蛋白质的生物合成 (9)精选课件.ppt

关于蛋白质的生物合成(9)第一页，本课件共有49页蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成-翻译（翻译（translationtranslation）：是是指指在在核核糖糖体体上上，以以mRNAmRNA为为模模板板，根根据据每每3 3个个相相邻邻核核苷苷酸酸决决定定一一种种氨氨基基酸酸的的三三联联体体密密码码规规则则，由由tRNAtRNA运运送送活活化化的的氨氨基基酸酸，GTPGTP提提供供所所需需能能量量，合合成成出出具具有有特特定定氨氨基基酸酸顺顺序序的的蛋白质肽链的过程。蛋白质肽链的过程。第二页，本课件共有49页 遗传信息的传递与表达遗传信息的传递与表达第三页，本课件共有49页翻译（蛋白质的生物合成）翻译（蛋白质的生物合成）:以以氨基酸氨基酸为原料为原料以以mRNAmRNA为模板为模板以以tRNAtRNA为运载工具为运载工具以以核糖体核糖体为合成场所为合成场所起始、延长、终止各阶段起始、延长、终止各阶段蛋白因子蛋白因子参与参与合成后加工成为有合成后加工成为有活性蛋白质活性蛋白质第四页，本课件共有49页一、遗传密码一、遗传密码 蛋蛋白白质质是是由由2020种种氨氨基基酸酸组组成成的的，DNADNA是是由由A A，T T，C C和和G G四四种种脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸构构成成的的，但但是是脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸残基顺序决定了氨基酸的顺序！残基顺序决定了氨基酸的顺序！第五页，本课件共有49页（一）（一）三联体密码的确立三联体密码的确立 3个相连的核苷酸代表1个氨基酸，即每3个相连的核苷酸组成1个密码子，称为三联体密码。组成蛋白质的氨基酸有20种，核酸中只有4种核苷酸：41=4 20 42=1620 43=6420第六页，本课件共有49页 三三个个不不同同的的实实验验证证明明了了遗遗传传密密码码是是由由mRNAmRNA上上3 3个个连连续续的的核核苷苷酸酸残残基基构构成成的的，称称为为三三联联体体密密码码子子（triplet triplet codonscodons），下下图图给给出出了了三三个个证证明明遗遗传传密密码码是是三三联联体体密密码码的的著名实验的示意图。著名实验的示意图。第七页，本课件共有49页第八页，本课件共有49页（二）遗传（二）遗传密码子的破译密码子的破译 利用以下三方面的研究工作进行密码子的破译工作：1、人工合成多种寡核苷酸作为mRNA模板；2、建立无细胞翻译系统；3、核糖体结合技术；应用上述方法，花了5年时间，Nirenberg等于1966年完成了20种氨基酸的全部密码的破译，并编制出了遗传密码字典。第九页，本课件共有49页 19661966年年，全全部部遗遗传传密密码码都都被被破破译译。左左表表给给出出了了大大肠肠杆杆菌菌中中用用于于蛋蛋白白质质合合成成的的遗遗传传密密码码，这这些些遗遗传传密密码码几几乎乎是是所所有有生生物物 通通 用用 的的。第十页，本课件共有49页 遗传密码（遗传密码（遗传密码（遗传密码（genetic code)-genetic code)-genetic code)-genetic code)-共共64646464个遗传密码个遗传密码个遗传密码个遗传密码 mRNA 5AUGmRNA 5AUGmRNA 5AUGmRNA 5AUG UCCUCCUCCUCC ACCACCACCACC GUAGUA UAA 3UAA 3 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 N N N N端端 SerSerSerSer ThrThrThrThr Val Val C C C C端端 起始密码起始密码起始密码起始密码-AUG-AUG-AUG-AUG终止密码终止密码-UAA/UGA/UAG-UAA/UGA/UAG第十一页，本课件共有49页（三）遗传密码的基本特点（三）遗传密码的基本特点1、密码子不重叠：每三个核苷酸为一单位，每个单位只代表一个氨基酸；2、密码的通用性：所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等。第十二页，本课件共有49页3、密码的连续性：两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入或删除碱基，可发生移码突变或框移。第十三页，本课件共有49页4、密码的简并性：一种氨基酸可有多个密码子体现这一信息为简并性。密码子的前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异，如A、G、C、U。第十四页，本课件共有49页5、密密码码子子与与反反密密码码子子的的摆摆动动配配对对：密码子和反密码子的第一第二两个碱基的配对是标准配对，而 第 三 个 碱 基 则 可 以 随 意 配 对。第十五页，本课件共有49页密码密码密码密码 mRNAmRNA55333355反密码反密码反密码反密码 tRNAtRNAGCUCGICAtRNAtRNAtRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA分子上的密码子摆动配对分子上的密码子摆动配对1 12 23 31 12 23 3自由度的大自由度的大小由小由tRNAtRNA反反密码子第一密码子第一位碱基的种位碱基的种类决定类决定I-AI-CI-U第十六页，本课件共有49页二、蛋白质生物合成的主要部件二、蛋白质生物合成的主要部件l核核糖糖体体：是是蛋蛋白白质质合合成成的的场场所所，所所有有的的核核糖糖体都是由大小不同的两个亚基组成的。体都是由大小不同的两个亚基组成的。第十七页，本课件共有49页 多核糖体多核糖体多核糖体多核糖体 一条一条一条一条mRNAmRNA链上链上链上链上同时具有同时具有同时具有同时具有许多个核糖体许多个核糖体许多个核糖体许多个核糖体（每隔（每隔80808080核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）一条一条一条一条mRNAmRNA可同时合成可同时合成可同时合成可同时合成多条多肽链多条多肽链多条多肽链多条多肽链第十八页，本课件共有49页30S30S亚亚基基与与mRNAmRNA结结合合形形成成30S30S核核糖糖体体-mRNA-mRNA复复合体，该复合体又能与合体，该复合体又能与tRNAtRNA专一地结合专一地结合;50S50S亚亚基基上上有有三三个个tRNAtRNA结结合合部部位位：氨氨酰酰-tRNAtRNA部部位位（aminoacyl aminoacyl bingding bingding sites,sites,A A）、肽肽酰酰-tRNA-tRNA部部位位（peptidyl peptidyl bingding bingding sites,sites,P P）和和tRNAtRNA退退出出部部位位（exit exit sites,sites,E E）。）。第十九页，本课件共有49页第二十页，本课件共有49页ltRNAtRNA第二十一页，本课件共有49页 种类种类种类种类起始起始tRNA-tRNAtRNA-tRNAf f f fmetmetmetmet 只能识别翻译只能识别翻译只能识别翻译只能识别翻译起始起始信号信号信号信号AUGAUG只能结合于核糖体的只能结合于核糖体的肽位（肽位（P P位）位）位）位）普通普通普通普通tRNA-tRNAtRNA-tRNAtRNA-tRNAtRNA-tRNAmetmet在翻译在翻译延长延长延长延长中发挥作用中发挥作用结合于核糖体的结合于核糖体的氨酰位（氨酰位（A A A A位）或肽位位）或肽位位）或肽位位）或肽位（P P P P位）位）起始起始tRNAtRNA与普通与普通tRNAtRNA（p623)p623)第二十二页，本课件共有49页氨酰氨酰-tRNA-tRNA的合成的合成 在第一步反应中，氨基酸的羧基攻击在第一步反应中，氨基酸的羧基攻击ATPATP的的-磷酰基，取代焦磷酸，生成氨酰磷酰基，取代焦磷酸，生成氨酰-腺苷腺苷酸中间产物酸中间产物:氨基酸氨基酸ATP 氨基酸氨基酸-AMPPPi合成的第二步反应是氨酰基从中间产物转移合成的第二步反应是氨酰基从中间产物转移到到tRNAtRNA上，生成氨酰上，生成氨酰-tRNA:-tRNA:氨基酸氨基酸-AMPtRNA=氨酰氨酰-tRNAAMP总反应为：总反应为：氨基酸氨基酸tRNA ATP 氨酰氨酰-tRNAAMPPPi 第二十三页，本课件共有49页三、蛋白质的合成三、蛋白质的合成蛋蛋白白质质的的合合成成是是在在模模板板（mRNA）指指导导下下进进行行的的，可可将将合合成成过过程程分分为为肽肽链链合合成成的的起起始始、延伸延伸和和终止终止阶段。阶段。蛋蛋白白质质的的合合成成是是通通过过一一个个复复杂杂的的复复合合体体完完成成的的，它它包包括括核核糖糖体体、附附属属的的蛋蛋白白质质因因子子、mRNA和和负负载载的的tRNA分分子子，又又称称为为翻翻译译复复合体。合体。第二十四页，本课件共有49页合成的起始合成的起始起始复合物的形成取决于几个起始因子的作用。在起始复合物的形成取决于几个起始因子的作用。在原核生物中，存在着三个起始因子（原核生物中，存在着三个起始因子（Initiation Factor 缩写为缩写为IF）IF1，IF2和和IF3。下图给出。下图给出了起始复合物形成的三个步骤了起始复合物形成的三个步骤第二十五页，本课件共有49页 IF1结结合合在在30S核核糖糖体体亚亚基基上上，促促进进IF2和和IF3发发挥挥作作用用。IF3的的一一个个作作用用是是通通过过结结合合在在30S的的小小亚亚基基上上，使使小小亚亚基基维维持持在在游游离离的的状状态态，IF3与与30S的的结结合合可可以以防防止止30S和和50S亚亚基基形形成成排排斥斥mRNA的的不不成成熟熟的的70S复复合合物物。它它对对mRNA上上的的转转录录起起始始位位置置具具有有很很高高的的亲亲和和性性。第二十六页，本课件共有49页 结结合合了了GTP的的IF-2-GTP复复合合物物可可以以特特异异识识别别起起始始tRNA，就就是是说说，能能够够从从细细胞胞中中的的氨氨酰酰化化的的tRNA分分子子库库中中挑挑选选出出fMet-tRNAtRNAf fmetmet。IF-2-GTP结结合合在在30S亚亚基基上上，通通过过形形成成的的30S复复合合物物识识别别mRNA模模板板上上的的SD序序列列和和起起始始密密码码，与与mRNA相相互互作作用用，形形成成了了一一个个由由fMet-tRNAtRNAf fmetmet、IF-2-GTP以以及及mRNA组组成成的的前前起起始始复复合合物物。第二十七页，本课件共有49页 一一旦旦形形成成前前起起始始复复合合物物，50S亚亚基基就就与与30S亚亚基基结结合合，同同时时结结合合在在IF2上上的的GTP水水解解生生成成IF-2-GDP和和Pi，然然后后结结合合在在前前起起始始复复合合体体上上的的起起始始因因子子IF1和和IF3解解离离，最最后后形形成成由由30S与与50S组组成成的的起起始始复复合合物物，fMet-tRNAtRNAf fmetmet被被定定位位在在P位位。IF-2-GDP 中中的的GDP与与GTP交交换换重重新新生生成成IF-2-GTP。第二十八页，本课件共有49页第二十九页，本课件共有49页肽链延伸肽链延伸 当当蛋蛋白白质质合合成成启启动动后后，第第二二个个密密码码被被定定位位准准备备接接收收第第二二个个氨氨酰酰-tRNA。起起始始氨氨酰酰-tRNA占占据据P位位，A位位被被用用来来接接收收一一个个氨氨酰酰-tRNA，这这是是肽肽链链延延伸伸反反应应的的第第一一步步。第三十页，本课件共有49页 在在多多肽肽链链上上每每增增加加一一个个氨氨基基酸酸都都需需要要经经过过进进位位，转转肽和移位三个步骤。肽和移位三个步骤。1.进位进位 为为密密码码子子所所特特定定的的氨氨基基酸酸tRNA结结合合到到核核蛋蛋白白体体的的A位位，称称为为进进位位。氨氨基基酰酰tRNA在在进进位位前前需需要要有有三三种种 延延 长长 因因 子子 的的 作作 用用，即即，热热 不不 稳稳 定定 的的EF（Unstable temperature,EF）EF-Tu,热热稳稳定定的的EF(stable temperature EF,EF-Ts)以以及及依依赖赖GTP的的转转位位因因子子。EF-Tu首首先先与与GTP结结合合，然然后后再再与与氨氨酰酰tRNA结结合合成成三三元元复复合合物物，这这样样的的三三元元复复合合物物才才能能进进入入A位位。此此时时GTP水水解解成成GDP，EF-Tu和和GDP与与结合在结合在A位上的氨基酰位上的氨基酰tRNA分离。分离。第三十一页，本课件共有49页第三十二页，本课件共有49页 2.转肽转肽-肽键的形成（肽键的形成（peptide bond formation）在在70S起起始始复复合合物物形形成成过过程程中中，核核糖糖核核蛋蛋白白体体的的P位位上上已已结结合合了了起起始始型型甲甲酰酰蛋蛋氨氨酸酸tRNA，当当进进位位后后，P位位和和A位位上上各各结结合合了了一一个个氨氨基基酰酰tRNA，两两个个氨氨基基酸酸之之间间在在核核糖糖体体转转肽肽酶酶作作用用下下，P位位上上的的氨氨基基酸酸提提供供-COOH基基，与与A位位上上的的氨氨基基酸酸的的-NH2形形成成肽肽键键，从从而而使使P位位上上的的氨氨基基酸酸连连接接到到A位位氨氨基基酸酸的的氨氨基基上上，这这就就是是转转肽肽。转转肽肽后后，在在A位位上上形形成成了了一一个个二二肽肽酰酰tRNA。第三十三页，本课件共有49页第三十四页，本课件共有49页 3.移位（移位（Translocation)转转肽肽作作用用发发生生后后，氨氨基基酸酸都都位位于于A位位，P位位上上无无负负荷荷氨氨基基酸酸的的tRNA就就此此脱脱落落，核核蛋蛋白白体体沿沿着着mRNA向向3端端方方向向移移动动一一组组密密码码子子，使使得得原原来来结结合合二二肽肽酰酰tRNA的的A位位转转变变成成了了P位位，而而A位位空空出出，可可以以接接受受下下一一个个新新的的氨氨基基酰酰tRNA进进入入，移移位位过过程程需需要要EF-G，GTP和和Mg2+的参加。的参加。第三十五页，本课件共有49页第三十六页，本课件共有49页第三十七页，本课件共有49页多肽链延伸的终止多肽链延伸的终止 多多肽肽链链的的最最后后一一个个肽肽键键形形成成后后，携携带带新新合合成成多多肽肽链链的的肽肽酰酰-tRNA从从A位位转转移移至至P位位，终终止止密密码码（UAA、UAG或或UGA）进进入入A位位，在在正正常常的的细细胞中没有和终止信号互补的胞中没有和终止信号互补的tRNA。在在E.Coli中中，有有三三种种释释放放因因子子RF1、RF2和和RF3（RF：Release Factor）能能够够识识别别终终止止密密码码。释释放放因因子子RF1可可以以与与UAA和和UAG结结合合，而而RF2能能与与UAA和和UGA结结合合，RF3与与RF1或或RF2结结合合形形成成异异二二聚聚体体，协协助助它它们们的的作作用用。RF3也结合也结合GTP。第三十八页，本课件共有49页当当异异二二聚聚体体在在A位位与与mRNA结结合合后后，改改变变了了肽肽酰酰转转移移酶酶的的活活性性，使使得得该该酶酶能能够够水水解解肽肽酰酰-tRNA酯酯。伴伴随随着着GTP的的水水解解和和释释放放因因子子从从核核糖糖体体的的解解离离，最最后后的的多多肽肽产产物物从从核核糖糖体体释释放放出出来来。70S核核糖糖体体解解离离为为30S和和50S亚基，为合成另一个多肽分子作准备。亚基，为合成另一个多肽分子作准备。蛋蛋白白质质合合成成是是个个耗耗能能过过程程，生生成成氨氨酰酰-tRNA时时虽虽说说是是消消耗耗了了一一个个ATP，但但实实际际上上是是两两个个高高能能磷磷酸酸键键水水解解，移移位位和和延延伸伸时时又又各各消消耗耗了了一一个个 GTP，所所以以每每形形成成一一个肽键都需要个肽键都需要4个高能磷酸键的水解。个高能磷酸键的水解。第三十九页，本课件共有49页参见参见p628第四十页，本课件共有49页四、蛋白质前提的加工四、蛋白质前提的加工 1.多肽的修饰：多肽的修饰：(1)(1)切除切除N末端的甲酰末端的甲酰-fMet；（2）信号肽的切除）信号肽的切除；（3）部分肽段的切除）部分肽段的切除；（4）个别氨基酸残基的修饰；）个别氨基酸残基的修饰；（5）糖基或辅基的加入）糖基或辅基的加入；2.多肽链的折叠：多肽链的折叠：（1）形成）形成-S-S-键加速折叠键加速折叠；（2）分子伴侣（监护分子）帮助折叠；）分子伴侣（监护分子）帮助折叠；第四十一页，本课件共有49页第四十二页，本课件共有49页五、信号肽序列指导蛋白质定位五、信号肽序列指导蛋白质定位 在真核生物中，许多加工修饰过程都在真核生物中，许多加工修饰过程都是发生在特定的细胞器中。例如蛋白质的是发生在特定的细胞器中。例如蛋白质的糖基化就发生在内质网和高尔基体中。真糖基化就发生在内质网和高尔基体中。真核生物的蛋白质合成发生在细胞质中，所核生物的蛋白质合成发生在细胞质中，所以需要将新合成的蛋白质向不同细胞器的以需要将新合成的蛋白质向不同细胞器的转移，这个过程称为蛋白质运输或寻靶转移，这个过程称为蛋白质运输或寻靶（targeting）。）。第四十三页，本课件共有49页第四十四页，本课件共有49页定定向向于于特特定定亚亚细细胞胞区区的的蛋蛋白白质质都都带带有有特特殊殊的的位位置置信信号号，这这个个信信号号就就象象信信封封上上的的地地址址。用用于于蛋蛋白白质质寻寻靶靶的的分分子子信号是一段氨基酸序列，即信号是一段氨基酸序列，即信号肽信号肽。(p629)信信号号肽肽常常用用来来特特指指指指导导蛋蛋白白质质跨跨过过内内质质网网的的信信号号，从从更更广广泛泛的的意意义义上上讲讲，信信号号肽肽指指的的是是指指导导蛋蛋白白质质寻寻靶的任何一段连续的氨基酸序列。靶的任何一段连续的氨基酸序列。使使蛋蛋白白质质定定向向于于内内质质网网的的信信号号序序列列研研究究的的最最清清楚楚。内内质质网网信信号号肽肽的的长长度度通通常常为为10个个氨氨基基酸酸左左右右，大大多多数数都都是是由由疏疏水水氨氨基基酸酸残残基基组组成成，例例如如Leu,Val,Ile,Tyr,或或Trp。典典型型的的信信号号肽肽的的N末末端端一一侧侧含含有有一一个个带带正正电电荷荷的的氨氨基基酸酸，例例如如Arg或或Lys，而而C末末端端一一侧侧含含有有极极性性氨氨基基酸酸或或Ala。第四十五页，本课件共有49页作业（作业（05-12-105-12-1）一、简述一、简述tRNAtRNA二级结构的特点及其主要结构部分的功能。二级结构的特点及其主要结构部分的功能。答答：tRNAtRNA的的二二级级结结构构呈呈三三叶叶草草形形，由由四四臂臂和和四四环环组组成成：碱碱基基配配对对部部分分称称为为臂臂，未未配配对对部部分分称称为为环环。主主要要结结构构部部分分的的功能如下：功能如下：氨基酸臂：氨基酸臂：33末端含有末端含有pCCApCCA结构，功能为连接氨基酸；结构，功能为连接氨基酸；D D环环：含含二二氢氢尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸残残基基，与与氨氨甲甲酰酰-tRNAtRNA合合成成酶酶的结合有关；的结合有关；反密码环：反密码环：含反密码子，可与含反密码子，可与mRNAmRNA上的密码子相互识别；上的密码子相互识别；可变环：可变环：大小有变化，是大小有变化，是tRNAtRNA分类重要指标；分类重要指标；TCTC环环：含含有有T T、（假假尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷）和和C C残残基基的的环环。与与核糖体的结合有关。核糖体的结合有关。第四十六页，本课件共有49页三叶草型结构特征：三叶草型结构特征：氨基酸臂；氨基酸臂；D环环：含含二二氢氢尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷(dihydrouridine)(dihydrouridine)酸酸残残基基;反密码环反密码环：含反密码子；：含反密码子；可可变变环环：大大小小有有变变化化，是是tRNAtRNA分类重要指标；分类重要指标；TCTC环环：含有：含有T T、（假尿嘧啶核苷）和（假尿嘧啶核苷）和C C残基残基的环。的环。第四十七页，本课件共有49页第四十八页，本课件共有49页感感谢谢大大家家观观看看第四十九页，本课件共有49页