蛋白质的生物合成(0002)课件

第12章蛋白质的生物合成一、遗传密码（geneticcode）

遗传密码（geneticcode）：决定蛋白质中肽链氨基酸的mRNA中核苷酸三联体。密码子（codon）：mRNA上3个连续的核苷酸序列作为一个密码单位，决定一个氨基酸，称密码子，又称为三联体密码。

密码子有43=64个，如果仅是1个密码子编码1种氨基酸，含有许多多余密码子，实验表明有些氨基酸有2个或多个密码子。1966年完全确定了编码20种氨基酸的密码子无义密码子遗传密码的基本特点：①通用性遗传密码在从细菌到人的各种生物中是通用的，但在不同生物中，不同密码子的使用频率不同。②简并性同一种氨基酸有两个或多个密码子的现象称为密码子的简并性。降低有害突变，稳定物种。③不重叠性肽键翻译时密码的阅读，必须从起始密码子开始，按一定的读码框架（readingframe）连续读下去，直至遇到终止密码子为止。④连续性密码子之间是连续的，无任何核苷酸隔开。若插入或删除一个核苷酸，发生移码突变。⑤方向性从mRNA的5′→3′。⑥起始密码子的兼职性二、核糖体（ribosome）

原核生物核糖体70S50S30S5SrRNA23SrRNA蛋白质16SrRNA蛋白质真核生物核糖体80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA蛋白质18SrRNA蛋白质E.Coli蛋白质的生物合成1.氨基酸的活化

由高度特异的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，形成氨酰-tRNA，反应分两步：

总反应式：

氨酰-tRNA2．肽链合成的起始

mRNA中的起始密码是AUG，少数是GUG。起始密码子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般为3～10个核苷酸，它与核糖体16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与mRNA的结合。

在E.Coli和其它原核生物中与起始密码（AUG）相对应的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAfMet），这是起始tRNA。

起始tRNA怎样形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化

tRNAMetMet-tRNA甲酰基转移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAfMet

）甲酰基

肽链合成的起始除了需要起始密码、SD序列、起始tRNA外还要三种起始因子（initiationfactor），即IF-1，IF-2和IF-3，还要消耗GTP，还需核糖体大小亚基参与，形成一个70S的真正起始复合物。

肽链合成的起始过程：肽链的延伸需要一些称延伸因子（elongationfactor,EF）。

原核生物的EF有EF-T和EF-G两类:

EF-T：延伸因子“T”，开始误认为这类延伸因子有肽基转移酶的活性peptidyltransferase，所以取转移酶的第一个字母“T”。3.肽链的延伸

EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP，当GTP水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及GTP，所以用GTP的第一个字母“G”，EF-G。

EF-T是由Tu和Ts两个亚基组成的二聚体。

EF-Ts：s是stable的意思，是稳定蛋白质；

EF-Tu:u是unstable，不稳定蛋白质。

EF-Tu直接参加了氨酰-tRNA与核糖体的结合。

氨酰-tRNA进入核糖体的A位肽键的形成移位

肽链的延长包括3步:

这是个比较复杂的过程，需Ts、Tu，还要消耗GTP。EF-Tu与GTP和氨酰-tNRA首先形成三元复合物，才能进入A位。

（1）氨酰-tRNA进入核糖体的A位（2）肽键的形成

通过一个转肽作用（transpeptidation），由肽酰转移酶（peptidyltransferase）催化，使一个酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的23srRNA承担（肽基转移酶是一种ribozyme）。嘌呤霉素对蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。

转肽作用（3）移位（translocation）

移位包括三种运动:空载的tRNA离开P位。二肽基tRNA由A位移到P位核糖体沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移动一个密码子的距离。移位需要EF-G和GTP。肽链的延长示意图4．肽链的终止与释放

UAARF1orRF2终止密码子

RF-1：识别UAA和UAG

RF-2：识别UAA和UGA

RF-3：RF-3和GTP形成复合物，是一种GTP结合蛋白，可促进核糖体与RF-1和RF-2的结合，并促进无负载的tRNA从核糖体释放。

释放因子（releasefactor，RF）能识别终止密码子与终止密码子结合。RF因子结合到A位后，将肽酰转移酶的活性转变成酯酶活性，水解P位上的肽酰-tRNA中tRNA与C末端氨基酸的酯键，使肽链释放出来；该酶还促使tRNA从核糖体释放。肽链的终止与释放肽链的终止与释放肽链的终止与释放5．多聚核糖体（polyribosome,orpolysome）

tRNA与核糖体脱离，核糖体的大、小亚基立即解聚，并从mRNA上释放出来。接着IF3就与30S亚基结合，防止大、小亚基立刻重新结合。而IF3-30S亚基又可用于新的多肽链合成的起始，这样就构成核糖体循环（ribosomalcycle）。蛋白质合成总结需很多酶和辅助因子参加。需很多酶和辅助因子参加。折叠和加工终止密码eRFGTP终止密码RF-1,RF-2,RF-3GTP肽链的终止和释放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰转移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰转移酶EF-G，GTP肽链的延长（1）氨酰—tRNA的结合（2）肽键的形成（3）位移

起始密码Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密码，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽链起始氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+Aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子过程（三）蛋白质生物合成所需的能量

若要合成100个Aa组成的肽链要消耗多少能量？

Aa活化1ATP（2个～键）起始1GTP（1个～键）延长2GTP（2个～键）终止1GTP（1个～键）PPPP原核生物：（四）肽链合成后的加工

1．N端甲酰基或N端Aa的除去

原核生物：fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲酰基酶氨肽酶

多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的N端游离出核糖体后，立即进行去甲酰化。

真核生物：N端Met常常在肽链的其他部分还未完全合成时,就已经水解下来。2．信号肽(signalpeptide)的切除

真核细胞中新合成的多肽被送往溶酶体、线粒体、叶绿体、细胞核等细胞器。每一需要运输的多肽都含有一段氨基酸序列称为信号肽序列

信号肽前胰岛素原胰岛素原胰岛素3.二硫键的形成

4.氨基酸的修饰

乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖基化等。

5.切去新生肽链中非功能所需的肽段

如胰岛素原→胰岛素；胰蛋白酶原→胰蛋白酶；胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶。

形成肽链内或肽链间的二硫键。

6.结合蛋白质需与辅助物结合

如血红蛋白中血红素与多肽链的共价连接。

7.高级结构的形成

蛋白质的一级结构决定高级结构，多肽链的折叠在肽链合成没有结束时就已经开始：（1）不需要分子伴侣（molecularchaperone）（2）需要分子伴侣

（五）蛋白质的分拣（sorting）与定向输送

多肽或蛋白质合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自的生物功能。

真核细胞质核糖体合成的蛋白质

胞浆内质网线粒体细胞核高尔基体溶酶体细胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白质胞浆、质膜、外膜、质膜与外膜之间的空隙。

为了能准确地运送蛋白质，在进化过程中每种蛋白质形成了一种明确的地址标签（addresstarget），细胞通过对蛋白质地址标签的识别进行运送，这就是蛋白质的分拣或称分选（sorting）。

蛋白质的定向由蛋白质N端特殊的Aa序列——信号肽决定的，1975年Blobel和Dobberstein提出了信号肽学说(signalpeptidehypothesis)，由于Blobel在阐明蛋白质的分拣与定向中所作出的杰出贡献，因而获得了1999年诺贝尔医学生理学奖。

信号肽颗粒识别、结合胞浆

带有信号肽的分泌蛋白粗面内质网通道识别信号肽酶切除信号肽肽链合并高尔基体进一步加工分泌出胞外带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程

信号肽（signalorleadersequence）：位于多肽链的N端，长约10～40个氨基酸序列，中部为10~15个疏水性氨基酸，接近N端有几个正电荷的Arg和Lys。信号肽识别颗粒（signalrecognitionparticle,SRP）

SRP是一个RNA和蛋白质组成的复合物，由7SLRNA和6种蛋白质组成。

SRP受体（SRPreceptor）：是一个二聚体蛋白质，由α亚基和β-亚基组成。

信号肽识别颗粒SRPSRP受体停泊蛋白

信号肽核糖体mRNA多肽合成起始多肽合成抑制多肽合成恢复信号肽切除粗面内质网N端新生肽链刚一出现时，信号肽就与SRP结合，肽链延伸作用暂时终止，SRP-核糖体复合体移动到内质网上，与那里的SRP受体停泊蛋白结合，蛋白质合成的延伸恢复，同时SRP由被释放到细胞质中。

带有信号肽的分泌性蛋白的合成和转运（六）蛋白质生物合成的抑制剂

许多抗菌素能抑制蛋白质的生物合成，如常用的氯霉素、链霉素、四环素等，它们能抑制原核细胞如细菌的蛋白质的生物合成，可抑制细菌的生长，但不抑制真核细胞蛋白质的生物合成，所以医学上可用作药物。

氯霉素（chlorampenicol）链霉素（streptomycin）四环素（Tetracycline）新霉素（neomycin）嘌呤霉素（puromycin）

1、抗菌素（antibiotics）

2、毒素如：干扰素（int