蛋白质生物合成kp

第一节

蛋白质生物合成体系ProteinBiosynthesisSystem第1页/共87页基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器：tRNA装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系第2页/共87页一、模板-mRNA（一）结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区5

3

3’-端非翻译区开放阅读框架从mRNA5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。第3页/共87页原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP5

3

蛋白质PPPmG-5

3

蛋白质AAA…第4页/共87页（二）遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。1、密码子（codon）第5页/共87页起始密码：AUG终止密码：UAA，UAG，UGA遗传密码：64种有意义密码：61种第6页/共87页遗传密码表第7页/共87页2、遗传密码的特点1.方向性NC肽链延伸方向5′3′读码方向第8页/共87页2.连续性5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码第9页/共87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。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精第10页/共87页3.简并性除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。第11页/共87页各种氨基酸的密码子数目第12页/共87页4.通用性第13页/共87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终止色第14页/共87页U321123摆动配对5.摆动性第15页/共87页5.摆动性

mRNA上密码子的前两位碱基与反密码子严格遵守碱基配对规律，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基并不严格遵守碱基配对规律，称为摆动配对。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG第16页/共87页二、场所-核蛋白体（一）组成第17页/共87页原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种

不同细胞核蛋白体的组成第18页/共87页核蛋白体的组成第19页/共87页原核生物核蛋白体结构模式

第20页/共87页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)第21页/共87页1.mRNA与小亚基结合，大亚基上有转肽酶的活性。2.存在三个位点：P位，A位，E位。3.核蛋白体对进入的氨基酰-tRNA具有校正作用。（二）核蛋白体的特点第22页/共87页三、适配器-tRNA第23页/共87页二级结构三级结构反密码环氨基酸臂（一）tRNA的构象第24页/共87页三、适配器-tRNA（二）tRNA的作用1、运载氨基酸2、充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。第25页/共87页第26页/共87页四、酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶转肽酶(peptidase)转位酶(translocase)第27页/共87页（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）第28页/共87页参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用第29页/共87页参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5´帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子eIF1-α促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放，相当于EF-G释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能第30页/共87页ATP、GTP，Mg2+、K+

等。（三）能源物质及离子第31页/共87页第二节

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids第32页/共87页（一）概念氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。第33页/共87页（二）反应过程氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第34页/共87页2、氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶的特性tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP1、每活化一个氨基酸需要消耗2个高能磷酸键3、氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。第35页/共87页（三）氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写

例如：第36页/共87页tRNA第37页/共87页二、起始氨基酰-tRNA起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet1、真核生物第38页/共87页2、原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

（N甲酰甲硫氨酰tRNA）第39页/共87页第三节

肽链的生物合成过程TheBiosynthesisProcessofPeptideChain第40页/共87页一、原核生物的肽链合成过程第41页/共87页（一）起始第42页/共87页IF-1IF-2IF-3第43页/共87页IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离第44页/共87页AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合第45页/共87页S-D序列

（Shine-Dalgarno）第46页/共87页S-D序列（Shine-Dalgarno）在各种原核mRNA起始密码子AUG上游约8-13个核苷酸部位，存在4-9个核苷酸一致的序列，富含嘌呤碱基，如－AGGAGG-称为S-D序列（Shine-Dalgarno）第47页/共87页S-D序列

（Shine-Dalgarno）第48页/共87页IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基AUG5'3'氨基酰tRNA与GTP,IF-2形成复合物，结合在P位。第49页/共87页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'第50页/共87页IF-1占据A位，防止结合其它tRNA。IF-2促进起始氨酰tRNA与小亚基结合，并具有GTP酶活性。IF-3维持核蛋白体大小亚基的分离。第51页/共87页IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程第52页/共87页（二）延长EF-TuEF-TsEF-G第53页/共87页1.进位

又称注册(registration)，是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。第54页/共87页

进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。第55页/共87页第56页/共87页TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：第57页/共87页2.成肽是由转肽酶催化的肽键形成过程。成肽反应在A位上进行。第58页/共87页成肽的反应过程第59页/共87页3.转位第60页/共87页第61页/共87页3.转位延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3’侧移动。这种相对位移造成合成的二肽酰tRNA进入P位。第62页/共87页（二）延长EF-Tu协助氨基酰tRNA进入A位，并具有GTP酶活性。EF-Ts结合并促进GDP释放，利于EF-Tu再利用。EF-G具有转位酶的活性。第63页/共87页fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→转位→下一轮进位第64页/共87页进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程第65页/共87页（三）终止第66页/共87页RF-3有GTP酶活性。释放因子的功能：识别终止密码子RF-1特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别UAA、UGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性第67页/共87页原核肽链合成终止过程第68页/共87页当mRNA终止密码子出现在A位，不再有任何氨基酰tRNA进入，RF进入A位识别终止密码子。诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。GTP供能，tRNA,mRNA,RF与核蛋白体分离，大小亚基分离，重新参与蛋白质合成过程。终止阶段第69页/共87页原核肽链合成终止过程：第70页/共87页肽链合成所需能量计算fMet-Ser-Glu起始延长终止活化1个GTP2个GTP*21个GTP2个ATP*312个高能磷酸键第71页/共87页二、真核生物的肽链合成过程（一）起始2.起始氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNA。3.氨基酰tRNA先与小亚基结合，再与mRNA结合。4.依靠帽子结构与CBP，Ploy与PABP结合，使mRNA在小亚基中准确定位。1.起始因子为eIF.第72页/共87页（二）延长2.没有E位。1.延长因子不同。第73页/共87页（三）终止终止因子只有一种eRF，识别UAA,UAG,UGA第74页/共87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75页/共87页第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein第76页/共87页一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质（一）