蛋白质合成的生物学机制课件.ppt
蛋白质合成的生物学机制第1页，此课件共41页哦生物信息的传递翻译从mRNA到蛋白质（蛋白质合成的的生物学机制）第2页，此课件共41页哦氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止4.4蛋白质合成的生物学机制第3页，此课件共41页哦(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATPAMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第4页，此课件共41页哦氨基酰-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-tRNASerMet-tRNAMet 第5页，此课件共41页哦原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第6页，此课件共41页哦第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMPPPi 第7页，此课件共41页哦第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-EtRNA 氨基酰氨基酰-tRNAAMPE第8页，此课件共41页哦 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第9页，此课件共41页哦(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第10页，此课件共41页哦（1）起始因子起始因子（initiationfactors,IF）起始因子起始因子:起始因子是参与蛋白质生物合成起始的可溶性蛋白因子起始因子是参与蛋白质生物合成起始的可溶性蛋白因子起起始始复复合合物物:蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始，生生成成核核糖糖体体mRNA起起始始-tRNA三三元元复复合合物物，也也叫起始复合物叫起始复合物。起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。目前已知起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。目前已知原核生物有原核生物有3种起始因种起始因子子，而真核生物约有而真核生物约有10种种。第11页，此课件共41页哦原核生物的原核生物的3种起始因子：种起始因子：IF-1（9.5103）为为一一小小的的碱碱性性蛋蛋白白、已已结结晶晶、热热稳稳定定、没没有有专专一一的的功功能能，只只能增加其他两个起始因子的活性。能增加其他两个起始因子的活性。IF-2(9.01041.18105，有有IF-2a和和IF-2b两种形式两种形式)热不稳定。热不稳定。IF-2的功能的功能是是通过生成通过生成IF-2GTPMet-tRNAfMet三元复合物，使起始三元复合物，使起始tRNA与核糖体与核糖体小亚基小亚基(30S亚基亚基)结合。结合。IF-3（有（有IF-3a、IF-3b两种）是个双功能蛋白质，两种）是个双功能蛋白质，IF-3的功能是促进的功能是促进 mRNA与核糖体小亚基与核糖体小亚基(30S亚基亚基)结合，同时还具解离因子活性。结合，同时还具解离因子活性。第12页，此课件共41页哦IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：1.30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1,IF-3结合,在通过SD序列与mRNA模板相结合A U G53第13页，此课件共41页哦S-D序列序列 第14页，此课件共41页哦IF-3IF-1IF-2GTP2.2.在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53第15页，此课件共41页哦IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3 3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53第16页，此课件共41页哦IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第17页，此课件共41页哦真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为；起始因子比较多（约有10种）；mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物；第18页，此课件共41页哦 真核生物的起始因子对于生成真核生物的起始因子对于生成80S核核糖体糖体mRNAMet-tRNAMet三元起始复合物是三元起始复合物是必要的。必要的。第19页，此课件共41页哦表4-14a真核细胞中参与翻译起始的蛋白质因子及其功能真核因子真核因子功能功能eIF2促进促进Met-tRNAMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合。（最重要的）。（最重要的）eIF2BeIF3是最早与核糖体是最早与核糖体40S小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进。小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进。eIF4A具有具有RNA解旋酶活性，解除解旋酶活性，解除mRNA模板的次级结构并使之与模板的次级结构并使之与40S小亚基结合，小亚基结合，形成形成eIF4F复合物。复合物。eIF4B与与mRNA模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位AUG。eIF4E与与mRNA5的帽子结构相结合，形成的帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。复合物。eIF4G与与eIF4E和和poly（A）结合蛋白（）结合蛋白（PAB）相结合，形成）相结合，形成eIF4F复合物。复合物。eIF5促使多个蛋白因子与促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成80核糖体，核糖体，形成翻译起始复合物。形成翻译起始复合物。eIF6促进没有蛋白质合成活性的促进没有蛋白质合成活性的80S核糖体解离成核糖体解离成40S和和60S两个亚基。两个亚基。第20页，此课件共41页哦真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物)原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。第21页，此课件共41页哦内容原核生物真核生物核糖体完整70S80S亚基50S,30S60S,40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三种至少七种起始复合物生成顺序1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAMet2.30S-mRNAfMet-tRNAfMet2.40S-mRNAMet-tRNAMet3.70S-mRNAfMet-tRNAfMet3.80S-mRNAMet-tRNAMet原核生物和真核生物蛋白质合成起始的区别第22页，此课件共41页哦metmet40S40SMeMet tMetMetmRNAelF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复真核生物翻译起始复合物形成过程合物形成过程第23页，此课件共41页哦 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成 和 移位。延伸因子(elongation factor,EF)：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G 真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链的延伸第24页，此课件共41页哦1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子第25页，此课件共41页哦延伸因子延伸因子（elongationfactorsEF）延延伸伸因因子子：是是一一类类参参与与蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中肽肽链链延延伸伸的的蛋蛋白白因因子。子。无论原核或真核生物，延伸因子可分为无论原核或真核生物，延伸因子可分为二类二类：一一类类：是是帮帮助助氨氨酰酰tRNA(延延伸伸tRNA)进进入入核核糖糖体体与与mRNA结结合合的的EF。原核生物原核生物EF-Tu、EF-Ts真核生物真核生物EF-1第26页，此课件共41页哦另一类：是使肽基另一类：是使肽基tRNA从核糖体的从核糖体的A位向位向P位移动的位移动的EF原核生物原核生物EF-G真核生物真核生物EF-2在原核生物中：在原核生物中：EF-Tu的功能的功能是按照是按照mRNA上的编码携带上的编码携带aa-tRNA进入进入A位。位。EF-Tu有有GTP存在下与存在下与aa-tRNA形成稳定的三形成稳定的三元复合物：元复合物：(EF-TuGTPaa-tRNA)第27页，此课件共41页哦第28页，此课件共41页哦通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形形成成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+EF-Ts EF-Tu-Ts+GDP EF-Tu-Ts+GTP EF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环第29页，此课件共41页哦EF-TuGDPEF-TsEF-TuGTPGDPEF-TuEF-TsGTP第30页，此课件共41页哦EF-Tu具高度专一性，只能识别并结合除了具高度专一性，只能识别并结合除了fMet-tRNAfMet外的所有外的所有aa-tRNA。EF-Tu的这一特性保证了起始的这一特性保证了起始tRNA携带的携带的fMet不能进入不能进入肽链内部，因为无论甲酰或非甲酰的起始肽链内部，因为无论甲酰或非甲酰的起始tRNA都不能与都不能与EF-Tu和和GTP生成复合物。生成复合物。GTP水解后，水解后，EF-TuGDP从核糖体释放出来。从核糖体释放出来。EF-Tu是一是一个热不稳定的蛋白因子。个热不稳定的蛋白因子。EF-Ts则是热稳定的，它不直接与核糖体发生联系，则是热稳定的，它不直接与核糖体发生联系，其其功能是使功能是使EF-TuGDP再生为再生为EF-TuGTP，然后再参与肽链延伸：然后再参与肽链延伸：第31页，此课件共41页哦2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化第32页，此课件共41页哦3、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子 自自第第一一个个肽肽链链合合成成以以后后，每每增增加加一一个个氨氨基基酸酸，肽肽基基-tRNA都都要要从从A位位移移至至P位位，核核糖糖体体与与mRNA相相对对移移动动3个个核核苷苷酸酸（一一个个密密码码子子）的的距距离离，该该过过程程需需要要EF-G 和和GTP。EF-G 是一种依赖于核糖体是一种依赖于核糖体的的GTPase它能使它能使GTP水解。水解。第33页，此课件共41页哦延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。第34页，此课件共41页哦fMetA U G53fMetTuGTP第35页，此课件共41页哦第36页，此课件共41页哦当当mRNAmRNA分子上分子上终止密码子终止密码子出现在核糖体的出现在核糖体的A A位时，在一位时，在一般情况下由于没有任何氨酰般情况下由于没有任何氨酰 tRNA tRNA 可以与终止密码子结可以与终止密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。合，不能把这些密码子翻成氨基酸。释放因子释放因子(终止因子终止因子：原核：原核 RF-1RF-1、RF-2RF-2、RF-3RF-3、真真核核RFRF)在在GTPGTP存在下能识别终止密码子。存在下能识别终止密码子。RFRF与与A A位结合后，活化位结合后，活化肽基转移酶肽基转移酶，水解，水解P P位上位上tRNAtRNA与肽链之间的键。随着新生肽链和最后一个非酰化与肽链之间的键。随着新生肽链和最后一个非酰化tRNAtRNA离开核糖体，完成肽链的合成。离开核糖体，完成肽链的合成。（四）肽链的终止第37页，此课件共41页哦释放因子释放因子(ReleaseFactorRF)或终止因子或终止因子(terminationfactor)释释放放因因子子(ReleaseFactorRF)：是是一一类类参参与与蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中能能识识别别终终止止密密码码子子而而终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出的蛋白因子。终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出的蛋白因子。原核生物中发现有原核生物中发现有3种释放因子种释放因子(ReleaseFactor)RF-1、RF-2和和RF-3，哺乳动物只有，哺乳动物只有1种释放因子种释放因子eRF。第38页，此课件共41页哦蛋白质合成中的蛋白质合成中的释放因子释放因子释放因子释放因子分子量分子量识别密码子识别密码子 原核生物原核生物RF-144000UAA,UAGRF-247000UAA,UGARF-3本身无识别密码子性质本身无识别密码子性质(增加增加RF-1和和RF-2活性活性)真核生物真核生物eRF 150000-250000UAA,UAG,UGA第39页，此课件共41页哦原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程第40页，此课件共41页哦 RF具有依赖核糖体的具有依赖核糖体的GTPase活性，催化活性，催化GTP水解使水解使RF与核糖体解离，与核糖体解离，“空的空的”核糖体进入核糖体循环。核糖体进入核糖体循环。由由mRNA翻译出来的多肽链是没有功能的，这叫翻译出来的多肽链是没有功能的，这叫新生蛋新生蛋白质白质或或蛋白质前体蛋白质前体，它们需要经过加工改造才能成为有功能，它们需要经过加工改造才能成为有功能的蛋白质。的蛋白质。第41页，此课件共41页哦
