第十二章 蛋白质的生物合成.ppt

1、第十二章 蛋白质的生物合成,翻译是蛋白质生物合成的同义词,翻译的过程就是将核酸中由4种碱基序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的20种氨基酸排列顺序。,第一节 参与蛋白质生物合成的物质,氨基酸 mRNA tRNA 核糖体 酶及蛋白质因子 ATP、GTP,一、翻译模板mRNA及遗传密码,* mRNA是遗传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子。,真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子。,多顺反子,单顺反子,* mRNA上存在遗传密码,mRNA分

2、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，称为三联体密码（triplet code）。 起始密码（initiation coden）: AUG 终止密码（termination coden）: UAA，UAG，UGA,遗传密码表,1、连续性（Commaless）,移码突变（框移突变）,编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,2、简并性（Degeneracy） 遗传密码中，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。这称为遗传密码的简并性。 编码同一氨基酸的几

3、组简并密码子上第一二位碱基多相同，而第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。,3、摆动性（Wobble） 密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象。,1 2 3,U,密码子、反密码子配对的摆动现象,4、通用性（Universal）,从病毒直到人类，细胞核DNA指导的蛋白质合成都使用同一套遗传密码。,5、方向性：编码方向是53；,二、核糖体是肽链合成的装置,（1）P位：即肽位(peptidyl site)，或给位，在延长成肽之后，连接肽链的肽酰tRNA占据的位置，肽链转位至此，延长继续。 （2）A位：即氨基酰位(aminoacyl site)，或称受位，每次延

4、长，氨基酰tRNA就加入到A位上，延长成肽，此位因接受肽酰基链，故名受位。 （3）E位：排出位(exit site)，脱氨酰tRNA离开A位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点，只是作暂时的停留。,原核生物翻译过程中核糖体结构模式:,A位：氨基酰位 (aminoacyl site),P位：肽酰位 (peptidyl site),E位：排出位 (exit site),核糖体的组成,三、tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,A C C,1 2 3,tRNA的三级结构示意图,（一）氨基酰-tRNA合成酶,tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。tRNA的3-末端-CCA-OH是氨基酸

5、的结合位点。 由密码 反密码 - 氨基酸之间的“对号入座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性。,氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase),氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸 ATP 氨基酰-AMP PPi,第二步反应,氨基酰-AMP tRNA 氨基酰-tRNA AMP,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合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet,作业： 什么是遗传密码？简述遗传密码的性

6、质。,以原核生物为例 翻译的起始 翻译的延伸 翻译的终止,第二节 蛋白质的生物合成,一、肽链合成起始,甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核糖体上，生成翻译起始复合物,三种起始因子 IF1 IF2 IF3,辅助IF3 有GTP酶活性 特异识别fmet-tRNAimet 形成fmet-tRNAimet- IF2-GTP 促进30S小亚基结合mRNA 终止时：促使核糖体解离,1、核糖体亚基分离,起始因子 IF3 结合到核糖体 (70S) 的小亚基上，使大亚基 (50S) 与小亚基 (30S) 解离； 大小亚基解离 核糖体70S + IF3 + IF1 30S小亚基.IF3.IF1 + 50S大亚基 （

7、促解离）（促IF3作用） 利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合。,IF-3,IF-1,核糖体大小亚基分离,目 录,2、mRNA在小亚基定位结合,（1)原核生物mRNA通过5端SD序列配对结合到核糖体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处（有一段短序列UCCU）。IF-3对此有固定作用。 (2)紧接SD序列的小段核苷酸，又可以被核糖体小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。,S-D序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约813个核苷酸处，有一段由4-9个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名 。 mRNA上的S-D序列又称

8、为核糖体结合位点。 原核生物核糖体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处，有一段短序列UCCU是与S-D序列互补的。,IF-1,IF-1,E,E,3fMet-tRNA的结合,fmet-tRNA和IF-2及GTP形成复合物，只能辨认和结合于mRNA的起始密码子AUG上。这个过程和mRNA在核糖体小亚基就位同时发生，这一结合，推动了mRNA的前移，也保证了mRNA就位的准确性。 进入起始密码位置 fMet-tRNA + IF2 + GTP 小亚基上就位 （IF1协助） （严格）,IF-3,IF-1,起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基,4核糖体大亚基结合,IF-3脱落，

9、在已有mRNA和fMet-tRNA的小亚基上，加入核糖体的大亚基，成为一个已准备好的翻译系统整体，即翻译起始复合物。 +50S大亚基 mRNA+fMet-tRNA+小亚基 70S.mRNA. fMet-tRNA IF3 IF1 IF2 GDP+Pi,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,目 录,原核：起始因子 三种； IF-l、2和3 真核：起始因子 十种； eIF 翻译起始： 1）IF-3结合核糖体30S亚基，使大、小亚基拆离； 2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离； 3）单独的30S亚基易于与mRNA及起始tRNA结合。 4）IF-2促进fMet-tRNA结合mRNA及核

10、糖体。,起始因子IF和eIF,二、肽链合成延长,根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从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(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation),延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2,肽链合成的延长因子,又称注册(registrat

11、ion),（一）进位,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。,Tu,Ts,GTP,Tu,Ts,GTP,fMet,转肽酶催化 核糖体大亚基上的蛋白质(rpL) P位-fMet-tRNAfMet + A位-aa-tRNA 肽(fMet成 （酰基） （氨基） 为N末端) （A位上） A位成肽后，P位留下空载tRNA,（二）成肽,由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。,（三）转位（Translocation）,转位酶 （Translocase） （活性存在于EF-G中）,E,E,延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核糖体向

12、mRNA的3侧移动。,核糖体阅读mRNA密码子是从5向3方向进行，肽链合成是从N-端向C端方向进行的。,三、肽链合成终止 终止密码的辨认及肽链从肽酰-tRNA水解出。 mRNA从核糖体中分离及大小亚基的拆开。 终止过程也需蛋白质因子被称为释放因子(RF）。,终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF),释放因子的功能,原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF,一、是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。 二、是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。,RF,真核生物翻译的特点：,核糖体 起始tRNA 合成过程 线粒体,原核生物 简单 fmet-tRNAmet 需ATP、GTP IF1、IF2、IF3 EF-TU、EF-TS、EF-G RF1、RF2、RF3,真核生物 大而复杂 Met-tRNAmet 需ATP 起始因子多 延长因子少 （EFT1、EFT2） 一种释放因子 独立的蛋白质合成系统,保证翻译准确性的关键： 氨基酸与tRNA的特异结合，依