蛋白质的生物合成与降解2.ppt
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1、第二节第二节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化 游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨基酸与游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨基酸与特异特异tRNA形成氨酰形成氨酰-tRNA。原因有两个:原因有两个:第一,蛋白质的合成依赖于第一,蛋白质的合成依赖于tRNA的接头作用,以保的接头作用,以保证正确的氨基酸得到整合,每个氨基酸为了参与蛋白证正确的氨基酸得到整合,每个氨基酸为了参与蛋白质合成必须共价连接到质合成必须共价连接到tRNA分子上。分子上。第二,氨基酸与第二,氨基酸与tRNA之间形成的共价键是一个高能之间形成的共价键是一个高能键,它使氨基酸和正在延伸的多肽链末端
2、反应形成新键,它使氨基酸和正在延伸的多肽链末端反应形成新的肽键,因此的肽键,因此,这一氨酰这一氨酰-tRNA的合成过程被称为氨的合成过程被称为氨基酸的活化。基酸的活化。1.1.氨酰氨酰-tRNAtRNA的形成的形成 氨基酸的活化是指氨基酸与氨基酸的活化是指氨基酸与tRNA相连,形成氨相连,形成氨酰酰-tRNA的过程。的过程。氨基酸的活化在氨基酸的活化在细胞质细胞质中进行。反应由中进行。反应由氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶(又称氨基酸活化酶)催化。(又称氨基酸活化酶)催化。1.1.氨酰氨酰-tRNAtRNA的形成的形成一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化氨基酸羧基通过酸酐键与氨基酸羧基通过酸酐键与A
3、MP上的上的5-磷酸基相连磷酸基相连 氨酰氨酰-tRNAtRNA合成酶:合成酶:1.1.此酶具有较高专一性,能有效识别此酶具有较高专一性,能有效识别tRNAtRNA和相应和相应的氨基酸。的氨基酸。2.2.此酶具有校对功能。此酶具有校对功能。3.3.活化一个氨基酸消耗活化一个氨基酸消耗2 2分子分子ATPATP。一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化1 1)识别识别mRNA的起始密码子为的起始密码子为AUG,而而AUG对应的对应的氨基酸为氨基酸为Met。2 2)有两种甲硫氨酸专一性的有两种甲硫氨酸专一性的tRNA:a.tRNAfmet只与起始密码子结合只与起始密码子结合b.tRNAmmet只与肽链内部
4、的只与肽链内部的AUG有关有关在原核生物中,多肽链起始的氨基酸均为甲酰甲硫在原核生物中,多肽链起始的氨基酸均为甲酰甲硫氨酸氨酸。2.2.起始氨酰起始氨酰tRNAtRNA的形成的形成一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化在真核生物中,多肽链起始的氨基酸均为甲硫氨酸在真核生物中,多肽链起始的氨基酸均为甲硫氨酸a.tRNAimet只与起始密码子结合只与起始密码子结合b.tRNAmet只与肽链内部的只与肽链内部的AUG有关有关 2.2.起始氨酰起始氨酰tRNAtRNA的形成的形成一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化原核生物中的原核生物中的fMetfMet-tRNAtRNA的合成的合成Met+ATP+tRNA M
5、et tRNA+AMP+PPi甲硫氨甲硫氨(蛋氨蛋氨)酰酰tRNAtRNA合成酶合成酶一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化原核生物中的原核生物中的fMetfMet-tRNAtRNA的合成的合成 Met-Met-tRNAtRNA在转甲酰酶的作用下,在其在转甲酰酶的作用下,在其MetMet的的-NHNH2 2上甲酰化。上甲酰化。fMet tRNA一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化在在翻翻译译的的起起始始阶阶段段,还还需需有有3 3种种蛋蛋白白质质因因子子 起起始因子始因子(IF)IF)的参与,即的参与,即IF1IF1、IF2IF2、IF3IF3。此时核糖体的此时核糖体的P P位被起始氨酰位被起始氨酰-t
6、RNAtRNA占据,占据,A A位空着,位空着,等待能与第二个密码子匹配的氨酰等待能与第二个密码子匹配的氨酰-tRNAtRNA进位。进位。起始复合物的结构:起始复合物的结构:二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程1.起始 指核糖体与指核糖体与mRNAmRNA及起始氨酰及起始氨酰-tRNAtRNA结合成起始复合物结合成起始复合物分为三步:分为三步:(1)核糖体的小亚基核糖体的小亚基30S与与mRNA结合结合 小小亚亚基基识识别别mRNA上上翻翻译译的的起起始始信信号号,并并结结合合在在这这个个部部位位,它它的的P位位正正好好落落在在起起始始密密码码子子AUG处处。形成形成“小亚基小亚基-mRN
7、A”二元复合物。二元复合物。1.起始 二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程 起起始始氨氨酰酰-tRNA与与mRNA上上的的起起始始密密码码子子结结合合(通通过过反反密密码码子子与与密密码码子子之之间间的的碱碱基基互互补补配配对对),形形成成“小亚基小亚基 mRNA fMet-tRNA”三元复合物三元复合物(2)起始氨酰起始氨酰-tRNA结合上去结合上去 形成起始复合物,即形成起始复合物,即“核糖体核糖体 mRNA fMet-tRNA”三元复合物三元复合物(3)大亚基结合上去形成大亚基结合上去形成70S起始复合物起始复合物1.起始 二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程 这一阶段是在这一阶
8、段是在fMet(或肽链)的或肽链)的C末端逐个的末端逐个的添加添加aa,使肽链不断延伸。使肽链不断延伸。每延伸一个每延伸一个aa,需要经历三步:需要经历三步:1 1)进位)进位与与A位处的密码子相对应的位处的密码子相对应的aa-tRNA进入核糖体的进入核糖体的A位位2.肽链的延长 二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程2.肽链的延长2 2)转肽)转肽P位位tRNA上上的的甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨基基转转移移至至A位位tRNA上上的的aa的的氨基上,形成肽键。氨基上,形成肽键。二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程3 3)移位)移位核核糖糖体体在在mRNA上上向向3端端移移动动一一个个密密码码子
9、子的的距距离离,这这样样,原原P位位空空载载的的tRNA离离开开了了核核糖糖体体,原原A位位的的肽肽酰酰-tRNA落落在在P位位,而而A位空了出来。位空了出来。2.肽链的延长 二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程 通过以上三步,完成了氨基酸的一轮添加。每延伸通过以上三步,完成了氨基酸的一轮添加。每延伸一个氨基酸,需要消耗一个氨基酸,需要消耗 2 分子分子GTPGDP。(。(进位和移进位和移位)位)此过程还需要一些蛋白质因子的参与,称为此过程还需要一些蛋白质因子的参与,称为延长因延长因子(子(EF)随着核糖体在随着核糖体在mRNA上从上从 53 方向滑动,新生方向滑动,新生链从链从 N端端C
10、端端 延伸。延伸。mRNA上的核苷酸序列被上的核苷酸序列被“翻译翻译”成多肽链上的氨基酸序列成多肽链上的氨基酸序列2.肽链的延长 二二、多肽链合成的过程、多肽链合成的过程三、肽链合成的终止与释放三、肽链合成的终止与释放 当当核核糖糖体体在在mRNA上上由由53移移动动至至终终止止密密码码子子(UAA、UAG、UGA)时时,由由于于没没有有与与之之相相应应的的tRNA,终止因子终止因子RF进入进入A位。位。1 终止因子使肽基转移酶的活性转变为水解酶活终止因子使肽基转移酶的活性转变为水解酶活性性(肽基不再转移到氨酰肽基不再转移到氨酰tRNA上,而是转移给水分上,而是转移给水分子子),从而将肽酰,从
11、而将肽酰tRNA水解。这样肽链被释放。水解。这样肽链被释放。2 空载的空载的tRNA也离开核糖体。也离开核糖体。3核糖体的大小亚基解离并离开核糖体的大小亚基解离并离开mRNA。4四、多肽链合成的能量消耗四、多肽链合成的能量消耗蛋白质的生物合成是个高耗能过程。蛋白质的生物合成是个高耗能过程。仅翻译过程,其能量消耗情况如下:仅翻译过程,其能量消耗情况如下:NTP高能磷酸键高能磷酸键氨基酸的活化氨基酸的活化ATP2 2/aaaa肽链合成的起始肽链合成的起始GTP1 1肽链的延伸肽链的延伸GTP2 2/轮轮aaaa添加添加肽链合成的终止肽链合成的终止 0 0例:例:以游离的氨基酸为原料,起始合成一个以
12、游离的氨基酸为原料,起始合成一个100肽,至肽,至少需要消耗多少少需要消耗多少ATP?(注:注:ATPAMP折算成折算成2个个ATP,GTP折算成折算成ATP)解法一解法一:分阶段累计分阶段累计 2100 1 299 399五、多肽链合成的能量消耗五、多肽链合成的能量消耗解法二解法二:以:以aa为单位累计为单位累计 每个每个游离的氨基酸游离的氨基酸参入到参入到正在合成的多肽链正在合成的多肽链中,至中,至少需要消耗少需要消耗 4 个高能磷酸键(活化个高能磷酸键(活化 2个;氨酰个;氨酰tRNA进入进入A位位 1个;核糖体移位个;核糖体移位 1个)。个)。但起始的氨基酸要少消耗但起始的氨基酸要少消
13、耗1个个GTP(可理解成它直可理解成它直接进入接进入P位,不要移位)位,不要移位)4n1 41001五、多肽链合成的能量消耗五、多肽链合成的能量消耗 六、多肽链合成的速度六、多肽链合成的速度 蛋白质的生物合成的速度极快。在最适条件下,蛋白质的生物合成的速度极快。在最适条件下,合成一条含合成一条含400个氨基酸残基的多肽链大约只要个氨基酸残基的多肽链大约只要10秒钟。秒钟。多多核核糖糖体体:在在一一条条mRNA链链上上,可可以以有有多多个个核核糖糖体体同同时时进进行行翻翻译译,每每个个核核糖糖体体上上都都附附着着一一条条正正在在延延长长的的多多肽肽链链,越越靠靠近近mRNA的的3端端的的核核糖糖
14、体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。多多核核糖糖体体:在在一一条条mRNA链链上上,可可以以有有多多个个核核糖糖体体同同时时进进行行翻翻译译,每每个个核核糖糖体体上上都都附附着着一一条条正正在在延延长长的的多多肽肽链链,越越靠靠近近mRNA的的3端端的的核核糖糖体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。mRNA上核糖体的多少,视上核糖体的多少,视 mRNA 链长而定。链长而定。一般每隔一般每隔40个核苷酸有一个核糖体。个核苷酸有一个核糖体。多核糖体的结构可大大提高多核糖体的结构可大大提高mRNA的翻译效率。的翻译效率。六
15、、多肽链合成的速度六、多肽链合成的速度 多多肽肽链链的的折折叠叠是是指指从从多多肽肽链链氨氨基基酸酸序序列列形形成成正正确的三维结构的过程。确的三维结构的过程。蛋白质二硫键异构酶(蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide isomerase)和肽基脯氨酸异构酶(和肽基脯氨酸异构酶(peptidyl prolyl isomerase)参与蛋白质的折叠过程。参与蛋白质的折叠过程。前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则加速脯氨酸亚氨基肽键的顺加速脯氨酸亚氨基肽键的顺-反异构化。反异构化。七、多肽链合成后的加工七、多肽链合成后的加工1.多肽链的折
16、叠多肽链的折叠 Protein folding begin to as they are being synthesized on ribosomes.The protein may be assisted in folding by a family of helper protein known as molecular chaperones(e.g.Hsp 70).The chaperonin complex in E.coli is GroES-GroEL.In eukaryotic cells it is known as TRiC or CCT(cytosolic chaperon
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- 蛋白质 生物 合成 降解
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