蛋白质生物合成精选课件.ppt

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1、关于蛋白质生物合关于蛋白质生物合成成第一页，本课件共有65页遗传信息的中心法则遗传信息的中心法则蛋白质蛋白质复制复制DNARNA转录转录翻译翻译复制复制RNA翻译翻译逆转录DNARNA2第二页，本课件共有65页本章主要内容本章主要内容蛋白质合成体系蛋白质合成体系蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程蛋白质合成后的加工蛋白质合成后的加工蛋白质的定向转运蛋白质的定向转运蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂3第三页，本课件共有65页一、蛋白质合成体系一、蛋白质合成体系 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、酶、蛋白质因子、ATP、GTP原料原料产物产物供能供能模板模板载体载

2、体4第四页，本课件共有65页大肠杆菌大肠杆菌无细胞体系无细胞体系（去除细胞壁、细胞膜，（去除细胞壁、细胞膜，DNA酶酶处理）处理）人工合成人工合成Poly(U)mRNA14C标记氨基酸标记氨基酸ATP、GTP供能供能UUU苯丙氨酸苯丙氨酸AAA赖氨酸赖氨酸CCC脯氨酸脯氨酸1、mRNA蛋白质合成模板蛋白质合成模板氨基酸密码的发现（氨基酸密码的发现（1961，M.Nirenberg）5第五页，本课件共有65页6第六页，本课件共有65页密码子：三联体密码（密码子：三联体密码（43=64个遗传密码子），个遗传密码子），代表一个氨基酸代表一个氨基酸起始密码：起始密码：AUG（又编码甲硫氨酸或甲酰甲硫（

3、又编码甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸）；氨酸）；GUG终止密码：终止密码：UAA、UGA、UAG；AGA、AGG7第七页，本课件共有65页非标准遗传密码非标准遗传密码密码子标准编码非标准编码所属的生物UGA中止色氨酸人、牛、酵母线粒体，支原体(Mycoplasma)基因组，如CapricolumUGA中止半胱氨酸一些纤毛虫(ciliate)细胞核基因组，如游纤虫属(Euplotes)AGR精氨酸中止大部分动物线粒体，脊椎动物线粒体AGA精氨酸丝氨酸果蝇线粒体AUA异亮氨酸蛋氨酸一些动物和酵母线粒体UAA中止谷氨酰胺草履虫、一些纤毛虫(ciliate)细胞核基因组，如嗜热四膜虫(ThermophAilu

4、s tetrahymena)UAG中止谷氨酸草履虫核细胞核基因组GUG缬氨酸丝氨酸假丝酵母核基因组AAA赖氨酸天冬氨酸一些动物的线粒体，果蝇线粒体CUG亮氨酸中止圆柱念珠菌(Candida cylindracea)细胞核基因组CUN亮氨酸苏氨酸酵母线粒体8第八页，本课件共有65页遗传密码的特点遗传密码的特点无标点与不重叠连续阅读顺序：mRNA 5 3肽链合成：N端C端开放读码框架（open reading frame,ORF）阅读框移位（frame shift），蛋白功能改变，称为移码突变。简并性P394一种氨基酸有两个或多个密码子同义密码子密码上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可改变，如：U

5、CU、UCC、UCA、UCG都代表Ser减少突变频率，保持遗传稳定性9第九页，本课件共有65页遗传密码的特点遗传密码的特点摆动性P395（密码子和反密码子配对原则）mRNA上密码子与tRNA上的反密码子进行反平行配对，产生摆动现象反密码子除A、G、U、C外，第一位常为I（次黄嘌呤）降低基因突变的危害，保证遗传稳定通用性一般情况下，病毒、原核及真核生物共用一套密码但存在不同生物或不同亚细胞器之间的密码子略有不同10第十页，本课件共有65页摆动现象摆动现象反平行配对过反平行配对过程，密码子的程，密码子的第一、二位碱第一、二位碱基严格遵守碱基严格遵守碱基配对原则，基配对原则，而第三位配对而第三位配对

6、并不严格，因并不严格，因此导致摆动配此导致摆动配对。对。11第十一页，本课件共有65页原核和真核生物原核和真核生物mRNA的异同的异同原核生物真核生物不同点多顺反子mRNA；富含嘌呤的SD序列；单顺反子mRNA；5端甲基鸟苷酸帽子；3端PolyA尾巴；相同点阅读顺序53；ORF之间存在非编码区；12第十二页，本课件共有65页原核生物核糖体识别原核生物核糖体识别mRNA上的起始密码子上的起始密码子S-D序列序列53小亚基小亚基13mRNA在原核和真核生物中的结构不同导致核糖体识别在原核和真核生物中的结构不同导致核糖体识别起始密码子的方法不同。起始密码子的方法不同。第十三页，本课件共有65页2、t

7、RNA搬运氨基酸搬运氨基酸Ser5Tyr5每一种氨基酸都有至少一种每一种氨基酸都有至少一种tRNA负责运载，表示方式如：负责运载，表示方式如：Ser-tRNA Ser；Tyr-tRNA Tyr14第十四页，本课件共有65页tRNA 的二的二级结构（三级结构（三叶草型）叶草型）与蛋白质合与蛋白质合成有关的位成有关的位点点氨基酸接受位点氨基酸接受位点氨酰氨酰-tRNA合成酶识别位点合成酶识别位点mRNA结合位点结合位点15第十五页，本课件共有65页tRNA的三级结构（倒的三级结构（倒L-型）型）16第十六页，本课件共有65页3、核糖体、核糖体蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所rRNA+蛋白质蛋白质核

8、糖体（核蛋白体）核糖体（核蛋白体）大亚基大亚基 小亚基小亚基17第十七页，本课件共有65页核糖体小亚基的组成（原核）核糖体小亚基的组成（原核）嗜热栖热菌（嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）的）的30S亚亚基的三维分子结构图。基的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色部分为蛋白质，淡橙色部分为RNA单链。单链。18第十八页，本课件共有65页死海盐盒菌（死海盐盒菌（Haloarcula marismortui）的）的50S亚基的亚基的三维分子结构图。分子中的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色及黄色部分为色及

9、黄色部分为RNA单链。单链。分子核心的亮绿色部分为亚分子核心的亮绿色部分为亚基的活性中心。基的活性中心。核糖体大亚基的组成（原核）核糖体大亚基的组成（原核）19第十九页，本课件共有65页核糖体大小亚基的组成核糖体大小亚基的组成沉降系数以沉降系数以时间表示时间表示1S=10-13秒秒20第二十页，本课件共有65页21第二十一页，本课件共有65页大亚基与大亚基与tRNA的结合的结合A位位(aminoacyl site)：氨酰氨酰tRNA的的结合部位结合部位P位位(peptidyl site)：肽酰肽酰tRNA的的结合部位结合部位E位位(exit site)：脱肽酰脱肽酰tRNA的的部位部位 （空载

10、（空载tRNA离开）离开）大小亚大小亚基的空隙基的空隙22第二十二页，本课件共有65页二、蛋白质的合成过程二、蛋白质的合成过程氨基酸的活化氨基酸的活化肽链合成的起始肽链合成的起始肽链合成的延长肽链合成的延长肽链合成的终止肽链合成的终止核糖体核糖体细胞质细胞质23第二十三页，本课件共有65页1、氨基酸的活化、氨基酸的活化氨基酸与氨基酸与tRNA的结合的结合24第二十四页，本课件共有65页氨酰氨酰-AMP-E+tRNA 氨酰氨酰-tRNA+AMP25第二十五页，本课件共有65页26第二十六页，本课件共有65页每一种氨酰每一种氨酰tRNA合合成酶识别一成酶识别一种特定的氨种特定的氨基酸，但是基酸，但

11、是能识别一种能识别一种或多种或多种tRNA（由（由第二套遗第二套遗传密码决传密码决定）定）氨酰氨酰-tRNA合成酶的专一性合成酶的专一性27第二十七页，本课件共有65页第二套遗传密码第二套遗传密码tRNA分子上决定其分子上决定其携带氨基酸的区域叫携带氨基酸的区域叫做第二套遗传密码，做第二套遗传密码，包括反密码子和受体包括反密码子和受体臂上核苷酸序列。这臂上核苷酸序列。这样保证蛋白质合成的样保证蛋白质合成的忠实性。（忠实性。（P398，4th edition）28第二十八页，本课件共有65页氨酰氨酰-tRNA合成酶的作用合成酶的作用1.对底物氨基酸和对底物氨基酸和tRNA的特异性，保证遗传信的特

12、异性，保证遗传信息准确翻译。息准确翻译。2.一旦一旦tRNA与错误的氨基酸相连，形成的氨酰与错误的氨基酸相连，形成的氨酰-tRNA会被该合成酶水解掉。具有校正活性，会被该合成酶水解掉。具有校正活性，保证翻译的正确性。保证翻译的正确性。29第二十九页，本课件共有65页2、肽链合成的起始、肽链合成的起始起始复合体起始复合体mRNAmRNAfMet-tRNA fMet-tRNA fMetfMet大、小亚基大、小亚基IF-1，2，3GTP，Mg2+原原核核生生物物mRNAmRNAMet-tRNA Met-tRNA MetMet大、小亚基大、小亚基9种种eIFGTP，Mg2+真真核核生生物物30第三十页

13、，本课件共有65页起始复合物的形成过程（原核生物为例）起始复合物的形成过程（原核生物为例）mRNA与小亚基定位结合与小亚基定位结合31Q1：IF-1为什为什么在么在A位？位？第三十一页，本课件共有65页起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合的结合32Q2：起始氨基酰：起始氨基酰-tRNA为什么为什么不在不在A位？位？第三十二页，本课件共有65页核糖体大亚基的结合核糖体大亚基的结合33第三十三页，本课件共有65页原核生物起始因子的生物功能原核生物起始因子的生物功能起始因子生物功能IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对起始tRNA

14、的敏感性34第三十四页，本课件共有65页4、肽链合成的延长、肽链合成的延长 原核生物肽链延长因子原核生物肽链延长因子EF-TEF-GEF-TuEF-Ts真核生物肽链延长因子：真核生物肽链延长因子：eEFa a、eEFbgbg和和eEF-2eEF-2循环步骤：循环步骤：进位进位成肽成肽移位移位条件：条件：延长因子和延长因子和GTP肽键的形成是依靠核糖体自身催化完成的？肽键的形成是依靠核糖体自身催化完成的？35第三十五页，本课件共有65页肽链肽链的延的延长长进位进位EF-Ts36第三十六页，本课件共有65页进位进位肽酰转移酶肽酰转移酶37Q3：肽酰转移酶是核糖体的哪一部：肽酰转移酶是核糖体的哪一部

15、分？分？第三十七页，本课件共有65页成肽成肽38第三十八页，本课件共有65页肽链肽链的延的延长长成肽成肽转位转位39第三十九页，本课件共有65页移位移位40Q4：真核生物核糖体上无：真核生物核糖体上无E位，脱酰基位，脱酰基-tRNA如何脱落？如何脱落？第四十页，本课件共有65页肽链延长的过肽链延长的过程中，共消耗程中，共消耗两个两个GTP分子。分子。G蛋白：依赖于蛋白：依赖于GTP结合发挥结合发挥功能的一类蛋白。功能的一类蛋白。一旦一旦GTP水解水解成成GDP，蛋白，蛋白便无活性。便无活性。41第四十一页，本课件共有65页5、肽链合成的终止、肽链合成的终止原核生物：原核生物：A位上出现位上出现

16、终止密码子终止密码子，在，在释放因释放因子子RF-1、RF-2、RF-3、GTP及及肽酰转移酶肽酰转移酶作作用下，多肽链水解。用下，多肽链水解。真核生物只有真核生物只有1种释放因子种释放因子eRF，其终止过程与，其终止过程与原核生物基本相同。原核生物基本相同。42第四十二页，本课件共有65页终止密码子的辨认终止密码子的辨认肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA水解水解mRNA从核糖蛋白体中分离从核糖蛋白体中分离核糖体大小亚基分开核糖体大小亚基分开肽链合成的终止包括肽链合成的终止包括43第四十三页，本课件共有65页释放因子释放因子识别识别终终止密止密码码子子UAAUAA，UAGUAG，UGA UGA R

17、F-1识别识别UAA、UAGRF-2识别识别UAA、UGARF-3协助肽链释协助肽链释放，放，GTP结合蛋结合蛋白。白。44Q5：细胞：细胞内是否存在内是否存在识别终止密识别终止密码子的码子的tRNA？第四十四页，本课件共有65页多聚核糖体多聚核糖体蛋白质合成通常是多个核糖体附着在同一个蛋白质合成通常是多个核糖体附着在同一个mRNA分子上，形成多聚核糖体。同时合成不分子上，形成多聚核糖体。同时合成不同的肽链。同的肽链。45第四十五页，本课件共有65页真核和原核生物蛋白质合成的比较真核和原核生物蛋白质合成的比较相同点：合成方向、地点（核糖体）、原料、步骤、能量、密码子等相同点：合成方向、地点（核

18、糖体）、原料、步骤、能量、密码子等真核原核核糖体80s（18、28、5.8S和80种蛋白质）70s(5、16、25s 和 50多种蛋白）核糖体E位没有，转位时卸载的tRNA直接从P位上脱落 有小亚基 无特征区域与mRNA结合有嘧啶区与SD序列结合起始氨基酸MetfMet启动eIF 9-10种，需要ATP小亚基先与tRNA结合再与mRNA结合IF1、IF2、IF3，仅需GTP小亚基先与mRNA结合 再与tRNA结合延长EF1，EF2，GTPEF-Tu，EF-Ts，EF-G，GTP终止RF，GTPRF-1，RF-2，RF-3，GTP46第四十六页，本课件共有65页三、蛋白质合成后的加工转运三、蛋白

19、质合成后的加工转运一级结构：N-端Met（fMet）去除原核生物（脱甲酰基酶氨肽酶）二硫键的形成半胱氨酸信号肽切除分泌性蛋白氨基酸修饰羟化作用：羟脯氨酸、羟赖氨酸；酶活性中心的磷酸化高级结构：肽链的修饰糖链的连接（N-或O-糖苷键）；蛋白质的剪切（胰岛素）；辅基的附加（乙酰CoA羧化酶和生物素）多肽链的折叠分子伴侣（高保守性）、ATP47第四十七页，本课件共有65页N端甲酰基或端甲酰基或N端氨基酸的切除端氨基酸的切除N端甲酰甲硫氨酸（甲硫氨酸）是多肽链合成的起始端甲酰甲硫氨酸（甲硫氨酸）是多肽链合成的起始氨基酸，必须在多肽链折叠成一定的空间结构之前氨基酸，必须在多肽链折叠成一定的空间结构之前被

20、切除。被切除。原核生物该过程是：原核生物该过程是：脱甲酰基酶作用去甲酰化；脱甲酰基酶作用去甲酰化；氨肽酶作用切去至少一个氨基酸。氨肽酶作用切去至少一个氨基酸。真核生物的甲硫氨酸通常在肽链未完全合成前就被水真核生物的甲硫氨酸通常在肽链未完全合成前就被水解。解。48第四十八页，本课件共有65页mRNA中没有编码胱氨酸的密码子，二硫键只能通中没有编码胱氨酸的密码子，二硫键只能通过两个半胱氨酸的巯基在氧化酶的催化下，将过两个半胱氨酸的巯基在氧化酶的催化下，将-SH氧化为氧化为-S-S-。此二硫键在蛋白质空间构象的形成。此二硫键在蛋白质空间构象的形成发挥重要作用。发挥重要作用。二硫键的形成二硫键的形成4

21、9第四十九页，本课件共有65页信号肽的切除信号肽的切除N端存在的端存在的15-30个高度疏水的个高度疏水的氨基酸，引导合氨基酸，引导合成的蛋白质运送成的蛋白质运送到细胞特定部位，到细胞特定部位，随后，在信号肽随后，在信号肽酶作用下切除。酶作用下切除。50第五十页，本课件共有65页分泌蛋白的加工和定向转运分泌蛋白的加工和定向转运胞浆胞浆信号肽颗粒识别、结合信号肽颗粒识别、结合 带有信号肽的分泌蛋白带有信号肽的分泌蛋白内质网内质网通道识别通道识别信号肽酶切除信号肽信号肽酶切除信号肽肽链合并肽链合并高尔基体高尔基体进一步加工进一步加工分泌出胞外分泌出胞外51第五十一页，本课件共有65页氨基酸的修饰氨

22、基酸的修饰有些氨基酸不是由遗传密码直接编码，而是在有些氨基酸不是由遗传密码直接编码，而是在肽链合成后，由专门的酶修饰而成。肽链合成后，由专门的酶修饰而成。（1）磷酸化：磷酸丝氨酸（调节酶活性）、磷酸）磷酸化：磷酸丝氨酸（调节酶活性）、磷酸苏氨酸、磷酸酪氨酸（正常细胞癌化）苏氨酸、磷酸酪氨酸（正常细胞癌化）（2）羟化：羟脯氨酸（胶原蛋白、弹性蛋白）、）羟化：羟脯氨酸（胶原蛋白、弹性蛋白）、羟赖氨酸（胶原蛋白）羟赖氨酸（胶原蛋白）52第五十二页，本课件共有65页肽链的修饰肽链的修饰(1)糖糖链链连连接接：N-糖糖苷苷键键（糖糖链链与与天天冬冬酰酰胺胺或或谷谷氨氨酰酰胺胺的的酰酰胺胺N相相连连）；O

23、-糖糖苷苷键键（糖糖链链与与丝丝氨氨酸酸或或苏苏氨氨酸酸的羟基的羟基O相连）相连）(2)蛋蛋白白质质剪剪切切：某某些些新新生生肽肽需需水水解解掉掉部部分分肽肽段段后后，才能转变成功能蛋白质。才能转变成功能蛋白质。(3)辅基添加：某些蛋白质需要共价结合的辅基。辅基添加：某些蛋白质需要共价结合的辅基。53第五十三页，本课件共有65页 胰岛素原的蛋白质剪切胰岛素原的蛋白质剪切胰岛素原的蛋白质剪切胰岛素原的蛋白质剪切54第五十四页，本课件共有65页血红素共价结合在血红蛋白上血红素共价结合在血红蛋白上55第五十五页，本课件共有65页多肽链的正确折叠多肽链的正确折叠生生物物体体的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链

24、正正确确折折叠叠和和组组装装需需要要辅辅助助蛋蛋白白参参与与，即即分分子子伴伴侣侣。分分子子伴伴侣侣无无序序列列相相关关性性但但功功能能相相同同，与与肽肽链链疏疏水水表表面面结结合合，诱诱发发正正确确折折叠叠。它它是是保保守守蛋蛋白白质质家家族族成成员员。发发挥挥作作用用需需ATP供供能能，存存在在于于细细胞胞膜膜、线线粒体膜、内质网膜内外空间。粒体膜、内质网膜内外空间。56第五十六页，本课件共有65页57第五十七页，本课件共有65页四、蛋白质生物合成的干扰与抑制四、蛋白质生物合成的干扰与抑制1、抗菌素类阻断剂（作用机制多样）、抗菌素类阻断剂（作用机制多样）-针对原核生物针对原核生物(1)四环

25、素四环素/土霉素：氨酰土霉素：氨酰-tRNA不能在不能在A位与位与mRNA结结合，阻断肽链延长。合，阻断肽链延长。(2)链霉素链霉素/新霉素新霉素/卡那霉素：氨酰卡那霉素：氨酰-tRNA与与mRNA上上密码子结合松弛，易引起密码错读。密码子结合松弛，易引起密码错读。(3)氯霉素：抑制肽酰转移酶的活性，阻断肽键形成。氯霉素：抑制肽酰转移酶的活性，阻断肽键形成。58第五十八页，本课件共有65页59第五十九页，本课件共有65页2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素、作为蛋白质合成阻断剂的毒素白喉毒素白喉毒素（对真核生物有剧毒的毒素）（对真核生物有剧毒的毒素）白喉杆菌产生的毒素蛋白，白喉杆菌产生的毒素蛋白，A

26、、B两条链组成。两条链组成。本质：本质：A链链-修饰酶修饰酶 B链链识别受体，协助识别受体，协助A A链链作用机制作用机制:eEF eEF2 2 （真核生物延长因子）（真核生物延长因子）eEFeEF2 2 腺苷二磷酸衍生物腺苷二磷酸衍生物(无活性无活性)A A链链60第六十页，本课件共有65页 真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。质，抑制病毒的繁殖。作用机制：作用机制：干扰素干扰素 eIFeIF2 2-磷酸化磷酸化 抑制蛋白质合成抑制蛋白质合成+双链双链RNA 2,5RNA 2,5磷酸二酯键连接的多聚腺苷酸磷酸二酯键连接的

27、多聚腺苷酸 抑制蛋白质合成抑制蛋白质合成(诱导产生诱导产生)3、作为蛋白质合成阻断剂的其他蛋白类物质、作为蛋白质合成阻断剂的其他蛋白类物质干扰素干扰素61第六十一页，本课件共有65页162第六十二页，本课件共有65页 蛋白质生物合成蛋白质生物合成随堂练习随堂练习1.下列为终止密码子下列为终止密码子A.UCA B.UAA C.UGA UCA B.UAA C.UGA D.D.UAG E.AUG UAG E.AUG2.下列是关于遗传密码的论述，错误的是下列是关于遗传密码的论述，错误的是A.A.低等生物和高等生物的遗传密码是不同的低等生物和高等生物的遗传密码是不同的B.B.遗传密码阅读的方向总是从遗传

28、密码阅读的方向总是从mRNAmRNA的的5 5 3方向方向C.C.阅读阅读mRNAmRNA分子中的分子中的“三联体三联体”时，相互间有标点符号隔开时，相互间有标点符号隔开D.D.每种氨基酸都有每种氨基酸都有2 2个或个或2 2个以上的密码子个以上的密码子E.E.tRNAtRNA的的1 1位反密码子与位反密码子与mRNAmRNA的的3 3位密码子互补配对时，不完全符合位密码子互补配对时，不完全符合碱基配对规则碱基配对规则 63第六十三页，本课件共有65页3.3.核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少 包括下列因子包括下列因子 A.A.起始因子（起

29、始因子（IFIF）B.B.延长因子（延长因子（EFEF）C.C.释放因子（释放因子（RFRF）D.D.因子因子 E.E.因子因子4.4.核糖体小亚基核糖体小亚基16SrRNA16SrRNA结合结合mRNAmRNA，主要是通过下列两，主要是通过下列两个序列互补结合的个序列互补结合的A.A.嘧啶碱序列与嘧啶碱序列与AUGAUG序列序列 B.SDB.SD序列与嘌呤碱序列序列与嘌呤碱序列 C.C.嘌呤碱序列与嘌呤碱序列与AUGAUG序列序列 D.D.嘧啶碱序列与嘧啶碱序列与SDSD序列序列 E.SDE.SD序列与序列与UAAUAA序列序列64第六十四页，本课件共有65页2023/3/2感谢大家观看第六十五页，本课件共有65页