第十四章蛋白质的生物合成翻译课件.ppt

第十四章蛋白质的生物合成翻译第1页，此课件共60页哦 蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由分子中由碱碱基序列基序列组成的遗传信息，通过组成的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成破译的方式转变成为蛋白质中的为蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而称为翻译，因而称为翻译（translation)。第2页，此课件共60页哦 第一节第一节蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System第3页，此课件共60页哦l 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNA mRNA-模板模板 rRNA-合成氨基酸的机器组分合成氨基酸的机器组分 tRNA-运载氨基酸的工具运载氨基酸的工具第4页，此课件共60页哦1961年，年，Nirenberg 证明了证明了mRNA的模板作的模板作用。用。一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开始，每开始，每3个个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为信号，称为三联体密码三联体密码（triplet codon）。）。第5页，此课件共60页哦遗遗传传密密码码表表密密码码子子的的第第一一个个字字母母密码子的第二个字母密码子的第二个字母第6页，此课件共60页哦1.连续性（连续性（commaless）l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间隔也无重叠。阅读，密码间既无间隔也无重叠。2.简并性（简并性（degeneracy）遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有2-4个或多至个或多至6个个密码子为之编码。密码子为之编码。第7页，此课件共60页哦遗传密码的简并性遗传密码的简并性第8页，此课件共60页哦3.通用性（通用性（universal）蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。有少数例外，如动物细胞的线粒体、植有少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。第9页，此课件共60页哦4.摆动性（摆动性（wobble）tRNA上反密码子的上反密码子的第第1位位碱基与碱基与mRNA密密码子的码子的第第3位位碱基配对时，可以在一定范围碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为这一现象称为摆动性摆动性。第10页，此课件共60页哦二、多肽链合成的装置二、多肽链合成的装置-核蛋白体核蛋白体 第11页，此课件共60页哦第12页，此课件共60页哦原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式第13页，此课件共60页哦A位点位点(aminoacyl site)氨酰氨酰-tRNA结合位点；结合位点；P位点位点(Peptidyl site)肽酰肽酰-tRNA结合位点；结合位点；E位点位点(exit site)去氨酰去氨酰-tRNA结合位点。结合位点。三、核糖体的三、核糖体的3个个tRNA结合位点结合位点第14页，此课件共60页哦三、三、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA在翻译过程在翻译过程中起中起接合体接合体（adaptor）作用，又是作用，又是氨基酸的运氨基酸的运载体。载体。第15页，此课件共60页哦 第16页，此课件共60页哦真核生物：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet第17页，此课件共60页哦蛋白质合成的真实性主要决定于蛋白质合成的真实性主要决定于tRNA能否把正能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的正确位置上，而这确的氨基酸放到新生多肽链的正确位置上，而这一步主要决定于一步主要决定于AAtRNA合成酶是否使氨基酸合成酶是否使氨基酸与对应的与对应的tRNA相结合。相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别合成酶既要能识别tRNA，又要能识别，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶第18页，此课件共60页哦 第二节第二节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis第19页，此课件共60页哦蛋白质合成中蛋白质合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N端端C端端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：一、肽链合成起始一、肽链合成起始二、肽链合成延伸二、肽链合成延伸三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止第20页，此课件共60页哦一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和和起起始始氨氨基基酰酰-tRNA分分别别与与核核蛋蛋 白白 体体 结结 合合 而而 形形 成成翻翻 译译 起起 始始 复复 合合 物物(tr anslational initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiation factor，IF）。）。第21页，此课件共60页哦参与起始过程的蛋白质因子称起始因子参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiation factor，IF）。原核生物起始因）。原核生物起始因子有三种：子有三种：IF-1：占据：占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-2：促进起始：促进起始tRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P位对结位对结合起始合起始tRNA敏感性。敏感性。第22页，此课件共60页哦（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第23页，此课件共60页哦IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离第24页，此课件共60页哦A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合第25页，此课件共60页哦SD序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密码起始密码AUG上游，存在上游，存在4-9个富含嘌呤碱的一致性序列，如个富含嘌呤碱的一致性序列，如-AGGAGG-，称为，称为S-D序列。又称为核蛋白体结序列。又称为核蛋白体结合位点（合位点（ribosomal binding site，RBS)第26页，此课件共60页哦S-D序列序列 第27页，此课件共60页哦IF-3IF-1IF-2GTPA U G533.起始氨基酰起始氨基酰tRNA与小亚基结合与小亚基结合第28页，此课件共60页哦IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合第29页，此课件共60页哦IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。第30页，此课件共60页哦（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA结合；结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第31页，此课件共60页哦MetMet40S40SMeMet 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,PAB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Met-tRNAiMet-elF-2-GTPMetMet60S60S第32页，此课件共60页哦 原核生物的起始原核生物的起始tRNA是是fMet-tRNAfMet，而真核生物是，而真核生物是Met-tRNAMet。原核生物中。原核生物中30S小亚基小亚基首先与首先与mRNA相结相结合，合，再与再与fMet-tRNAfMet结合，最后与结合，最后与50S大亚基结合。大亚基结合。在真核生物中，在真核生物中，40S小亚基小亚基首先与首先与Met-tRNAMet相结合相结合，再与模板再与模板mRNA结合，最后与结合，最后与60S大亚基结合生成大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。起始复合物的生起始复合物。起始复合物的生成需要成需要GTP提供能量，需要提供能量，需要Mg2、NH4及及3个起始因子个起始因子(IF-l、IF-2、IF-3)的参与。的参与。原核生物与真核生物翻译起始复合物形成的区别原核生物与真核生物翻译起始复合物形成的区别第33页，此课件共60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蛋白体是核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始因子种类多；起始起始tRNA的的Met不需甲酰化；不需甲酰化；mRNA的的5帽子和帽子和3poly A尾结构与尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关；起始起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合再结合mRNA第34页，此课件共60页哦二、肽链的延长二、肽链的延长指指按按照照mRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸酸从从N端端向向C端端延延伸伸肽肽链链，直直到到合合成成终终止止的的过过程程。肽肽链链的的延延长长是是在在核核蛋蛋白白体体上上连连续续性性循循环环式式进进行行，又又称称为为核核蛋蛋白白体体循循环环（ribosomal cycle)，每每次次循循环环增增加加一一个个氨氨基基酸酸，分分为为以下三步：以下三步：进进 位位（entrance）；成成 肽肽（peptide bond formation）；）；转位转位（translocation).第35页，此课件共60页哦（一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。第36页，此课件共60页哦第37页，此课件共60页哦TuTsGTPGDPA U G53TuTsGTP第38页，此课件共60页哦（二）成肽（二）成肽是由转肽酶（是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽键形）催化的肽键形成过程。成过程。第39页，此课件共60页哦（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-G有转位酶（有转位酶（translocase）活性，可结合并水解）活性，可结合并水解1分子分子GTP，促进核，促进核蛋白体向蛋白体向mRNA的的3侧移动。侧移动。第40页，此课件共60页哦第41页，此课件共60页哦fMetA U G53fMetTuGTP第42页，此课件共60页哦进进位位转转位位成肽成肽第43页，此课件共60页哦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基基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。本相似，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，转转位位时时卸载的卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程第44页，此课件共60页哦 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。体等分离，这些过程称为肽链合成终止。第45页，此课件共60页哦终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)识识别别终终止止密密码码，如如RF-1特特异异识识别别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，使使肽肽链链从从核核蛋白体上释放。蛋白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 第46页，此课件共60页哦原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第47页，此课件共60页哦U A G53RFCOO-第48页，此课件共60页哦蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein Transportation第第 三三 节节第49页，此课件共60页哦从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰高级结构修饰高级结构修饰 第50页，此课件共60页哦蛋白质前体的加工蛋白质前体的加工 新生多肽链的加工修饰新生多肽链的加工修饰1N端端fMet或或Met的切除：的切除：细菌蛋白质细菌蛋白质N端的甲酰端的甲酰基能被脱甲酰化酶水解，原核生物和真核生物基能被脱甲酰化酶水解，原核生物和真核生物N端的甲硫氨酸在多肽链合成完毕之前被切除端的甲硫氨酸在多肽链合成完毕之前被切除2二硫键的形成二硫键的形成二硫键是蛋白质合成后通过二硫键是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。两个半胱氨酸的氧化作用生成的。第51页，此课件共60页哦 蛋白质前体的加工蛋白质前体的加工3特定氨基酸的修饰特定氨基酸的修饰氨基酸侧链的修饰包括磷酸氨基酸侧链的修饰包括磷酸化化(如核糖体蛋白质如核糖体蛋白质)、糖基化、糖基化(如各种糖蛋白如各种糖蛋白)、甲基化、甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质如组蛋白、肌肉蛋白质)、乙基化、乙基化(如组蛋白如组蛋白)、羟基化、羟基化(如如胶原蛋白胶原蛋白)和竣基化等。糖蛋白是通过蛋白质中天冬氨和竣基化等。糖蛋白是通过蛋白质中天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链上加上糖基形成的，胶酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链上加上糖基形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸为羟基化的。内质网是蛋原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸为羟基化的。内质网是蛋白质白质N-糖基化的主要场所。糖基化的主要场所。新生多肽链的加工修饰新生多肽链的加工修饰第52页，此课件共60页哦蛋白质前体的加工蛋白质前体的加工新合成得到前胰岛素原，切去信号肽变成胰岛素原，再新合成得到前胰岛素原，切去信号肽变成胰岛素原，再切去切去C-肽变成有活性的胰岛素。肽变成有活性的胰岛素。不少多肽类激素和酶的前体也要经过加工才能变为活性分子。不少多肽类激素和酶的前体也要经过加工才能变为活性分子。蜂毒素能溶解动物细胞，也能溶解蜜蜂自身的细胞，在细胞蜂毒素能溶解动物细胞，也能溶解蜜蜂自身的细胞，在细胞内合成没有活性的前毒素，分泌进入刺吸器后，内合成没有活性的前毒素，分泌进入刺吸器后，N端的端的22个个氨基酸残基被蛋白酶水解生成毒素。氨基酸残基被蛋白酶水解生成毒素。4、切除新生链中非功能片段、切除新生链中非功能片段第53页，此课件共60页哦 蛋蛋白白质质前前体体的的加加工工第54页，此课件共60页哦蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送Protein target Transportation第55页，此课件共60页哦（一）（一）分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。而分泌出细胞。信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸端有保守的氨基酸序列称信号肽。序列称信号肽。第56页，此课件共60页哦信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 第57页，此课件共60页哦 第58页，此课件共60页哦（二）（二）线粒体蛋白的靶向输送线粒体蛋白的靶向输送 第59页，此课件共60页哦 第60页，此课件共60页哦