蛋白质生物合成 (3)精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质生物合成(3)第1页，讲稿共59张，创作于星期三 中中心心法法则则指指出出，遗遗传传信信息息的的表表达达最最终终是是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蛋白白质质，这这种种以以mRNAmRNA上上所所携携带带的的遗遗传传信信息息,到到多多肽肽链链上上所所携携带带的的遗遗传传信信息息的的传传递递，就就好好象象以以一一种种语语言言翻翻译译成成另另一一种种语语言言时时的的情情形形相相似似，所所以以称称以以mRNAmRNA为为模模板板的的蛋蛋白白质合成过程为翻译质合成过程为翻译(translation)(translation)。第2页，讲稿共59张，创作于星期三 翻翻译译

2、过过程程十十分分复复杂杂，需需要要mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA和和多多种种蛋蛋白白因因子子参参与与。在在此此过过程程中中mRNAmRNA为为合合成成的的模模板板，tRNAtRNA为为运运输输氨氨基基酸酸工工具具，rRNArRNA和和蛋蛋白白质质构构成成核核糖糖体体，是是合合成成蛋蛋白白质质的的场场所所，蛋蛋白白质质合合成成的的方方向为向为N NC C端。端。第3页，讲稿共59张，创作于星期三 第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系 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:三种三种RNARNA mRNA mRNA（messenger RNA,mess

3、enger RNA,信使信使RNARNA）rRNArRNA（ribosomal RNA,ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNARNA）tRNAtRNA（transfer RNA,transfer RNA,转移转移RNARNA）2020种氨基酸种氨基酸(AA)(AA)作为原料作为原料 酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IFIF、eIF eIF ATP ATP、GTPGTP、无机离子、无机离子第4页，讲稿共59张，创作于星期三 一、翻译模板一、翻译模板mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码 （一）（一）mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传

4、单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子(cistron)(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的转录单位，转录生成的mRNAmRNA可编码几种功可编码几种功能相关的蛋白质，为能相关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron)(polycistron)。真核真核mRNAmRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反单顺反子子(single cistron)(single cistron)。第5页，讲稿共59张，创作于星期三原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA的比较的比较第6页，讲

5、稿共59张，创作于星期三原核生物的多顺反子：原核生物的多顺反子：真核生物的单顺反子：真核生物的单顺反子：PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列第7页，讲稿共59张，创作于星期三（二）（二）mRNAmRNA上存在遗传密码上存在遗传密码 mRNAmRNA分分子子上上从从5 5 至至3 3 方方向向，由由AUGAUG开开始始，每每3 3个个核核苷苷酸酸为为一一组组，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止信号，称为三联体密码。

6、止信号，称为三联体密码。第8页，讲稿共59张，创作于星期三遗遗传传密密码码表表第9页，讲稿共59张，创作于星期三从从mRNA mRNA 5 5 端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到3 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，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一个个蛋蛋白白质质多多肽肽链链，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。第10页，讲稿共59张，创作于星期三（三）遗传密码的特点三）遗传密码的特点1.1.连续性连续性 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体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

7、无间断也无交密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。叉。密码是密码是无标点符号无标点符号的且相邻密码子的且相邻密码子互互不重叠不重叠。第11页，讲稿共59张，创作于星期三基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变。第12页，讲稿共59张，创作于星期三 2.2.简并性简并性 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有有一个密码子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至6 6个三联体为其编码。个三联体为其编码。起始密码子：起始密码子：AUGAU

8、G 终止密码子：终止密码子：UAA,UAG,UGAUAA,UAG,UGA 对应于同一氨基酸的密码子称为对应于同一氨基酸的密码子称为同义同义密码子密码子。第13页，讲稿共59张，创作于星期三第14页，讲稿共59张，创作于星期三 3.3.通用性通用性 蛋白质生物合成的整套密码，从原核蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。化自同一祖先。第15页，讲稿共59张，创作于星期三 4.4.摆动性

9、摆动性 转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码需要通过碱的反密码需要通过碱基互补与基互补与mRNAmRNA上的遗传密码反向配对结合，上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。配对规律，称为摆动配对。多数情况下同义密码子的第一第二个多数情况下同义密码子的第一第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定。专一性主要是由第一第二个碱基所决定。第16页，讲稿共59张，创作于星期三摆动配对摆动配对第17页，讲稿共59张，创作于星期三 密码子、反密码

10、子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG第18页，讲稿共59张，创作于星期三 二、二、核糖体是多肽链合成的装置核糖体是多肽链合成的装置 核糖体是由核糖体是由rRNArRNA和多种蛋白质结合而成的和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。就是在这种核糖体上进行的。第19页，讲稿共59张，创作于星期三核核蛋蛋白白体体的的组组成成第20页，讲稿共59张，创作于星期三 原核细胞原核细胞70S70S核糖体的核糖体的A A位、位、

11、P P位及位及mRNAmRNA结合部位示意图结合部位示意图P P位位位位（结合结合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）A A位位位位（结合或接结合或接受受AA-tRNA的的部位）部位）50S50S30S30S与与mRNA结合部位结合部位5 5 3 3 mRNAmRNA第21页，讲稿共59张，创作于星期三 三、氨基酸转运工具三、氨基酸转运工具tRNAtRNA tRNA tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体

12、。基酸运送到核糖体上提供运送载体。1 1、tRNAtRNA的结构特征的结构特征 三叶草型二级结构三叶草型二级结构第22页，讲稿共59张，创作于星期三反密码子反密码子密码子密码子mRNAtRNA5 3 5 3 第23页，讲稿共59张，创作于星期三 2 2、tRNAtRNA的功能的功能 （1 1）被特定的氨酰）被特定的氨酰-tRNA-tRNA合成酶识别，使合成酶识别，使tRNAtRNA接受正确的活化氨基酸。接受正确的活化氨基酸。（2 2）识别）识别mRNAmRNA上的密码子上的密码子 （3 3）在蛋白质合成过程中，）在蛋白质合成过程中，tRNAtRNA起着连起着连结生长的多肽链与核结生长的多肽链与

13、核 糖体的作用。糖体的作用。第24页，讲稿共59张，创作于星期三第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化 翻翻译译过过程程从从阅阅读读框框架架的的5 5-AUG-AUG开开始始，按按mRNAmRNA模模板板三三联联体体密密码码的的顺顺序序延延长长肽肽链链，直至终止密码出现。直至终止密码出现。第25页，讲稿共59张，创作于星期三（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第26页，讲稿共59张，创作于星期三 第一步反应第一步反应:氨基酸氨基酸

14、ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第27页，讲稿共59张，创作于星期三 第二步反应第二步反应:氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E第28页，讲稿共59张，创作于星期三1.1.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNAtRNA都有都有高度特异性高度特异性。2.2.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。3.3.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla-tRNAAlaAla Ser-tRNA Ser-tRNASerSer Met-tRNA Met

15、-tRNAMetMet 第29页，讲稿共59张，创作于星期三（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA-tRNA 真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet 原核生物：原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMetCHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO-COO-第30页，讲稿共59张，创作于星期三 二、原核生物蛋白质合成过程二、原核生物蛋白质合成过程 翻翻译译过过程程从从阅阅读读框框架架的的5 5-AUG-AUG开开始始，按按mRNAmR

16、NA模模板板三三联联体体密密码码的的顺顺序序延延长长肽肽链链，直至终止密码出现。直至终止密码出现。整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：肽链合成的起始肽链合成的起始 肽链的延长肽链的延长 肽链合成的终止及释放肽链合成的终止及释放第31页，讲稿共59张，创作于星期三 （一）（一）起始阶段起始阶段 1.1.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA2.mRNA与小亚基结合；与小亚基结合；3.3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA与小亚基结合；与小亚基结合；4.4.核蛋白体大亚基结合；核蛋白体大亚基结合；第32页，讲稿共59张，创作于星期三30S亚基亚基 mRNA IF3-IF

17、1复合物复合物 mRNA+30S亚基亚基-IF330S mRNA GTP-fMet tRNA-IF2-IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+Pi第33页，讲稿共59张，创作于星期三 原核、真核生物各种原核、真核生物各种起始因子起始因子的生物功能的生物功能 第34页，讲稿共59张，创作于星期三 1.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1第35页，讲稿共59张，创作于星期三 2.mRNA2.mRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-1A U G53第36页，讲稿共59张，创作于

18、星期三 原核生物蛋白质合成的起始原核生物蛋白质合成的起始AUGAUG的确定的确定 S-DS-D序列序列第37页，讲稿共59张，创作于星期三 3.3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAtRNA(fMet-tRNAi imetmet)与与 小亚基结合小亚基结合IF-3IF-1A U G53IF-2GTP第38页，讲稿共59张，创作于星期三4.4.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 G53IF-2GTPGDP70S70S起始复合物起始复合物第39页，讲稿共59张，创作于星期三 （二）（二）延长阶段延长阶段 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式肽链延长

19、在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环，每次循环进行，又称为核蛋白体循环，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：增加一个氨基酸，包括以下三步：1.1.进位进位 2.2.成肽成肽 3.3.转位转位第40页，讲稿共59张，创作于星期三 延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延长因子 原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G EF-G 真核生物：真核生物：EF-1 EF-1、EF-2 EF-2 第41页，讲稿共59张，创作于星期三 肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延

20、对应真核延长因子长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EFGEFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2第42页，讲稿共59张，创作于星期三 1.1.进位进位指根据指根据mRNAmRNA下一组遗传密码下一组遗传密码指导，使相应氨指导，使相应氨基酰基酰-tRNA-tRNA进入核进入核蛋白体蛋白体A A位。

21、位。第43页，讲稿共59张，创作于星期三第44页，讲稿共59张，创作于星期三 2.2.成肽成肽 是由转肽酶催化的肽键形成过程。是由转肽酶催化的肽键形成过程。第45页，讲稿共59张，创作于星期三 3.3.转位转位第46页，讲稿共59张，创作于星期三 转转位位进进位位成肽成肽第47页，讲稿共59张，创作于星期三（三）终止阶段（三）终止阶段 终止蛋白合成的因子称为释放因子终止蛋白合成的因子称为释放因子 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3 RF-3 第48页，讲稿共59张，创作于星期三 释放因子的功能：释放因子的功能：识识别别终终止止密密码码，如如RF-1

22、RF-1特特异异识识别别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。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蛋白体上释放。核蛋白体上释放。第49页，讲稿共59张，创作于星期三原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第50页，讲稿共59张，创作于星期三 多聚核蛋白体多聚核蛋白体第51页，讲稿共59张，创作于星期三 三、真核生物的翻译过程三、真核生物的翻译过程 1 1、真真核核细细胞胞核核糖糖体体比比原原核核细细胞胞核核糖糖体体更更大更复杂；大更复杂；2 2、起始氨基酸为、起始氨基酸为MetMet，不是，不是fMetfMe

23、t；3 3、肽肽链链合合成成的的起起始始：由由40S40S核核糖糖体体亚亚基基首首先先识识别别mRNAmRNA的的5 5端端-帽帽子子，然然后后沿沿mRNAmRNA移动寻找移动寻找AUGAUG；第52页，讲稿共59张，创作于星期三 4 4、起起始始因因子子有有1212种种，但但只只有有2 2种种延延长长因因子和子和1 1种终止因子；种终止因子；5 5、真真核核细细胞胞种种线线粒粒体体、叶叶绿绿体体的的核核糖糖体体大大小小、组组成成及及蛋蛋白白质质合合成成过过程程都都类类似似于于原核细胞。原核细胞。第53页，讲稿共59张，创作于星期三 第三节第三节 蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送

24、肽链的折叠：肽链的折叠：肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。体体内内多多肽肽链链的的折折叠叠目目前前认认为为至至少少有有两两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白类蛋白质参与，称为助折叠蛋白:（1 1）酶：蛋白质二硫键异构酶）酶：蛋白质二硫键异构酶 （2 2）分子伴侣）分子伴侣第54页，讲稿共59张，创作于星期三 Lasky Lasky于于19781978年首先提出分子伴侣的年首先提出分子伴侣的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质

25、，但正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。中广泛存在。第55页，讲稿共59张，创作于星期三 蛋白质的加工修饰蛋白质的加工修饰:1 1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰：N-N-端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除 2 2、信号序列的切除、信号序列的切除 3 3、二硫键的形成、二硫键的形成 4 4、部分肽段的切除、部分肽段的切除 5 5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰 6 6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加 7 7、辅基的加入、

26、辅基的加入第56页，讲稿共59张，创作于星期三 胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区 间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS切除信号肽后折切除信号肽后折叠成稳定构象的叠成稳定构象的胰岛素原胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素切除切除C肽后，形成成熟肽后，形成成熟的胰岛素分子的胰岛素分子第57页，讲稿共59张，创作于星期三 信号肽信号肽:各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。第58页，讲稿共59张，创作于星期三感感谢谢大大家家观观看看第59页，讲稿共59张，创作于星期三