蛋白质的生物合成课件

蛋白质的生物合成2蛋白质合成是细胞内最复杂的生物学事件之一。真核细胞中，总共有超过300种不同的大分子来参与蛋白质的合成。3蛋白质合成消耗的能量占细胞内化学合成能量消耗的90%以上。在一个细菌的细胞中，含有20000个核糖体,100,000个相关蛋白和酶,200000个tRNAs分子,它们占细胞干重的35%以上！4蛋白质的合成速度是非常快的。大肠杆菌37℃时平均每15分钟繁殖一次。每秒中平均合成20个氨基酸。5第一节

遗传密码遗传密码是在20世纪60年代由世界上许多科学家共同努力下破译的。6标准遗传密码表密码子共64个，包括起始密码子1个，终止子3个。7遗传密码的特点a

遗传密码是连续的三联体，无标点符号*

8基因序列中，任一核苷酸的插入、缺失都会改变遗传密码的阅读顺序，从而影响基因的产物。9遗传密码是连续的，一般不重叠。10在一些病毒基因组中，有“重叠基因”情况出现。11b密码具有简并性，一个氨基酸有若干密码子与其对应，它们称为“同义密码子”12密码子的简并性(degeneracy)只有1个密码的氨基酸有2个MetTrp13c密码子的第三位碱基具有摆动性(wobble)14d蛋白质翻译的起始密码子一般是AUG只有少数例外15e密码子在生物中几乎是通用的少数线粒体中的蛋白质翻译体系中使用的密码子系统有所不同1617蛋白质合成中至少有3种RNA分子参与，并起非常重要的作用：mRNA是合成蛋白质的模板tRNA

运输氨基酸并识别mRNA上的密码子rRNA

构成蛋白质合成的场所核糖体,催化肽健的形成第二节RNA在蛋白质合成中的作用18mRNA是蛋白质合成的模板原核生物的mRNA多为多顺反子结构。19原核生物的基因多组成一个多顺反子结构进行转录翻译20真核生物的mRNA多为单顺反子结构，DNA转录后只产生一个mRNA分子，但是由于有选择性剪接现象，所以一个mRNA分子会产生多种蛋白质分子。21tRNA负责携带氨基酸进入核糖体参加蛋白质的合成，tRNA依靠本身的反密码子识别mRNA上的密码子22tRNA分子上有携带氨基酸的部位(3’端)以及识别mRNA上密码子的反密码子(反密码子环)tRNA的三叶草型结构23tRNA的三级结构是倒L型24tRNA与mRNA是以反平行方式配对识别的25密码子与反密码子识别时，碱基配对并不严格遵守A/TC/G规则，有一定的摆动性(wobble)。26通过密码子的摆动性，一个tRNA分子可以识别多于一个的密码子27核糖体由蛋白质和rRNA组成28细菌的16SrRNA在翻译中的重要作用：与起始密码子前面的SD序列结合，提高起始效率29许多原核生物的mRNA起始密码子前有保守的被称为SD的序列，在翻译中起重要作用。30翻译过程中，核糖体可以形成多核糖体的结构，提高蛋白质合成的效率31另外，核糖体的23SrRNA可能是催化氨基酸之间形成肽键的核酶，所以在蛋白质合成中有非常重要的作用。32A供携带氨基酸的氨酰tRNA停留，P供携带肽的肽酰tRNA停留，E供卸载的tRNA离开核糖体前停留。携带氨基酸的tRNA在核糖体内至少有3个结合位点APE33原核细胞中基因的转录与蛋白质的合成是偶联的34第三节原核细胞中蛋白质的合成1氨基酸的活化2起始3延伸4肽链的终止和释放5多肽链的加工蛋白质的合成可以分为5个步骤351氨基酸的活化氨基酸的活化就是指细胞把氨基酸装到对应的tRNA分子上，形成氨酰-tRNA的过程。36氨酰-tRNA合成酶(amino-acyl-tRNA

Synthetase)催化氨基酸的活化,反应在在细胞质中进行，每活化一个氨基酸消耗掉2个高能键，反应不可逆。37氨酰tRNA38细菌合成蛋白质的第1个氨基酸是甲酰-甲硫氨酸(fMet)，而不是甲硫氨酸(Met)。392蛋白质合成的起始IF1和IF3与30S亚基结合30S亚基与mRNA结合(16SRNA可以识别起始密码子前的SD序列)40

IF2与GTP结合,再与

30S亚基结合形成一个复合物。携带起始氨基酸的tRNA

与上述复合物结合,同时将IF3释放,由此形成30S起始复合物。4150S亚基与30S起始复合物结合形成70S起始复合物。释放IF1和IF2。

这时携带甲酰甲硫氨酸的起始tRNA

位于P位点，A位点是空的，等待下一个tRNA进入。423延伸除了起始的氨基酸外,所有的携带氨基酸的tRNA必须与延长因子EF-Tu结合才能进入A位点。氨酰-tRNA与延长因子EF-Tu-GTP结合,进入A位点,随后Tu-GDP离开核糖体。43Tu-GDP经过与延长因子Ts和GTP结合而恢复成Tu-GTP,准备结合下一个氨酰-tRNA.从第2个氨基酸开始，tRNA必须与延伸因子Tu结合才能进入核糖体的A位点，需要消耗GTP。延伸因子Tu循环44肽键的形成A位和P位上的氨基酸之间形成肽键,P位上的tRNA卸载,A位上的tRNA上携带有一个2肽.催化肽键形成的可能是23SrRNA45需要转位因子EF-G,消耗GTP，GTP水解,核糖体构象发生改变,加上EF-G的作用使核糖体向着3‘方向移动1个密码子的距离.移位(translocation)46原来P为上空载的tRNA移到E位,离开核糖体,原来A位上携带2肽的tRNA移动到P位,A位空出。474肽链的终止和释放终止密码子是由终止因子识别的。大肠杆菌有3个终止因子RF1,RF2,RF3。48终止因子释放多肽链,同时70S复合物解离成亚基，准备新一轮的蛋白质合成。49刚从核糖体上释放出来的多肽链是没有生物活性的,要经过加工才能具备生物活性。5新生肽的折叠和加工50起始氨基酸的除去

信号肽的除去某些氨基酸进行修饰，如氨基酸的磷酸化和糖基化等。蛋白质合成后的加工步骤主要包括辅基的加入二硫键的形成多肽链的折叠亚基的聚合蛋白裂解，如胰岛素等51第一个氨基酸和信号肽的切除52磷酸化53羧化54甲基化55甲基化56糖基化57在蛋白质合成后折叠成有功能的蛋白质结构过程中，折叠酶和分子伴侣起到非常重要的作用。58折叠酶—目前至少发现二硫键异构酶和肽链脯氨酸异构酶。二硫键异构酶负责使蛋白质中的二硫键正确形成。肽链脯氨酸异构酶改变脯氨酸的构型，保证蛋白质形成正确的构型。59分子伴侣（molecularchaperone）目前发现，大多数的蛋白质分子不能自发折叠成有活性的空间结构，需要有一类称为“分子伴侣”的蛋白质协助。60分子伴侣就是能与其他构象不稳定的蛋白质结合并失之稳定的一类蛋白质，他们通过与多肽结合来帮助被结合的蛋白质在体内的折叠、组装、运转或降解等。在完成任务后又从多肽上释放出来，是细胞内蛋白质折叠和组装的重要调节者。61分子伴侣的几个特点1是大多数蛋白质正确折叠所必须的2分子伴侣的特异性少或没有3分子伴侣可能是通过疏水基团与多肽链结合4分子伴侣协助蛋白质分子折叠时需要消耗能量动画:分子伴侣的功能*62蛋白质分子的不正确折叠会引发蛋白质功能的失常，甚至引起疾病。如朊病毒（prion）就是由于蛋白质分子不正确折叠引发的疾病。另外人类的Kuru病、羊的擦毛病、疯牛病等均与prion有关。6364朊蛋白对蛋白酶的消化的抗性非常强65动画:蛋白质的合成*66蛋白质合成的抑制剂许多药物的杀菌抗菌作用是通过对细菌等蛋白质合成的抑制而发挥作用的。67某些抗生素对蛋白质合成的抑制位点作用阶段抑制剂作用对象作用机理(位点)起始链霉素细菌30S亚基的S12蛋白质春雷霉素细菌16SrRNA延伸黄色霉素细菌EF-Tu-GTP不能释放嘌呤霉素细菌氨酰tRNA类似物,进入A位,形成肽键,使多肽提前释放肽转移红霉素细菌,线粒体23SrRNA的修饰,抑制异位氯霉素细菌/线粒体50S蛋白质/23SrRNA移位放线菌酮真核细胞抑制80S移位酶,对70S无效梭链霉素细菌EFG-GDP不能释放硫链丝菌肽

细菌抑制GTPase活性68除了抗生素外，还有一些药物的作用机制也是通过阻止蛋白质的合成而发挥作用的。这些药物称为“抗代谢药物”，如长春新碱、三尖杉酯碱、L-门冬酰胺酶等。69此外，白喉毒素和干扰素等也是通过干扰蛋白质合成而发挥作用的。白喉毒素(Diphtheriatoxin，Mr

58330)是一种修饰酶，可以使真核细胞的延伸因子2(eEF2)发生ADP-核糖基化，从而使之失活，而抑制蛋白质的合成。毒性极强。霍乱毒素以及绿脓杆菌外毒素的作用机制与此类似。70干扰素(interferon,IF)是真核细胞在病毒感扰后分泌出的具有抑制蛋白质合成的因子，有不同的亚型。干扰素通过两种不同的方式干扰eIF2的活性。有病毒存在时，干扰素可诱导产生一种蛋白激酶，使eIF2磷酸化失活，使携带氨基酸的tRNA无法进入核糖体，导致蛋白质的翻译