21蛋白质生物合成.pptx

翻译过程翻译过程第1页/共46页第一节 遗传密码nmRNA分子上以53方向,从AUG开始每三个连续的连续的核苷酸组成一个密码子密码子,四种碱基可以组成43计64种密码子。这些密码不仅代表了不仅代表了2020种氨基酸，还决定了翻译过种氨基酸，还决定了翻译过程的起始与终止位置程的起始与终止位置。每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。n这种代表遗传信息的三联体称为密码子，这种代表遗传信息的三联体称为密码子，或或三联体密码子三联体密码子。第2页/共46页遗传密码遗传密码第3页/共46页遗传密码子的特点：遗传密码子的特点：（1）起始码与终止码 nmRNA5末端的AUG（少数GUG）是起始密码，对应肽链的第一个氨基酸(蛋氨酸)的位置，因此原、真核生物合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；nUAAUAA，UAGUAG，UGAUGA是肽链成的终止密码是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA3末端。因此翻译是沿着mRNA分子53方向进行的。第4页/共46页（2 2）密码的通用性与例外）密码的通用性与例外 n生命世界从低等到高等，都使用一套密码，密码表在生物界是通用的。但不同的生物中，不同codon使用频率不同。n例外：真核生物线粒体线粒体的密码子。如人线体中，UGA色氨酸(非终止密码子），AGA、AGG终止密码子（非Arg)。第5页/共46页（3 3）简并性与）简并性与防错防错n一种氨基酸有几组密码子，一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子氨基酸的现象称为密码子的的简并性简并性。-第三位碱基决定第三位碱基决定n对应于同种氨基酸的不同对应于同种氨基酸的不同密码子称为密码子称为同义密码子。同义密码子。n只有色氨酸和蛋氨酸只有只有色氨酸和蛋氨酸只有一个密码子。一个密码子。第6页/共46页（4 4）不重叠，无逗号）不重叠，无逗号 n两个密码子之间没有任何核苷酸隔开，两个密码子之间没有任何核苷酸隔开，因此从起始码因此从起始码AUGAUG开始，三个碱基代表开始，三个碱基代表一个氨基酸，这就构成了一个一个氨基酸，这就构成了一个连续不断连续不断的读码框的读码框，直至终止码。，直至终止码。n如果在读码框中间插入或缺失一个碱基如果在读码框中间插入或缺失一个碱基就会造成就会造成移码突变移码突变，引起突变位点下游，引起突变位点下游氨基酸排列的错误。氨基酸排列的错误。第7页/共46页密码子的特点密码子的特点 从从55开始，三联体密码。有起始码开始，三联体密码。有起始码与终止码之分，无标点，不重叠，简与终止码之分，无标点，不重叠，简并性、摇摆性、通用性与防错系统。并性、摇摆性、通用性与防错系统。第8页/共46页第二节第二节 蛋白质合成的主要物质蛋白质合成的主要物质 n（一）合成原料20种基本氨基酸；n（二）mRNA是合成蛋白质的直接模板；n（三）（三）tRNAtRNA是氨基酸的运载工具是氨基酸的运载工具;n（四）核糖体是蛋白质的合成场所（四）核糖体是蛋白质的合成场所；n（五）多种蛋白因子参与蛋白合成过程 起始因子；延伸因子；释放因子 第9页/共46页二、二、tRNAtRNA转运氨基酸到转运氨基酸到mRNAmRNA模板模板 反密码子反密码子的摆动性的摆动性第10页/共46页反密码子与密码子配对时反密码子与密码子配对时的的摇摆现象摇摆现象n密码子的第密码子的第3 3个碱基与反密码子的第个碱基与反密码子的第1 1个个碱基配对，两者配对并不严格，反密码碱基配对，两者配对并不严格，反密码的第的第1 1位碱基常出现位碱基常出现次黄嘌呤次黄嘌呤I I，与，与A A、C C、U U结合，这是最常见的摆动现象。结合，这是最常见的摆动现象。反密码第1位碱基 ACGUI密码第3位碱基 UGC,U A,G A,C,U第11页/共46页四、核糖体四、核糖体 n核糖体是蛋白质合成的场所，由大、小两个亚基组成，需结构完整才能发挥功能。在体内可游离或与mRNA以串状形式存在。真核生物的核糖体还可与细胞内质网结合，形成粗糙内质网。n成份：rRNA和几十种蛋白质。第12页/共46页上一页下一页章首原核生原核生物核糖物核糖体组成体组成真核生真核生物核糖物核糖体组成体组成第13页/共46页核糖体的功能区核糖体的功能区mRNA、P P、A A、E E位位点；点；转肽酶、各转肽酶、各种因子位点种因子位点第14页/共46页（1 1）mRNAmRNA结合位点：结合位点：在大、小亚基的接触面上。在大、小亚基的接触面上。靠靠30s30s小亚基头部中的小亚基头部中的1616SrRNA3SrRNA3端与端与mRNA AUGmRNA AUG之前的一段序列之前的一段序列(SDSD序列）互补序列）互补;（2 2）P P位点：位点：又叫肽酰基位点。结合延伸的多肽酰又叫肽酰基位点。结合延伸的多肽酰tRNA;tRNA;（3 3）A A位点位点 也称氨酰基位点。结合新进入的氨酰也称氨酰基位点。结合新进入的氨酰tRNAtRNA。（4 4）E E位点：位点：结合空载的结合空载的tRNAtRNA （5 5）转肽酶活性部位：）转肽酶活性部位：位于位于P P位和位和A A位的连接处。位的连接处。（6 6）结合参与蛋白质合成的起始因子）结合参与蛋白质合成的起始因子IFIF、延长、延长因子因子EFEF和终止因子或释放因子和终止因子或释放因子RFRF。第15页/共46页第三节第三节 蛋白质合成机制蛋白质合成机制 n蛋白质的合成亦称翻译，蛋白质的合成亦称翻译，mRNAmRNA氨基酸。氨基酸。方向：方向：5353，N N端端CC端。端。n原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别，真核生物过程更复杂。有很多的区别，真核生物过程更复杂。n蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的的活化活化、多肽链合成的、多肽链合成的起始起始、肽链的、肽链的延长延长、肽链的肽链的终止和释放终止和释放、蛋白质合成后的、蛋白质合成后的加工加工修饰。修饰。第16页/共46页一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化氨酰氨酰tRNAn氨基酸在掺入多肽链之前必须先活化以获得额外能量。活化的氨基酸（氨酰AMP）再与其特异的tRNA结合形成氨酰tRNA。n在氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶催化下进行。第17页/共46页氨基酸活化成氨基酸活化成氨酰氨酰tRNAtRNA消耗两个消耗两个ATPATP第18页/共46页氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的特性合成酶的特性n催化反应的专一性。催化反应的专一性。该酶至少有两个识该酶至少有两个识别位点，既识别氨基酸，又能识别转运该别位点，既识别氨基酸，又能识别转运该氨基酸的一个或多个氨基酸的一个或多个tRNA tRNA。对对tRNAtRNA专一专一性极高性极高。n每种氨基酸都有每种氨基酸都有2-62-6种各自特异的种各自特异的tRNAtRNA，它们之，它们之间的特异性是靠间的特异性是靠氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶来识别的。来识别的。n校正功能。校正功能。可水解错配的氨酰可水解错配的氨酰tRNAtRNA。第19页/共46页蛋氨酰蛋氨酰tRNAtRNA启动蛋白质合成启动蛋白质合成n转运蛋氨酸的转运蛋氨酸的tRNAtRNA有两种：有两种：tRNAiMet：特异识别mRNA上起始密码子AUG，掺入第一个氨基酸，启动蛋白合成；tRNA Met：与mRNA中间的AUG配对，在肽链延伸中掺入Met。n蛋氨酸的活化形式：蛋氨酸的活化形式：n 起始位置：MettRNAiMet（原核f fMet-tRNAi iMet）n中间位置：MettRNAMet第20页/共46页第21页/共46页原核细胞蛋氨酰原核细胞蛋氨酰tRNAtRNA甲酰化甲酰化n原核原核细胞中起始氨基酸活化后，细胞中起始氨基酸活化后，还要还要甲酰化甲酰化。真核细胞没有此。真核细胞没有此过程。过程。FHFH4 4供给甲基供给甲基nMet-tRNAMet-tRNAi i fMet-tRNAfMet-tRNAi i 甲酰化酶甲酰化酶 第22页/共46页二、二、大肠杆菌中大肠杆菌中肽链合成的起始肽链合成的起始(1)(1)起始信号起始信号nSDSD序列序列：位于起始AUG上游10个碱基处一段富含嘌呤的序列。n这段序列正好与30S小亚基中的16S rRNA3端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列。这种互补就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成。第23页/共46页第24页/共46页（2 2）起始复合物的形成）起始复合物的形成：n30S30S起始复合物起始复合物70S70S起始复合物起始复合物。n在起始因子在起始因子IFIF1 1，2 2，3 3和和GTPGTP参与下，参与下，fMet-fMet-tRNAtRNAf f识别识别mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG，与，与30S30S结合成结合成30S30S起始复合物起始复合物；n50S50S与与30S30S起始复合物结合生成起始复合物结合生成70S-mRNA-70S-mRNA-fMet-tRNAfMet-tRNAf f复合物，并释放各种起始因子。复合物，并释放各种起始因子。此时此时fMet-tRNAfMet-tRNAf f占据着占据着P P位点，位点，A A位则空着。位则空着。第25页/共46页70S起始复合物30S起始复合物第26页/共46页三、多肽链的延长三、多肽链的延长 n在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位，转肽和移位三个步骤。n（1 1）进位：）进位：为密码子所规定的氨酰tRNA结合到核糖体的A位，称为进位。需延伸因子EF-Tu、EF-Ts和GTP参与。第27页/共46页n（2 2）转肽）转肽（肽键的形成）：（肽键的形成）：P P位上的位上的肽酰肽酰tRNAtRNA提供提供-COOH-COOH基，和新进入的基，和新进入的AaAa的的-NH-NH2 2形成肽键，从而使形成肽键，从而使P P位上的肽位上的肽连接到连接到A A位氨基酸的氨基上。新合成的肽位氨基酸的氨基上。新合成的肽酰酰tRNAtRNA处于处于A A位位。23SRNA23SRNA催化。催化。n（3)3)移位移位（Translocation)Translocation)：肽酰肽酰tRNAtRNA又进入又进入P P 位，空载位，空载tRNAtRNA进入进入E E位。位。n重复进位、转肽、移位，肽链沿重复进位、转肽、移位，肽链沿NCNC方向延伸。方向延伸。第28页/共46页第29页/共46页第30页/共46页四、翻译的终止及肽链的释放四、翻译的终止及肽链的释放 n当肽链延伸到终止密码子时，没有任何tRNA与之对应，故A位空出，释放因子RF识别终止密码子，进入A位，使肽酰转移酶变为水解酶活性，释放出肽链和tRNA。n生物体为了加强终止，通常设置了两个以上并排的终止密码。所以要合成含n个AA残基的肽链，mRNA至少含有3n+6个核苷酸。第31页/共46页终止密码子：终止密码子：UAAUAGUGA第32页/共46页第33页/共46页多聚核糖体多聚核糖体n上述只是单个核糖体的翻译过程，事实上在细上述只是单个核糖体的翻译过程，事实上在细胞内一条胞内一条mRNAmRNA链上结合着多个核糖体，甚至链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。第一个核糖体翻译移动一定距可多到几百个。第一个核糖体翻译移动一定距离后，第二个核糖体又在离后，第二个核糖体又在mRNAmRNA的起始部位结的起始部位结合。合。n两个核糖体之间有一定的长度间隔，每个核糖两个核糖体之间有一定的长度间隔，每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条核糖体可以在一条mRNAmRNA链上同时合成多条相链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。第34页/共46页系列核糖体同时翻译同一条系列核糖体同时翻译同一条mRNAmRNA第35页/共46页第36页/共46页真核生物蛋白质的合成真核生物蛋白质的合成n核糖体不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40）n起始Aa不同：原核是fMet，真核是Met n起始机制不同：原核SD序列，真核5端帽子。n起始复合物的形成过程不同。n真核生物过程更复杂，需要的因子更多。第37页/共46页五、蛋白质合成的抑制剂抗生素直接抑制蛋白质合成：抗生素直接抑制蛋白质合成：n原核：氯霉素、四环素、链霉素、新霉素、卡拉霉素、红霉素、n真核：亚胺环己酮、白喉毒素n嘌呤霉素（628）对原核、真核均有抑制作用。第38页/共46页n与与DNADNA模板作用模板作用n与与RNARNA聚合酶作用聚合酶作用n原核生物原核生物n真核生物真核生物n n放线菌素放线菌素放线菌素放线菌素D-D-D-D-插入插入插入插入dG*dCdG*dCdG*dCdG*dC间间间间n n低浓度低浓度低浓度低浓度-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA延长延长延长延长n n高浓度高浓度高浓度高浓度-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA起始起始起始起始 (-)DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA复制复制复制复制n利福平利福平/利福霉素利福霉素n n和和和和RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶亚基结合亚基结合亚基结合亚基结合-(-)(-)(-)(-)转录起始转录起始转录起始转录起始/延伸延伸延伸延伸n鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 -(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶间接抑制间接抑制第39页/共46页第四节 蛋白的运输n蛋白质的合成部位在核糖体，合成后去蛋白质的合成部位在核糖体，合成后去向有三个：向有三个：保留在胞浆；保留在胞浆；进入细胞进入细胞核、线粒体或其它细胞器；核、线粒体或其它细胞器；分泌到细分泌到细胞外。胞外。n跨膜运输：跨膜运输：去向需越过不同的膜去向需越过不同的膜结构。结构。信号肽信号肽决定了肽的走向。决定了肽的走向。n靶向运输：靶向运输：蛋白质合成后，定向到达其蛋白质合成后，定向到达其执行功能的目的地点。执行功能的目的地点。第40页/共46页信信号号肽肽：绝绝大大多多数数越越膜膜蛋蛋白白的的N N端端约约有有15-3015-30个个以以疏水氨基酸疏水氨基酸为主的为主的N N端信号序列。端信号序列。共共有有特特征征：N N端端碱碱性性AaAa；中中间间15153030个个疏疏水水氨基酸；氨基酸；C C端有信号肽酶切位点。端有信号肽酶切位点。第41页/共46页第五节第五节 加工修饰加工修饰n多多肽肽移移位位到到内内质质网网后后，在在内内质质网网的的小小腔腔上上被被修修饰饰。修修饰饰作作用用包包括括切切去去信信号号肽肽，形形成成二二硫硫键键，使使线线性性多多肽肽呈呈献献一一定定空空间间结结构构及及糖糖基基化化作作用用。在在高高尔尔基基体体中中，糖糖蛋蛋白白的的寡寡糖糖核核进进一一步步修修饰饰，并将多肽分类输送到各处。并将多肽分类输送到各处。第42页/共46页加工修饰切除信号肽糖基化第43页/共46页蛋白质翻译后的折叠蛋白质翻译后的折叠 n大大多多数数蛋蛋白白质质翻翻译译后后要要进进行行不不同同形形式式的的加加工工修修饰饰，并并折叠成一定形状才有活性。折叠成一定形状才有活性。n蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，只是其高级结构蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，只是其高级结构或者说或者说构象改变引起的疾病构象改变引起的疾病，那就是所谓，那就是所谓“构象病构象病”，或称，或称“折叠病折叠病”，如疯牛病、老年性痴呆症、家族，如疯牛病、老年性痴呆症、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等。内障等等。n对蛋白质折叠机理的研究将极大地影响生物和医学的对蛋白质折叠机理的研究将极大地影响生物和医学的许多领域，如药物设计等等。许多领域，如药物设计等等。第44页/共46页n部分：可按照一级结构中氨基酸侧链的性质，自发卷曲，形成一定的空间结构；n而许多细胞内蛋白质正确装配都需要一类称做“分子伴侣”的蛋白质及折叠酶的帮助才能完成。n分子伴侣（molecular chaperones）：帮助新生肽链进行非共价折叠的一类蛋白质。能介导蛋白质正确装配成有活性的蛋白质，本身并不参与最终装配产物的组成，如热休克蛋白和前导肽等。第45页/共46页第46页/共46页