蛋白质的生物合成-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一节 参与蛋白质合成的主要物质,一、mRNA,二、tRNA,三、核糖体,四、其他,氨基酸,氨酰-tRNA合成酶,各种因子,ATP/GTP,一、mRNA,（一）,mRNA上的,开放阅读框,开放阅读框（open reading frame,ORF)：mRNA5,端,起始密码子,开始到3端,终止密码子,之间,连续的,、,无重叠,的一连串,密码子,组成的蛋白质编码区。,AUG,GCG,AAC,GCU,UAG,（二）密码子,1.数量,64个,2.特殊密码子,(1)起始密码子:ORF起始部位的,AUG,（,编码Met,）,UUG或GUG(少数原核生物）,(2)终止密码子：UAA、,UAG、UGA,（,不编码AA,）,（2）通用性,从细菌到人，遗传密码子几乎是通用的,植物细胞的叶绿体、哺乳动物线粒体中密码子的特殊性：,UGA,：不是终止密码子，而是Trp的密码子,UAA,UAG,AGA,AGG：,终止密码子,AUA：Met（not for Ile）,（3）密码子有方向性,5 3,（4）mRNA中密码子间无间隔，不重叠,5 ,AUG,GCG,AAC,GCU,UAG,3,二、tRNA,功能：,1）氨基酸的“搬运工具”,2）识别mRNA的密码子,反密码环,氨基酸臂,（一）种类,20种AA都有其,特定,的,一种至几种,tRNA,（二）摇摆性（wobble）,反密码子（anti-codon）的第,1,位与密码子（codon）第,3位,配对时，不严格遵循碱基配对原则,I,C，,I,A,I,-U，,U,G,（三）起始tRNA与普通tRNA,1.,起始,tRNA,真核,：,tRNA,i,met,原核,：,tRNA,i,fmet,2.普通tRNA：除起始tRNA,tRNA,e,met,：肽链,延伸,中携带Met,AUG,GCG,AUG,GCU,AUG,UAG,三、核糖体,（一）核糖体（核蛋白体）的组成,1.原核生物核糖体（70S）：,（1）组成,30S小亚单位：,16S rRNA,和,21,种,蛋白质,50S大亚单位：,5S rRNA、23S rRNA,、,32,种,蛋白质,2、真核生物的核糖体（80S）,40S,小亚单位：,18SrRNA,33,蛋白质,60S,大亚单位:,28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA,+,49,蛋白质,（二）核糖体的重要位点,1、氨基,酰-tRNA位点（A site）,2、肽,酰-tRNA位点（P site）,3、tRNA退出位点（E site）,肽键形成部位,第二节蛋白质的合成,一、氨酰-tRNA的合成（氨基酸的活化）,二、肽链合成的起始,三、肽链的延伸,四、终止,五、肽链的折叠和翻译后加工,（,一）氨基酸的活化,1.总反应为：,氨基酸tRNA,ATP,氨基酰-tRNA,AMP,PPi,氨基酰-tRNA合成酶(,镁离子),氨基酰-tRNA键：高能键,一、氨酰-tRNA的合成,第一步反应,氨基酸,ATP,E,氨基酰,-AMP-E,PPi,第二步反应,氨基酰,-AMP-E,tRNA,氨基酰,-tRNA,AMP,E,氨酰-tRNA,2.,MettRNA,i,fMet,的,甲酰化(,原核生物,）,N,10,-甲酰FH4,FH4,MettRNA,i,fMet,fMet,tRNA,i,fMet,甲酰基转移酶,（,特异,）,（二）氨基酰-tRNA合成酶的特点,1.每一种AA都,只有,一种特定,的,氨基酰-tRNA合成酶,2.具有,校读功能,（1）识别,AA,及其,tRNA,（2）将tRNA与正确的AA连接,（3）可将错误的,氨基酰-tRNA,水解,保证蛋白质合成的精确性,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,二、肽链合成的起始,参与的物质,（,1,）,30S,和,50S,亚单位,mRNA,f,Met,tRNA,i,fMet,（,2,）,GTP,（,3,）,Mg,2+,（,4,）起始因子,（一）原核生物翻译的,起始,三种起始因子的作用：,IF1:防止氨基酰-tRNA进入A site,IF2：引导,f,MettRNA,i,fMet,进入 P site,IF3：防止30S结合50S亚单位,2.起始过程,Step 1,Step 2,Step 3,Step 1,：,30S亚单位,在,mRNA,上定位,过程：,30S亚单位依次结合IF3(E site),和IF1（A site）；30S亚单位,16SrRNA-3,端,与,mRNA的SD序列,互补，结合到,mRNA,并使,起始密码子,准确定位在,P 位点。,SD序列,（Shine-Dalgarno）,:,mRNA分子,中紧靠,起始密码子上游,的一段富含嘌呤碱基的813核苷酸的序列。,又称为,核蛋白体结合位点,（ribosomal binding site，RBS),Step2,：定位,f,MettRNA,i,f,Met,f,MettRNA,i,f,Met,-IF2,GTP,进入,P,site，并与,起始AUG,配对。,Step3,：结合50S大亚单位，形成70S复合物,起始密码子和反密码子的,配对,，使 30s,构象改变,，,释放IF3,，结合,50S,大亚单位，释放IF2和IF1，形成70S起始复合物。,消耗1个GTP,（二）,真核生物,翻译,起始,起始即将40S亚单位和MettRNA,i,Met,、mRNA、60S亚单位组装成80S起始复合物的过程。,1.43S 复合物的形成,40S结合多种起始因子（,eIF1A、,eIF3,、,eIF5B-GTP），并俘获,eIF2GTP-MettRNA,i,Met,（P site），形成,43S 复合物,。,2.小亚单位在mRNA上的定位,mRNA的,5,Cap,与,复合体eIF4F,结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成,eIF4F/4BmRNA复合体,。,eIF4F/4BmRNA 俘获,43S复合物,，,43S复合物,沿mRNA 5,3方向扫描,起始AUG,，在,mRNA上准确定位。,3、80S复合物的形成,MettRNA,i,Met,的,反密码子,与,mRNA的起始密码子,配对，使,eIF2、,eIF3,释放，,60S,与40S结合，,eIF5B,水解,GTP,，释放其他起始因子，形成80S复合物。,消耗GTP,真核,与原核生物肽链合成起始的主要区别,1）更多的起始因子参与,2）MettRNA,i,Met,先定位到核糖体,3）mRNA结合多种起始因子后才与核糖体结合,4）小核糖体通过,MettRNA,i,Met,的,反密码子与,mRNA,起始密码子,之间互补配对而准确定位.,二、延伸,1.需要,70S（,80S,)起始复合物、氨基酰-tRNA、,延伸因子,、,G,TP,延伸因子：,原核：EF（Tu，Ts，G),真核：EF-1 和 EF-2,2.三步循环,进位,成肽,转位,（一）step 1进位,过程：,氨基酰-tRNA,-Tu-GTP,结合到,A site,，,GTP,水解，释放Tu-GDP,只有与密码子正确互补配对的氨基酰-tRNA才能进入A位点：,维持蛋白质合成准确性,的另一个机制。,进位消耗1GTP,Tu-GTP,：,在,Ts,（,GTP,交换因子）的参与下生成。,Tu,：,GTPase,活性,Step 2成肽,过程：A site中氨基酰tRNA的,氨基,攻击,P site,的,fMettRNA,fMet,(,肽酰tRNA,）,形成,肽键,，生成二肽酰（,肽酰,）-tRNA(A site)，tRNA,f,Met,（空载的tRNA）留在P site。,催化肽键形成的酶：,转肽酶(23SrRNA,),能量：,氨基酰tRNA,中高能键断裂提供,Step 3转位,过程：核糖体,向mRNA 3,方向,移动一个密码子,二,肽酰tRNA,进入,P Site,空载的,tRNA,进入,E site,并由此进入胞质,第,三,个（下一个）密码子进入,A site,，进入下一个延伸循环。,转位需,EF-G,-,GTP,水解提供能量(,转位酶）,。,三、终止,1.以,终止密码子,出现为信号,2.,释放因子,：,原核三个：,RF1,(UAG/UAA),RF2,(UGA/UAA),RF3(促进RF1,或,RF2,从核糖体上释放）,真核：,eRF1,、eRF3(,e,RF3-GTP),3.终止过程,过程：,（,1）,终止密码子,进入A site，,RF1（或RF2）,与,之,结合，水解肽酰tRNA键，,肽链释放,。,（2）,30S,亚单位结合,RF3-GDP,并转变为,RF3-GTP,，RF1从核糖体上释放。GTP水解，RF3-GDP从核糖体上释放。,（3）,RRF,（A site）、EF-G-GTP、,IF3,依次结合到核糖体,30 S,与50S亚单位分离，进入下一个翻译起始过程。,RRF：核糖体循环因子,核糖体循环,能量消耗,起始、终止分别消耗1和2个GTP,氨酰tRNA形成消耗ATP(AMP),进位、转位各消耗1个GTP,每个聚合一个AA能量消耗,4NTP的高能磷酸键,五、,多肽链的折叠及,翻译后加工,（一）多肽链的折叠,多数需要其他蛋白质的参与,1.分子伴侣,热休克蛋白（HSP)、伴侣素,2.酶,蛋白二硫键异构酶,肽脯氨酰顺反异构酶,（二）翻译后加工,1、一级结构的加工,（1）N端,f,Met或,Met,的切除,（2）特定氨基残基的修饰：,乙酰化（50%的蛋白质N端被修饰）、,磷酸化（如酪蛋白）,、羟基化、羧基化、甲基化（如肌蛋白、钙调蛋白）等,（3）多肽链的切割：特定位置水解,如信号肽等,的切除,2、空间结构的加工,（1）二硫键的形成,（2）亚基聚合,（3）辅基连接：如血红蛋白连接血红素,（4）糖基化修饰（糖蛋白）,（5）疏水,脂链,的连接,糖基化修饰（糖蛋白）,Asn,（Gln）、Ser、Thr-糖,疏水,脂链,的连接：,特殊位点,连接脂肪链或多异戊二烯,如,G蛋白,、Ras等,中心法则,中心法则：遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程。,DNA,RNA,Protein,第三节 蛋白质的靶向输送,protein targeting,蛋白质的靶向输送：蛋白质合成加工后通过复杂机制定向输送到内质网或发挥生物功能的目标位置的过程。,去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到靶细胞或器官）,信号序列（,signal sequence,）：新合成的蛋白质分子中,引导,蛋白质输送到,细胞靶部位,的,特异氨基酸序列,。,信号序列包括,：,信号肽（内质网）,、,核定位序列NLS（核）、,前导肽（线粒体）,等,靶向输送蛋白,信号序列或成分,分泌蛋白,信号肽,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（2035氨基酸残基）,核蛋白,核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）,过氧化体蛋白,PST序列（如-Ser-Lys-Leu-）,溶酶体蛋白,Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）,靶向输送蛋白的信号序列或成分,(一）分泌蛋白的靶向输送,1、,信号肽（Signal peptide）,狭义：引导新合成的蛋白质转移到,内质网,上的一段氨基酸序列,（1630个氨基酸残基）,，一般位于新合成肽链的,N端,。,广义：信号肽指的是新合成的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位的特异氨基酸序列。,2、,信号肽识别颗粒,（,Signal recognition particle,，,SRP，核糖核蛋白）及 SPR受体,SPR位于胞液中,SPR受体位于内质网（ER)上,3、输送过程,过程：,1）肽链合成约70AA残基,-SRP,与,信号肽,及大亚单位结合，进一步结合GTP，,肽链合成暂时停止,；,2）,SRP,-,GTP识别并结合内质网膜上的SRP受体，同时大亚单位通过核糖体受体锚定到ER膜，跨ER膜通道开放，包含信号肽在内的,肽链进入内质网,；,3）GTP水解，SRP释放，多肽链恢复延伸；,信号肽,在内质网内,被特异蛋白酶切割,；,4）多肽链折叠；加工修饰（如N-糖基化修饰）；,5）由转运小泡运输到,高尔基体,，进一步修饰和分选包装，并运送到目的地,.,（二）,线粒体蛋白的靶向输送,热休克蛋白,外膜受体复合体,跨内外膜蛋白通道,特异蛋白酶,输送过程：,1)蛋白质前体与,HSP,70(,热休克蛋白,）或线粒体输入刺激因子（NSF);,2)通过信号序列（,导肽,）识别并结合外膜受体复合物；,3）由跨内外膜蛋白质通道转运至线粒体基质（HSP70水解ATP提供能量）；,4)蛋白酶水解信号序列，折叠成功能分子。,（三）,细胞核蛋白的靶向输送,核输入因子,核孔复合物,小GTP酶Ran,输送过程：,1)蛋白质前体（有NSL)结合核输入因子,二聚体，形成复合物，并导向核孔；,2)小GTP酶Ran水解GTP，复合物跨核孔转位进入核基质；,3）复合物解体，核输入因子转位出核孔，核蛋白定位至核内。,蛋白质生物合成的干扰和抑制,I,nterference&Inhibition of Protein Biosynthesis,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。,四环素族,氯霉素,链霉素和卡那霉素,嘌呤霉素,放线菌酮,一、抗生素类,酪氨酰-tRNA类似物,抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合,抑制转肽酶、阻断延长,抑制转肽酶、阻断延长,改变构象引起读码错误、抑制起始,红霉素,抑制转肽酶、妨碍转位,嘌呤霉素作用示意图,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,毒素(toxin),干扰素(interferon),1.白喉毒素,(diphtheria toxin),的作用机理,白喉杆菌分泌，是一种修饰酶。,抑制蛋白质合成过程中的转位反应:催化eEF-2 发生ADP糖基化修饰，使,eEF-2失活,。,白喉毒素,(diphtheria toxin),的作用机理,修饰酶,ADP糖基化修饰,2.,干扰素的作用机理,干扰素是宿主细胞在感染病毒（病原体或肿瘤细胞）后分泌的一类有抗病毒作用等多种功能的蛋白质(多为糖蛋白)。,抗病毒作用,、抑制肿瘤细胞增殖,、调节免疫功能等多种生物活性,。,抑制病毒蛋白质合成,核酸内切酶,寡聚腺苷酸,降解病毒mRNA,本章内容,一、概念：翻译、密码子、开放阅读框、SD序列、蛋白质的靶向输送、信号肽、中心法则,二、符号解释：,tRNA,i,fMet,、fMettRNA,i,fMet,、,SRP,三、主要内容：,1、密码子的特点；起始密码子和终止密码子的核苷酸三联体序列；tRNA的特点；核糖体大小亚单位的组成；,2、氨基酰-tRNA合成酶的特点及其在蛋白合成精确性中的作用；,3.蛋白质合成的过程（氨基酸的活化、肽链合成的起始、延伸和终止、肽链的折叠和翻译后加工）；,4.原核生物和真核生物肽链合成起始的主要区别；,5、原核生物三种翻译起始因子的作用；70S核糖体的三个特殊位点；,6、蛋白质的翻译后加工的方式；,7、掌握蛋白质的靶向输送相关概念，并了解信号肽引导下的输送过程；,8、了解天然抗生素和某些毒素对蛋白质合成的抑制机制。,