蛋白质的生物合成（基因信息传递） PPT

蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成——翻译蛋白质的生物合成，即翻译在多种因子辅助下，由tRNA携带并转运相应氨基酸，识别mRNA上的三联体密码子，在核糖体上合成具有特定序列多肽链的过程。中心法则：蛋白质生物合成的过程翻译起始、延长、终止翻译后修饰三维结构的折叠、一级结构的修饰、空间结构加工成熟蛋白质的定向运输信号序列第一节蛋白质生物合成体系参与翻译的物质包括：三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核糖体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子ATP、GTP、无机离子起始因子：initiationfactor,IF延伸因子：elongationfactor,EF释放因子：releasefactor，RF一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA含有从DNA转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子.原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核糖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

蛋白质遗传密码子(geneticcoden)mRNA分子上从5

至3

方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为遗传密码、密码子（coden），也称三联体密码起始密码终止密码氨基酸密码子种类43遗传密码的特点（重点）1、连续性(commaless)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码中间无标点，连续阅读，无间断也无交叉。从mRNA起始密码子到终止密码之间，各三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。2.简并性(degeneracy)有多个密码子特异地编码同一个氨基酸除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。意义：减少有害突变，保证遗传的稳定性3、方向性(direction)由起始密码AUG开始，从5

→3

方向阅读密码子4、通用性(universal)密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG5、摆动性(wobble)tRNA的反密码与mRNA上的遗传密码反向配对，不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动性二、tRNA是氨基酸的转运工具双重作用：以氨基酰-tRNA的形式携带活化的氨基酸识别mRNA上的遗传密码，带活化氨基酸对号入座反密码环氨基酸臂tRNA的三级结构示意图三、核糖体是蛋白质合成场所原核生物真核生物核糖体小亚基大亚基核糖体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S、23S-rRNA18S-rRNA28S、5S、5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种核糖体通过将mRNA、氨基酰-tRNA和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应小亚基：容纳mRNA结合起始tRNA结合、水解ATP大亚基：三个tRNA的结合位点A位：接受位（acceptorsite）P位：肽酰tRNA占据的位置（peptidylsite）E位：空载tRNA位（exitsite）催化肽键形成结合IF、EF、RF等因子小结：蛋白质生物合成的体系原料：20种氨基酸模板：mRNA场所：核糖体（核蛋白体）氨基酸的“搬运工具”：tRNA酶与蛋白质因子：EF、IF、RF等因子能量：ATP、GTP无机离子：Mg2+,K+第二节蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程——翻译（一）氨基酸的活化与转运（二）多肽链的合成肽链合成的起始肽链的延长肽链合成的终止（一）氨基酸的活化与转运氨基酰-tRNA合成酶催化活化反应在氨基酸的羧基上进行氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶蛋白质合成中mRNA模板的方向：5′→3′蛋白质的合成方向：N端→C端蛋白质合成过程：起始

延长

终止

（二）多肽链的合成活化的氨基酸，由tRNA携带至核糖体上，以mRNA为模板合成多肽的过程1.翻译的起始原核生物：——起始复合物的形成过程（1）核糖体亚基的拆离（2）mRNA与30S小亚基结合（3）fMet-tRNAifMet的结合（4）50S大亚基的结合甲酰甲硫氨酰tRNAformylmethionyltRNA,简写为fMet-tRNA,是结合着N-甲酰甲硫氨酰的起始tRNA,它参与原核生物的蛋白质开始的合成起始复合物的形成过程（1）核糖体大小亚基分离IF-3IF-1（2）mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'IF-3IF-1S-D序列：原核生物mRNA5’端起始密码子的上游有一段富含嘌呤的特殊序列，可被核糖体小亚基16SrRNA3’端（富含嘧啶）序列辨认结合（3）起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAiMet)结合到小亚基IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'（4）核糖体大亚基结合，起始复合物形成IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'起始复合物的组装的全过程IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi2.肽链的延长指根据mRNA密码序列的指导，按次序添加氨基酸，从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)

成肽(peptidebondformation)

转位(translocation)肽链合成的延长因子原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPeEF-1-αEF-Ts调节亚基eEF-1-βγEFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放eEF-2肽链的延长（1）进位(entrance)指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位在延长因子EF-T的介导下，相应氨基酰-tRNA完成进位（2）成肽(peptidebondformation)是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。（3）转位(translocation)延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核糖体向mRNA的3'侧移动。3.肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止只有释放因子（RF）能识别终止密码子，并占据A位原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3释放因子的功能识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核糖体上释放。RF3与GTP结合并使其水解，协助RF1与RF2与核糖体结合。UAG5'3'RFCOO-

原核生物蛋白质合成的能量计算 氨基酸活化：2个~P ATP

进位：

1个~P

转位：

1个~P

每一次纠错：

1个~P

结论：每合成一个肽键平均消耗5个~P多聚核糖体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行电镜下的多聚核糖体现象肽链合成后加工和输送第三节翻译后的加工从核糖体释放出的新生多肽链不一定具备蛋白质生物活性，需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括：多肽链折叠为天然的三维结构肽链一级结构的修饰高级结构修饰新生肽链的折叠新生肽链N端在核糖体上一出现，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、模体、结构域到形成完整空间构象。多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息。细胞中大多数蛋白质折叠不是自动完成，需酶、蛋白辅助。分子伴侣(molecularchaperon)蛋白二硫键异构酶肽-脯氨酰顺反异构酶分子伴侣一类保守蛋白质，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。分为两大类①核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子和新生链相关复合物；②非核糖体结合性分子伴侣，包括热激蛋白、伴侣蛋白等。伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣蛋白的主要作用——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。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。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。翻译后的加工一级结构的修饰肽链N端的修饰切除N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸个别氨基酸的修饰形成二硫键，赖氨酸、脯氨酸羟基化，丝氨酸、苏氨酸磷酸化，组氨酸甲基化，谷氨酸羧基化多肽链的水解修饰去除某些肽段或氨基酸残基肽链中肽键水解产生多种功能肽鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰高级结构的修饰亚基聚合辅基连接疏水脂链的共价连接形成蛋白质的四级结构如，血红蛋白（四个亚基构成，分别为两个α亚基和两个β亚基

）蛋白质合成后的靶向输送

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。

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，这一疏水的肽段称为信号序列靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽，N端，运输后切除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（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）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。各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。

信号肽的一级结构

蛋白质生物合成的干扰和抑制第四节蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6巯基嘌呤（6-MP）。

毒素某些毒素也作用于基因信息传递过程。抗生素作用位点作用原理应用伊短菌素原核、真核核蛋白体小亚基阻碍翻译起始复合物的形成抗病毒药四环素、土霉素原核核蛋白体小亚基抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合抗菌药链