十三章 蛋白质的合成.ppt

1、第13章蛋白质合成，DNA : atgcatgcatgc，RNA : augcaugcaugc，蛋白质： aa1aa2aa3aa4，哪个碱基序列决定哪个氨基酸序列？如何实现从碱基序列到氨基酸序列的转化？在第一部分，遗传密码p501基因的概念是由雅各布和莫诺在1965年首次提出的。密码子：密码子是指由mRNA上三个相邻核苷酸组成的密码子，代表某一氨基酸或肽链合成的开始或停止信号。1.破译遗传密码美国科学家尼伦伯格等人获得了1968年诺贝尔生理医学奖。1961年，尼伦伯格等人在大肠杆菌的无细胞体系中加入聚(U)模板和20种标记氨基酸，经保温后得到聚phe-phe-phe，推测UUU编码phe。用同

2、样的方法，得到了CCC编码的pro、GGG编码的gly和AAA编码的lys。如果使用聚(UC)，可以获得聚-丝氨酸-亮氨酸-丝氨酸-亮氨酸。据推测，UCU编码Ser，CUC编码Leu。到1965年，64组密码子已经被破译，如表P503所示。2.遗传密码的基本特征在64个密码子中，61个编码氨基酸，3个不编码任何终止肽链合成的氨基酸。它们是终止密码子，即UAG、UAA和UGA密码子，也称为起始密码子。(1)定向和连续阅读方向：编码从mRNA 5到3的肽链的所有密码子一个接一个线性排列，密码子既不重叠也不间隔。从起始密码子到终止密码子(不包括终止子)，形成一个完整的阅读框架，也称为开放阅读框架(O

3、RF)。如果在阅读框中插入或删除一个碱基，将会出现后续的阅读错误(称为代码移位)。简并性几个密码子编码一个氨基酸的现象称为密码子简并性。如果GGN(GGA，GGU，GGG和GGC)都编码甘氨酸，那么这四个密码子就称为甘氨酸的简并码。只有Met和Trp没有退化密码。一般来说，密码子的简并性只涉及第三碱基。退化的生物学意义？遗传密码突变造成的灾难性后果可以减少。如果每个氨基酸只有一个密码子，剩下的44个密码子成为终止子。如果任何氨基酸的密码子有单个碱基点突变，很可能导致肽链合成的过早终止。例如，GGN(GGA，GGU，GGG，GGC)都编码Gly，由于简并性，不管第三个U变成什么，它仍然编码AlY

4、。(3)结合(摆动)密码子中的第三个碱基和反密码子中的第一个碱基的配对有时并不完全遵循被克里克称为觉醒的-U和-C的原则。密码子的第三个位置和反密码子的第一个位置是结合位点。反密码子第一位的G可以与密码子第三位的C和U配对，U可以与密码子的A和G配对，I可以与密码子的U、C和A配对，这使得这种反密码子的阅读能力更强。(4)普遍性和可变性：密码子在不同物种中几乎完全通用。目前，在线粒体和叶绿体中只发现了例外，这也是转基因旺盛的前提。然而，应该注意的是，不同的生物体倾向于偏爱某个密码子。(5)防错编码系统：密码子中的一个碱基被替换，结果仍然编码同一个氨基酸；或者由具有最接近的物理和化学性质的丙烯酸

5、相代替。第二部分是涉及蛋白质生物合成的核糖核酸和相关装置。首先，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体也被称为核糖体。标记各种a.a，注射到大鼠体内，在不同时间取出肝脏，匀浆，离心，分离各种亚细胞器，分析放射性蛋白质的分布，确认蛋白质合成是在核糖体上进行的。游离核糖体：合成的细胞质蛋白。内质网核糖体：分泌蛋白和细胞器蛋白的合成。无论是原核细胞还是真核细胞，一个基因都可以被几个核糖体同时阅读，同时结合并翻译同一基因的多个核糖体被称为多核糖体。核糖体的结构和组成核糖体是由rRNA和几十种蛋白质分子(核糖体蛋白)组成的一个巨大的复合体。在不同生物体的核糖体中，尽管rRNA和核糖体蛋白的初级结构不同，但核糖

6、体的结构是高度保守的。每个核糖体由大小两个亚单位组成，每个亚单位有自己不同的rRNA和蛋白质分子。在P522核糖体的大亚基上有两个重要的位点：P位点是结合肽基tRNA的肽基的位点，而A位点是结合氨酰tRNA的氨酰的位点。第二，tRNA将活化的氨基酸转运到mRNA模板，每一个游离氨基酸在被整合到肽链(LOAD)之前必须被活化并与tRNA特异性连接，然后tRNA负责将其带到核糖体上的特定位点(位点a)并将其添加到新肽链的c端。氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白质生物合成的第一步，由氨酰tRNA合成酶催化。每个氨酰tRNA合成酶都可以识别自己的配体氨基酸和相应的t

7、RNA。1。激活，2。联系。一旦氨基酸与tRNA形成氨酰tRNA，进一步的目的地由tRNA决定。TRNA凭借其自身的反密码子识别mRNA上的密码子，从而将它携带的氨基酸发送到肽链中的某个位置。氨酰tRNA合成酶：每个氨基酸至少有一个特定的氨酰tRNA合成酶，它可以识别氨基酸和tRNA，从而将特定的氨基酸连接到相应的tRNA。遗传密码二。可以说，tRNA是一个通用的接头：(1)氨酰-trna合成酶(接头合成酶)的识别位点；(2)3-末端CCA上的氨基酸载体位点(接头氨基酸，负载)；(3)核糖体的识别位点(将氨基酸转运到目的地)；(4)反密码子位点(接头MRNA，检查和卸载)。三.原核生物基因的结

8、构(1)5-末端标清序列是起始密码子AUG上游9-13个核苷酸，有一个富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，它可以与核糖体16S rRNA配对，一般称为AGGA，这个序列被称为标清序列。它在核糖体小亚单位16S rRNA的3-末端与富含嘧啶的序列gaucacucucua-OH互补，因此与30S亚单位结合的初始tRNA可以正确地位于mRNA的起始密码子AUG。(2)许多原核基因是多顺反子。在翻译中，每个基因都有自己的标清序列，起始密码子和终止密码子，它们控制着其合成的起始和终止，也就是说，每个基因的翻译是相对独立的。例如，在大肠杆菌中，一个7000bp的基因编码五种与色氨酸合成相关的酶。(2)真核

9、生物基因的结构。(1)真核mrna的5-末端具有m7GpppN帽结构，但没有SD序列(P518)，这与识别翻译的起始核糖体进入位点有关。3有聚腺苷酸，这增加了基因的稳定性。蛋白质合成的一般过程P528肽链的方向来自三个阶段：起始、延伸和终止(教科书上是五个阶段)。它们涉及不同的起始因子、延伸因子和终止因子(释放因子)。原核生物的蛋白质合成原核生物(大肠杆菌)每秒可以翻译20个氨基酸，而真核生物每分钟只有大约50个氨基酸。(1)氨酰tRNA，N10-甲酰四氢叶酸met-TrnafMet-Trnaf四氢叶酸两种trnA:TrNamMet和tranmmet的合成，(2)翻译始于初始复合物的形成，在原

10、核生物中需要三个初始因子：IF1，IF2和IF3。(IF1的功能不清楚)。(1)IF3首先与30S亚基结合，以防止其过早地与50S亚基结合。(2)基因与30S亚单位结合。该基因通过其标清序列与16S rRNA配对，因此它位于核糖体上的适当位置，起始密码子AUG位于p位点。SD序列与16S rRNA的配对也为识别起始密码子和终止密码子提供了一种机制。(3)IF2和fMet-trnafmet与30S亚单位结合IF2是一种GTP结合蛋白，它首先与30S亚单位结合，并促进起始氨酰-trna (fMet-tRNAfmet)的密码子与tRNA上的AUG (p位点)结合。(4)450S大亚基与30S小亚基结

11、合形成初始复合物。GTP水解释放的能量导致30S亚基的构象变化，50S亚基与30S亚基结合，同时释放IF2和IF3。因此，原核肽链合成的初始复合物由mRNA、70S核糖体和fMet-tRNAfMet组成。(3)延伸肽链的延伸分三步进行：携带、肽转移和转移。(1)新的氨酰trna进入核糖体的位点；(2)肽键形成(转肽)；(3)核糖体易位。这三个步骤构成了肽链延伸的循环。1.在新的氨酰tRNA进入a位点之前，新的氨酰tRNA必须首先与延伸因子结合。延伸因子EFTU是一种GTP结合蛋白，参与氨酰核糖核酸的定位。氨酰核糖核酸到位后，EFTuGTP被水解，EFTuGDP从核糖体中释放出来。在第二个扩展因

12、子eft的帮助下，EFTUGDP释放了国内生产总值，并与GTP重新组合以再生EFTUGTP。2.肽键形成(转肽作用)肽键是在肽基转移酶的催化下形成的。现在认为肽基转移酶活性存在于50S亚单位的23S rRNA上。驱动肽键形成的能量是由p位点氨基酸与其tRNA之间的高能肽酰基酯键提供的。新肽键形成后，在p位点卸载的tRNA离开核糖体。嘌呤霉素抑制肽键的形成！3，核糖体易位。转座需要另一种GTP结合蛋白EFG(延伸因子，也称为转座酶)的参与。现在，人们认为从GTP水解释放到国内生产总值的能量促进核糖体构象变化，并驱动肽基tRNA从一个位点移动到另一个位点。置换后，核糖体位点是空的，等待下一个氨酰t

13、RNA被接受。(4)终止当终止密码子(UAA、UAG、UGA)进入位点时，肽链合成进入终止期。原核生物有三种参与终止的释放因子(射频-1、射频-2和射频-3)。RF1承认UAA和UAG，而RF2承认UAA和UGA。RF3的作用还不清楚，这可能会促进RF1和RF2的结合。识别过程需要GTP，改变核糖体的构象，使肽基转移酶的功能瞬间转变为酯酶功能。肽链从核糖体中释放出来，核糖核酸从核糖核酸中分离出来，核糖体分解。原核生物蛋白质合成(二肽的合成)中的能量计算，合成二肽需要8个高能键，然后每次添加需要4个高能键。真核生物的翻译起始比原核生物复杂，因为：(1)真核生物的二级结构更加多样和复杂。(2)核糖

14、体需要扫描基因才能找到翻译起点。真核生物的基因没有特殊的序列来帮助确定翻译的起点，所以核糖体需要扫描每一个基因。核糖体在基因的5-末端结合到帽状结构，并移动到3-末端找到起始位点。这个扫描过程非常复杂，我们所知甚少。(3)真核翻译起始因子至少有9种，它们的大部分功能还需要进一步研究。(4)开始时需要三磷酸腺苷。多肽链1的折叠和加工。多肽链折叠蛋白的一级结构与其三维构象和生物功能的直接关系一直是现代生物化学研究的焦点。这个领域的一个重要的经典例子是克赖斯特伊安安芬森在20世纪50年代后期所做的一系列实验(他在1972年获得了诺贝尔化学奖)。蛋白质在细胞中的折叠和运输是在分子伴侣的帮助下进行的。它

15、存在于所有生物中，从细菌到高等动物和植物，已经发现了几种分子伴侣。分子伴侣在蛋白质折叠中的作用表现在两个方面：(1)在多肽合成到折叠的过程中，分子伴侣可以保护多肽链免受其他蛋白质的影响，一些线粒体和叶绿体蛋白质在插入细胞器膜之前必须保持未折叠状态。(2)帮助蛋白质正确快速地折叠或组装成多亚基蛋白质。2.翻译后加工无论是原核生物还是真核生物，翻译后，一些肽链可以直接折叠成最终的活性形式，无需加工修饰。然而，通常情况下，新的肽链需要加工修饰(称为翻译后加工或修饰)。翻译后加工有两个目的：(1)功能需求；(2)定向运输需要(这在真核生物中特别复杂，并且合成的蛋白质需要定向运输到细胞质和细胞质。1.切

16、除包括去除N-末端甲酰甲硫氨酸和信号肽序列。2.糖基化氮糖苷键寡糖链的修饰；O-糖苷键糖基化修饰(与Ser和Thr残基相连)。加入甘露糖6-磷酸残基后，溶酶体蛋白被转运到溶酶体。3.甲基转移酶通过使用葡糖基甲硫氨酸来甲基化特定的蛋白质。4.磷酸化近年来，已经发现由蛋白激酶和蛋白磷酸化酶催化的蛋白磷酸化/去磷酸化在原核生物中非常普遍。5.插入辅因子6，形成链间二硫键7，一些单肽应聚合成多亚单位蛋白质。蛋白质合成后的定向转运蛋白质合成后的靶向、转运机制非常复杂，特别是在真核细胞中。信号序列，也称为前导肽，是指位于新生肽链的N端的肽段，其在引导新生肽段进入内质网中起作用。其特征是：通常含有1530个

17、氨基酸残基，中间有疏水残基，C端有信号肽酶的作用位点。信号肽是古特布洛伯尔在1975年提出的，用来解释多肽向内质网的跨膜转运。含信号肽的多肽进入内质网的过程：当合成一部分含信号肽的多肽时，信号肽识别器(SRP)识别信号肽并与核糖体结合，翻译暂时停止。SRP与内质网膜上的受体(对接蛋白)结合，核糖体与内质网结合，SRP离开，延伸的肽链通过内质网上的肽转运装置进入内质网，信号肽被切断。新生肽的命运取决于信号肽和其他信号序列。对于分泌型蛋白质，在跨膜转运后，应去除N端信号肽，多肽应进入内质网腔，然后高尔基体应在下一步进行修饰。大多数转运到内质网的多肽必须转运到其他地方。经过初步的翻译后修饰，可溶性蛋白和膜结合蛋白被运输到高尔基体，这种运输是通过运输囊泡进行的。确保蛋白质合成正确的因素是什么？(1)氨