第12章蛋白质生物合成1.ppt

目录目录第第12章蛋白质生物合成章蛋白质生物合成11现在学习的是第1页，共65页RNAaseP、内切酶内切酶目目 录录现在学习的是第2页，共65页tRNA核苷酸转移酶、连核苷酸转移酶、连接酶接酶ATPADP目目 录录现在学习的是第3页，共65页碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目目 录录现在学习的是第4页，共65页三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S现在学习的是第5页，共65页四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式四、核四、核 酶酶现在学习的是第6页，共65页具有催化功能的具有催化功能的RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)现在学习的是第7页，共65页蛋白质的生物合成（翻蛋白质的生物合成（翻译）译）第第12章章Protein Biosynthesis(Translation)现在学习的是第8页，共65页蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念蛋蛋白白质质生生物物合合成成(protein biosynthesis)也也称称翻翻译译(translation)，是是生生物物细细胞胞以以mRNA为为模模板板，按按照照mRNA分分子子中中核核苷苷酸酸组组成成的的密密码码信信息息合合成成蛋蛋白白质质的的过程。过程。n定义定义现在学习的是第9页，共65页（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送）肽链形成后的加工和靶向输送n反应过程反应过程现在学习的是第10页，共65页第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein Biosynthesis System现在学习的是第11页，共65页1.基本原料：基本原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸2.模板：模板：mRNA3.适配器：适配器：tRNA4.装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体5.酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子6.能源物质：能源物质：ATP、GTP7.无机离子：无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系现在学习的是第12页，共65页一、一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板nmRNA的基本结构的基本结构Start CapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5-端端起起始始密密码码子子AUG到到3-端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。现在学习的是第13页，共65页原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子PPP5 3 蛋白质蛋白质现在学习的是第14页，共65页n遗传密码遗传密码在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息或其他信息)，这种三联体，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。形式的核苷酸序列称为密码子。initiation codon：AUGtermination codon：UAA、UAG、UGA密码子（密码子（codon）起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：现在学习的是第15页，共65页n遗传密码的特点遗传密码的特点1.方向性方向性(directional)2.连续性连续性(non-punctuated)3.简并性简并性(degenerate)4.通用性通用性(universal)5.摆动性摆动性(wobble)现在学习的是第16页，共65页连续性连续性 5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码终止密码基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致入或缺失，可能导致框移突变框移突变。mRNA编辑编辑调节可使同一前体调节可使同一前体mRNA翻译出序列、翻译出序列、功能不同的蛋白质。功能不同的蛋白质。现在学习的是第17页，共65页*3.简并性简并性一一种种氨氨基基酸酸可可具具有有2个个或或2个个以以上上的的密密码码子子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。为为同同一一种种氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子称称为为简简并并性性密密码子，也称同义密码子码子，也称同义密码子。现在学习的是第18页，共65页4.通用性通用性遗传密码表中的这套遗传密码表中的这套“通用密码通用密码”基本基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。上适用于生物界的所有物种，具有通用性。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。细胞的叶绿体。现在学习的是第19页，共65页 通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色现在学习的是第20页，共65页*5.摆动性摆动性 反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对。守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对。tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG现在学习的是第21页，共65页U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对现在学习的是第22页，共65页二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所n核蛋白体的组成：核蛋白体的组成：rRNA和蛋白质和蛋白质 现在学习的是第23页，共65页核蛋白体的核蛋白体的组成组成现在学习的是第24页，共65页n原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 现在学习的是第25页，共65页三、三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器的适配器ntRNA的作用的作用运载氨基酸：运载氨基酸：充当充当“适配器适配器”：现在学习的是第26页，共65页二级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的构象的构象现在学习的是第27页，共65页四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等白质因子等（一）重要的酶类（一）重要的酶类氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶转肽酶转肽酶转位酶转位酶(translocase)现在学习的是第28页，共65页（二）蛋白质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）现在学习的是第29页，共65页能源物质为能源物质为ATP和和GTP;无机离子有无机离子有Mg2+、K+等。等。（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子现在学习的是第30页，共65页第二节第二节氨基酸的活化氨基酸的活化Activation of Amino Acids现在学习的是第31页，共65页氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA的的过程称为过程称为氨基酸的活化氨基酸的活化。参与氨基酸活化的酶：参与氨基酸活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。现在学习的是第32页，共65页n反应过程反应过程一、一、氨基酸活化形成氨基酰氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶现在学习的是第33页，共65页n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶结构结构氨基酰氨基酰tRNA合成酶的合成酶的3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷氨基酰转移到氨基酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸现在学习的是第34页，共65页氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度都有高度特异性。特异性。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶特性特性氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。现在学习的是第35页，共65页动动力力学学校校正正化化学学校校正正校正机制校正机制现在学习的是第36页，共65页n氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的氨结合后形成的氨基酰基酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：现在学习的是第37页，共65页二、起始氨基酰二、起始氨基酰-tRNA起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物真核生物现在学习的是第38页，共65页n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 1次现在学习的是第39页，共65页第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain现在学习的是第40页，共65页起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)n整个过程可分为整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程广义的核蛋白广义的核蛋白体循环体循环 现在学习的是第41页，共65页（一）起始（一）起始翻译起始复合物翻译起始复合物；指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。现在学习的是第42页，共65页IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离现在学习的是第43页，共65页A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合现在学习的是第44页，共65页n原核生物原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：涉及两种机制：在在原原核核生生物物各各种种mRNA起起始始AUG上上游游约约813核核苷苷酸酸部部位位，存存在在一一段段由由49个个核核苷苷酸酸组组成成的的一一致致序序列列，富富含含嘌嘌呤呤碱碱基基，如如-AGGAGG-，称称 S-D序序列，又称核蛋白体结合位点。列，又称核蛋白体结合位点。一一条条多多顺顺反反子子mRNA序序列列上上的的每每个个基基因因编编码码序序列列均拥有各自的均拥有各自的S-D序列和起始序列和起始AUG。现在学习的是第45页，共65页S-D序列序列现在学习的是第46页，共65页IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基结合到小亚基A U G53现在学习的是第47页，共65页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53现在学习的是第48页，共65页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程现在学习的是第49页，共65页指指在在mRNA模模板板的的指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。核蛋白体并聚合成多肽链的过程。（二）延长（二）延长肽肽链链延延长长在在核核蛋蛋白白体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核蛋白体循环，包括：进位、成肽和转位核蛋白体循环，包括：进位、成肽和转位每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。现在学习的是第50页，共65页1.进位进位 又称又称注册注册(registration)，是是指一个氨基酰指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入模板的指令进入并结合到核蛋白体并结合到核蛋白体A位的过程。位的过程。现在学习的是第51页，共65页 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。现在学习的是第52页，共65页TuTsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：进位的反应过程：*核糖体对氨基酰核糖体对氨基酰-tRNA校正作用校正作用 现在学习的是第53页，共65页2.成肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白体的催化下，核蛋白体P位上肽酰位上肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上氨基位上氨基酰酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。现在学习的是第54页，共65页n成肽的反应过程成肽的反应过程现在学习的是第55页，共65页3.转位转位 转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的的3-端移动一个密码子的距离，使下一端移动一个密码子的距离，使下一个密码子进入个密码子进入A位、肽酰位、肽酰-tRNA移入移入P位而卸载位而卸载tRNA移入移入E位排出的过程。位排出的过程。EF-G有转位酶活性，可结合并水解有转位酶活性，可结合并水解1分分子子GTP，释放的能量促进核蛋白体移动。，释放的能量促进核蛋白体移动。现在学习的是第56页，共65页现在学习的是第57页，共65页fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位现在学习的是第58页，共65页（三）终止（三）终止终止阶段需要终止阶段需要释放因子释放因子参与参与。n释放因子的功能：释放因子的功能：RF-1、RF-2识别结合终止密码子识别结合终止密码子诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性RF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性。酶活性。现在学习的是第59页，共65页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 现在学习的是第60页，共65页二、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程（一）起始（一）起始1.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；3.mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。现在学习的是第61页，共65页MetMet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-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-tRNAiMet-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现在学习的是第62页，共65页真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核生生物物基基本本相相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没没有有E位位，转转位位时时卸卸载的载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长现在学习的是第63页，共65页（三）终止（三）终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别所有终止密码子，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类完成原核生物各类RF的功能。的功能。现在学习的是第64页，共65页 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。高速度、高效率进行。（四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体(polysome)多个核蛋白体结合到一条多个核蛋白体结合到一条mRNA链上，同时进行链上，同时进行多肽链合成所形成的聚合物称为多聚核蛋白体。多肽链合成所形成的聚合物称为多聚核蛋白体。现在学习的是第65页，共65页