页/共92页Transcriptionstartsite(AAAA)5’(CAP)AUGTranslationstartsiteUAA5’UTR3’UTRTranscriptionTranslationstopsite5’-端非翻译区533’-端非翻译区开放阅读框架第4页/共92页4种碱基如何编码20种氨基酸？发电报：104密码子：43=64密码子（codon）：mRNA分子中从5’端→3‘端方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成的三联体可以编码一种特定氨基酸,或蛋白质合成的起始、终止信号的三联体64种密码子统称遗传密码，61种密码子代表20种aamRNA5‘

AUGCGAUCCAGCUAA、UAG、UGA3'起始密码子（蛋氨酸）终止密码子第5页/共92页Becausepoly(U)mRNAismadeupofmanysuccessiveUUUtriplets,itshouldpromotethesynthesisofapolypeptidecontainingonlytheaminoacidencodedbythetripletUUU.Aradioactivepolypeptidewasindeedformedinonlyoneofthe20tubes,theonecontainingradioactivephenylalanine.Niren-bergandMatthaeithereforeconcludedthatthetripletcodonUUUencodesphenylalanine.Thesameapproachrevealedthatpolycytidylate,poly(C),encodesapolypeptidecontainingonlyproline(polyproline),andpolyadenylate,poly(A),encodespolylysine.Polyguanylatedidnotgenerateanypolypeptideinthisexperimentbecauseitspontaneouslyformstetraplexesthatcannotbeboundbyribosomes.In1961MarshallNirenbergandHeinrichMatthaeireportedthefirstbreakthrough.Theyincubatedsyntheticpolyuridylate,poly(U),withanE.coliextract,GTP,ATP,andamixtureofthe20aminoacidsin20differenttubes,eachtubecontainingadifferentradioactivelylabeledaminoacid.第6页/共92页TheGeneticCodeUUUUUCUUAUUGCUUCUCCUACUGAUUAUCAUAAUGGUUGUCGUAGUGUCUUCCUCAUCGCCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCUGCCGCAGCGUAUUACUAAUAGCAUCACCAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAAGAGUGUUGCUGAUGGCGUCGCCGACGGAGUAGCAGAAGGGGUGGCGGAGGGPheLeuLeuValIleMetSerProThrAlaTyrStopHisGlnAsnLysAspGluCysArgSerArgGlyStopTrp第7页/共92页遗传密码的特点连续性Commalessness简并性degeneracy

摆动性wobble

通用性universality摆动配对：mRNA密码子第三个碱基不严格配对ACUAGCGUtRNA反密码子第一个碱基IUC方向性directionality第8页/共92页1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向5′3′读码方向第9页/共92页2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码第10页/共92页基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精第11页/共92页已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。

通用密码线粒体密码AUA异亮蛋、起始AGA精终止AGG精终止UGA终止色3、通用性(universality)第12页/共92页简并性(degeneracy)61种密码子决定20种氨基酸如：GCU，GCC，GCA，GCG代表丙氨酸第13页/共92页摆动配对第14页/共92页二、核糖体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体由rRNA和蛋白质组成，位于胞浆内附着于粗面内质网合成分泌型蛋白质（胰岛素）游离于胞浆合成固有蛋白质（纤维蛋白，血红蛋白）第15页/共92页第16页/共92页第17页/共92页P-site肽酰位给位A-site氨基酰位受位ribosomes（rRNA+protein）

theexit(E)site.第18页/共92页肽酰转移酶位于大亚基P位和A位的连接处，属于核酶，催化肽键形成第19页/共92页32种三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器第20页/共92页CCA-3’terminus:

aminoacidiscoupledAnticodon(tRNA)base-pairswithcodon(mRNA)TransferRNA

第21页/共92页第22页/共92页四、参与蛋白质合成的酶类，蛋白因子氨基酰tRNA合成酶氨基酸的活化有校正功能，tRNA与氨基酸装载误差小于10-4肽酰转移酶位于大亚基P位和A位的连接处，属于核酶，催化肽键形成第23页/共92页氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

第一步反应第二节氨基酸的活化第24页/共92页第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA氨基酰-tRNA＋AMP＋E第25页/共92页第26页/共92页第27页/共92页真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNAN10甲酰四氢叶酸第28页/共92页起始延长终止第二节肽链的生物合成过程连续过程mRNA5'AUGCGAUCCAGC…（UAA、UAG、UGA）3‘氨基酸N--精丝丝…--C翻译方向沿mRNA碱基序列：5’端→3'端肽链氨基酸序列：N端→C端第29页/共92页第30页/共92页一、翻译的起始阶段起始因子（initiationfactor，IF原核生物（IF）IF1（防止tRNA过早地结合到A位）IF2（GTP，促进fMet-tRNAfMet结合到30S小亚基IF3（大小亚基分离，并提高P位对fMet-tRNAfMet的特异性）第31页/共92页eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合eIF-2B又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上的GDP交换成GTPeIF-3结合40S小亚基加速后续步骤eIF-4A有RNA解旋酶的活性，能解除mRNA5´端的发夹结构，促进小亚基与mRNA结合。eIF-4B与mRNA结合，对mRNA进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E结合mRNA的帽子结构eIF-4G一种接头蛋白，能与eIF4E、eIF-3和polyA与结合蛋白（Pab-1p）结合。促进小亚基与mRNA结合eIF-5促进起始因子从40S小亚基脱落，以便小亚基与大亚基结合成80S起始复合物eIF-6促进无活性的80S核糖体解聚生成40S小亚基和60S大亚基eIF-4G、eIF-4E、eIF-4A都是eIF-4F组成成分真核生物（eIF）第32页/共92页第33页/共92页原核生物翻译起始过程1.核糖体大小亚基分离第34页/共92页AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合第35页/共92页IF2（GTP）3.fMet-tRNAfmet的结合fMet-tRNAfmet反密码子mRNA分子中密码子AUG配对结合第36页/共92页A位留空fMet-tRNAfmet占据50S大亚基P位4.大亚基与小亚基结合第37页/共92页IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程第38页/共92页第39页/共92页延长因子（原核）（elongationfactor）功能EFT协助氨基酰tRNA进入A位，结合GTPEFG转位酶tRNA的释放二、肽链的延长核糖体循环（ribosomalcycle）：广义指翻译全过程；狭义指肽链的延长阶段多肽链上每增加一个氨基酸经过进位（注册），成肽和转位三个步骤第40页/共92页进位（entrance）注册（registration）密码子对应的氨基酰-tRNA进入A位，消耗一分子GTP（EFT协助）第41页/共92页TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：第42页/共92页成肽（peptideboudformation）肽基转移酶形成肽键第43页/共92页第44页/共92页1、核糖体沿mRNA5’向3’端移动一个密码子，使二肽酰tRNA从A位移至P位2、下一个密码子进入A位3、原核生物tRNA从P位进入E位；真核生物tRNA直接从核糖体上脱落转位（translocation）第45页/共92页fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→转位→下一轮进位第46页/共92页进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程第47页/共92页延长总结肽链上每增加一个氨基酸残基，重复进位，成肽，转位步骤，直至所需长度核糖体阅读mRNA上信息从5’端向3’端进行每次移动一个密码子肽链的延伸是从氨基端到羧基端多肽链合成的方向是N端到C端第48页/共92页RFRRRF1-UAG，RF1、RF2-UAA，RF2-UGA三、肽链合成的终止释放因子RF1、2；辨认终止密码RF3：促进肽链C端与tRNA3’-OH酯键水解把mRNA从核糖体上释放第49页/共92页肽链从结合在核糖体上的肽酰tRNA上水解mRNA与核糖体分离最后一个tRNA及RF脱落核糖体大、小亚基分离RF3（促进肽链水解，肽链脱离）RR（把mRNA从核糖体释出）IF3作用下终止密码的辨认终止过程第50页/共92页第51页/共92页真核生物（eIF）eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合eIF-2B又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上的GDP交换成GTPeIF-3结合40S小亚基加速后续步骤eIF-4A有RNA解旋酶的活性，能解除mRNA5´端的发夹结构，促进小亚基与mRNA结合。eIF-4B与mRNA结合，对mRNA进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E结合mRNA的帽子结构eIF-4G一种接头蛋白，能与eIF4E、eIF-3和polyA与结合蛋白（Pab-1p）结合。促进小亚基与mRNA结合eIF-5促进起始因子从40S小亚基脱落，以便小亚基与大亚基结合成80S起始复合物eIF-6促进无活性的80S核糖体解聚生成40S小亚基和60S大亚基eIF-4G、eIF-4E、eIF-4A都是eIF-4F组成成分第52页/共92页大小亚基分离Met-tRNAmet与小亚基结合mRNA结合到小亚基60S大亚基与48S复合物结合eIF3，eIF2，GTPmRNA帽与小亚基上帽结合因子（CBP）结合AUG与tRNA反密码子结合形成80S起始复合物（eIF5）2、真核生物翻译起始过程eIF6第53页/共92页第54页/共92页原核生物与真核生物翻译起始比较真核生物原核生物起始因子eIF，10种IF，三种tRNAMet-tRNAmetfMet-tRNAfmetN端甲酰化mRNA结合有帽（起始）尾RBS序列核糖体80S70S第55页/共92页原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物真核生物mRNA一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子）一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和mRNA的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译核蛋白体30S小亚基＋50S大亚基↔70S核蛋白体40S小亚基＋60S大亚基↔80S核蛋白体起始阶段起始氨基酰-tRNA为fMet-tRNAfMet起始氨基酰-tRNA为Met-tRNAiMet核蛋白体小亚基先与mRNA结合,再与fMet-tRNAfMet结合核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与mRNA结合mRNA中的S-D序列与16SrRNA3-端的一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合有3种IF参与起始复合物的形成有至少10种eIF参与起始复合物的形成延长阶段延长因子为EF-Tu、EF-Ts和EF-G延长因子为eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2终止阶段释放因子为RF-1、RF-2和RF-3释放因子为eRF第56页/共92页EnergycostforproteinbiosynthesisAminoacidactivationtwohigh-energybondsEntryonehigh-energybondstranslocationonehigh-energybondsEachpeptidebondformationfourhigh-energybondsarehydrolized第57页/共92页蛋白质生物合成过程中，在一条mRNA链上结合着多个核糖体成串珠样排列，同时合成多条相同的多肽链，这种存在形式叫意义：加快蛋白质合成速度，使mRNA得到充分利用原因：mRNA寿命较短多核糖体循环第58页/共92页第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送第59页/共92页一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:1、分子伴侣(molecularchaperon)创造折叠环境（疏水，能量2、蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象，主要在细胞内质网进行。3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进顺反两种异构体之间的转换。是蛋白质三维构象形成的限速酶第60页/共92页1.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类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的保守蛋白质。分子伴侣有以下功能：①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；③促进蛋白质折叠和去聚集；④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(2)伴侣蛋白(chaperonin)第61页/共92页(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)

热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。大肠杆菌的HSP70(DnaK)具弱ATP酶活性，保护疏水环境ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrpE结合部位DnaJ/HSP40结合部位在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需2个辅助因子大肠杆菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的ATP酶GrpE，核苷酸交换因子，与DnaK的ATP酶结构域结合控制DnaK的ATP酶活性。第62页/共92页大肠杆菌中的HSP70反应循环第63页/共92页(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的GroEL和GroES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是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。第64页/共92页当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，GroES可作为“盖子”瞬时封闭GroEL空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。GroEL-GroES复合物第65页/共92页GroEL-GroES反应循环第66页/共92页二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰（一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰1．糖基化：2．羟基化：羟脯氨酸，羟赖氨酸3．甲基化4．磷酸化：丝，苏，酪氨酸的羟基磷酸化，蛋白激酶催化5．二硫键形成：二个半胱氨酸形成胱氨酸；二硫键（胰岛素）6．亲脂性修饰1、去除N-甲酰基或N-蛋氨酸（第一个氨基酸fMet-tRNAfmet）脱甲酰基酶蛋氨酸为N端第一位氨基酸氨基肽酶N端水解去除氨基端蛋氨酸或一段肽（信号肽）第67页/共92页糖链的添加（糖基化，glycosylation）第68页/共92页第69页/共92页例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰（酶原的激活）第70页/共92页三、空间结构的修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质第71页/共92页四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位保留在细胞液进入细胞器分泌到细胞外信号序列(signalsequence)：分泌蛋白氨基末端编码的含疏水氨基酸较多的肽

N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signalpeptidase)裂解的位点。第72页/共92页碱性氨基末端中性氨基酸疏水区小分子氨基酸（剪切部位）第73页/共92页真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外第74页/共92页第75页/共92页第76页/共92页第77页/共92页（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号第78页/共92页（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列内质网蛋白质多肽链的C-端含有滞留信号序列KDEL（Lye-Asp-Glu-Leu）（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体(导肽：富含Ser,Thr及碱性氨基酸)绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。第79页/共92页第80页/共92页（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核核定位序列(NLS)

靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列。NLS为含4～8个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在N末端。不同的NLS间未发现共有序列；在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。

第81页/共92页第五节

蛋白质生物合成的干扰和抑制

InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis第82页/共92页一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。抑制代谢过程或基因信息传递过程利用原核生物与真核生物区别及对人体副作用最小设计的干扰进位的抗生素：四环素，土霉素引起读码错误的抗生素：链霉素，新霉素影响肽键形成的抗生素：氯霉素抑制大亚基结合及转肽酶活性影响转位