蛋白质生物合成 (6)课件.ppt

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1、第十二章第十二章 蛋白质生物合成蛋白质生物合成 刘新文刘新文北京大学医学部生物化学与分子生物学系现在学习的是第1页，共59页刘新文，蛋白质生物合成q翻译（翻译（translation）：）：mRNA分子中的遗传信息分子中的遗传信息转变为蛋白质的氨基酸排列顺序转变为蛋白质的氨基酸排列顺序 q基因表达（基因表达（Gene expression）：转录与翻译）：转录与翻译 q中心中心法则法则 DNARNA蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录反转录反转录复制复制复制复制现在学习的是第2页，共59页刘新文，蛋白质生物合成第一节第一节 蛋白质的生物合成体系蛋白质的生物合成体系 q 原料：原料：20种氨基酸种氨基酸

2、q 模板：模板：mRNAq 场所：核蛋白体场所：核蛋白体q 氨基酸的氨基酸的“搬运工具搬运工具”：tRNAq 酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子 q 能量：能量：ATP、GTPq 无机离子无机离子 一、模板一、模板mRNA 1、遗传密码（、遗传密码（genetic code）现在学习的是第3页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 起始密码：起始密码：5端第一个端第一个AUG表示起动信号，并代表甲酰蛋表示起动信号，并代表甲酰蛋氨酸氨酸(细菌细菌)或蛋氨酸或蛋氨酸(高等动物高等动物)2、遗传密码的特点、遗传密码的特点 通用性：部分线粒体、叶绿体密码子除外通用性：部

3、分线粒体、叶绿体密码子除外 方向性：方向性：5端端3端端 连续性：连续性：mRNA链上碱基的插入或缺失可导致移码链上碱基的插入或缺失可导致移码 不重叠性不重叠性 密码子（密码子（codon）：）：mRNA从从5端端3端，每端，每3个核苷酸组个核苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号，统称为遗成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号，统称为遗传密码。其中的单个密码字，称为密码子传密码。其中的单个密码字，称为密码子 现在学习的是第4页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 简并性简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息（信息（

4、Trp和和Met除外，仅有除外，仅有1个密码子个密码子）。其原因是由于密）。其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。摇摆性（摇摆性（wobble）：）：mRNA密码子的第三个核苷酸密码子的第三个核苷酸（3端）端）与与tRNA反密码子第一个核苷酸（反密码子第一个核苷酸（5端）配对端）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U、G-C外，外，还可有其它配对方式。还可有其它配对方式。I是最常见的摆动现象是最常见的摆动现象 终止密码：终止密码：UAA、UAG或或UGA（不编码氨基酸）（

5、不编码氨基酸）现在学习的是第5页，共59页刘新文，蛋白质生物合成二、氨基酸的搬运工具二、氨基酸的搬运工具tRNA v 一种一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种tRNA携带携带 1、tRNA的功能区的功能区 氨基酸臂氨基酸臂与氨基酸结合与氨基酸结合 DHU环环与氨酰与氨酰-tRNA合成酶结合合成酶结合 反密码环反密码环识别密码子识别密码子 TC环环.与核蛋白体结合与核蛋白体结合 2、反密码子（、反密码子（anticodon）tRNA反密码环中间的反密码环中间的3个核苷酸，可与个核苷酸，可与mRNA密码子密码子配对配对 反密码子的第一位核苷酸（反

6、密码子的第一位核苷酸（5端）常为端）常为I现在学习的是第6页，共59页刘新文，蛋白质生物合成三、多肽链的三、多肽链的装配机装配机核蛋白体核蛋白体 1、组成：蛋白质、组成：蛋白质rRNA 真核核蛋白体（真核核蛋白体（40S+60S=80S）原核核蛋白体（原核核蛋白体（30S+50S=70S）2、功能区功能区 受受位位（A位位）：位位于于大大、小小亚亚基基结结合合处处，结结合合AA-tRNA 给给位位（P位位）：主主要要位位于于大大亚亚基基，结结合合肽肽酰酰-tRNA和和起始起始Met-tRNA 转肽酶、转肽酶、GTP酶酶：位于大亚基位于大亚基 3、多核蛋白体：、多核蛋白体：1个个mRNA和多个核

7、蛋白体的聚合物，体和多个核蛋白体的聚合物，体现了蛋白质合成的高速、高效性现了蛋白质合成的高速、高效性现在学习的是第7页，共59页刘新文，蛋白质生物合成第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程一、氨基酸的活化与转运一、氨基酸的活化与转运（1）氨基酰氨基酰tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸、合成酶：高度特异识别氨基酸、tRNA；校对活性；校对活性（2）能量：）能量：1个个ATP（2个高能键）个高能键）二、核蛋白体循环二、核蛋白体循环（ribosomal cycle）：）：起始、延长、起始、延长、终止终止 1、起始复合物的生成、起始复合物的生成（1）起始因子）起始因子 3种种IF（原核）：

8、（原核）：IF1、IF2、IF3 多种多种eIF（真核）：（真核）：eIF2是合成调控的关键物质是合成调控的关键物质 氨基酸活化、起始复合物生成、肽链延长、终止氨基酸活化、起始复合物生成、肽链延长、终止现在学习的是第8页，共59页刘新文，蛋白质生物合成（3）起始起始AA-tRNA fMet-tRNAfmet（原核）（原核）Met-tRNAmet（真核）（真核）（4）起始复合物组成：大、小亚基、起始复合物组成：大、小亚基、mRNA、起始因子、起始因子、起始起始AA-tRNA（5）起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、）起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、mRNA就位、就位、起始起始tRNA结合、大

9、亚基结合结合、大亚基结合小亚基先与小亚基先与mRNA结合（原核）结合（原核）小亚基先与起始小亚基先与起始AA-tRNA结合（真核）结合（真核）（2）能量：能量：GTP（真核体系还需（真核体系还需ATP）现在学习的是第9页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 2、肽链延长、肽链延长 （1）延长因子）延长因子EFT：真核为：真核为EFT1与与T2，原核为，原核为EFTu、Ts与与EFG （2）能量：）能量：GTP 方向：方向：N端端C端（肽链）；端（肽链）；5端端3端（端（mRNA）（3）过程）过程 进位：进位：EFTu、Ts或或T1、GTP；进入；进入A位位 成肽：转肽酶；成肽：转肽酶；P位酰基与位

10、酰基与A位氨基反应位氨基反应 转位、脱落、移位：转位、脱落、移位：EFG（转位酶）或（转位酶）或T2、GTP；由；由A位移至位移至P位，位，A位留空位留空 3、终止、终止 （1）释放因子）释放因子RF：3种（原核）或种（原核）或1种（真核）种（真核）现在学习的是第10页，共59页刘新文，蛋白质生物合成一、蛋白质合成抑制剂：抗生素、干扰素、毒素一、蛋白质合成抑制剂：抗生素、干扰素、毒素二、真核与原核蛋白合成的不同点二、真核与原核蛋白合成的不同点 1、转录与翻译不偶联、转录与翻译不偶联2、合成体系复杂、合成体系复杂3、合成起始、合成起始AA-tRNA不同不同4、通常需进行翻译后加工、通常需进行翻译

11、后加工5、合成的调控更为复杂、合成的调控更为复杂 第三节第三节 蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节 （2）能量：）能量：GTP （3）转肽酶活性转变：转肽酶）转肽酶活性转变：转肽酶酯酶（水解酶酯酶（水解酶）现在学习的是第11页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 1、抗生素、抗生素 氯霉素氯霉素原核生物原核生物50S大亚基大亚基抑制转肽酶抑制转肽酶四四环环素素(金金霉霉素素等等)原核生物原核生物30S小亚基小亚基阻阻 碍碍 氨氨 基基 酰酰tRNA与与 小小 亚亚基结合基结合红霉素红霉素原核生物原核生物50S大亚基大亚基抑抑制制转转肽肽酶酶，防碍移位防碍移位 链链霉霉素素、新新霉霉素素(卡那霉素卡那

12、霉素)原核生物原核生物30S小亚基小亚基抑抑制制起起动动,造造成成误译误译抗生素抗生素抑制对象抑制对象作用环节作用环节作用原理作用原理放线菌酮放线菌酮真核生物真核生物60S大亚基大亚基嘌嘌 呤呤 霉霉 素素（AA-tRNA类似物）类似物）原原、真真核核生生物物竞争结合竞争结合A位位促使肽链提前终止促使肽链提前终止抑制转肽酶抑制转肽酶现在学习的是第12页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 2、干扰素、干扰素（interferoninterferon，IF IF）：抗病毒：抗病毒IF 降解模板降解模板RNA：干扰素与双链：干扰素与双链RNA（病毒）共同活（病毒）共同活化化2,5-A合成酶，促使多聚合

13、成酶，促使多聚2,5-A生成；生成；2,5-A活化核酸内切酶，使活化核酸内切酶，使mRNA降解降解 磷酸化起始因子磷酸化起始因子eIF2，抑制蛋白合成的起始，抑制蛋白合成的起始 3、毒素：抑制真核生物、毒素：抑制真核生物 （1）白喉毒素：共价修饰（）白喉毒素：共价修饰（ADP核糖化）延长因子核糖化）延长因子EFT2，抑制肽链延长，抑制肽链延长 二、其它调节方式二、其它调节方式现在学习的是第13页，共59页刘新文，蛋白质生物合成第四节第四节 翻译后加工翻译后加工一、肽链合成后的加工一、肽链合成后的加工 1、去除、去除N-甲酰基（原核）或甲酰基（原核）或N-蛋氨酸（真核）蛋氨酸（真核）2、二硫键形

14、成：生成胱氨酸、二硫键形成：生成胱氨酸 3、水解修剪、水解修剪 4、氨基酸侧链修饰：羟化（生成羟脯氨酸、羟赖氨、氨基酸侧链修饰：羟化（生成羟脯氨酸、羟赖氨酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化与羟甲基化、加糖、酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化与羟甲基化、加糖、加脂，等加脂，等 5、亚基聚合、亚基聚合 6、辅基结合、辅基结合 现在学习的是第14页，共59页刘新文，蛋白质生物合成解读密码解读密码 DNA分子中的核苷酸只有分子中的核苷酸只有4种，而蛋白质中种，而蛋白质中的氨基酸却有的氨基酸却有20种之多。种之多。DNA如何得以包含蛋白如何得以包含蛋白质中氨基酸排列的遗传信息呢？质中氨基酸排列的遗传信息呢？1954

15、年理论物理学家年理论物理学家Gamov在在“Nature”杂志杂志中明确提出遗传中明确提出遗传“密码密码”的概念。认为在密码翻的概念。认为在密码翻译时译时3个核苷酸决定个核苷酸决定1个氨基酸。个氨基酸。4种核苷酸，如允种核苷酸，如允许重复，则可有许重复，则可有4364种排列组合方式。种排列组合方式。现在学习的是第15页，共59页刘新文，蛋白质生物合成解读密码解读密码现在学习的是第16页，共59页刘新文，蛋白质生物合成现在学习的是第17页，共59页刘新文，蛋白质生物合成密码特点密码特点1、密码子不重叠、密码子不重叠2、密码子的连续性与方向性、密码子的连续性与方向性现在学习的是第18页，共59页刘

16、新文，蛋白质生物合成刘新文，蛋白质生物合成密码特点密码特点3 3、密密密密码码码码简简简简并并并并性性性性现在学习的是第19页，共59页刘新文，蛋白质生物合成密码特点密码特点4、密密码码配配对对的的摇摇摆摆性性现在学习的是第20页，共59页刘新文，蛋白质生物合成密码特点密码特点现在学习的是第21页，共59页刘新文，蛋白质生物合成搬运工具搬运工具tRNA现在学习的是第22页，共59页刘新文，蛋白质生物合成搬运工具搬运工具tRNA现在学习的是第23页，共59页刘新文，蛋白质生物合成搬运工具搬运工具tRNA现在学习的是第24页，共59页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体现在学习的是第25页，共5

17、9页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体现在学习的是第26页，共59页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体现在学习的是第27页，共59页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体现在学习的是第28页，共59页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体两类核蛋白体两类核蛋白体:结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）.游离型：游离于胞质中游离型：游离于胞质中,参与细胞固有蛋白的合成参与细胞固有蛋白的合成现在学习的是第29页，共59页刘新文，蛋白质生物合成核蛋白体核蛋白体现在学习的是第30页，共59页刘新文，蛋白质生物合成基本原理基本原理多个核蛋

18、白体多个核蛋白体DNA（遗传信息）（遗传信息）核膜核膜mRNA（模板）（模板）（装配机）（装配机）多个多个tRNA（搬运工具）（搬运工具）多核蛋白体多核蛋白体多个氨基酸（原料）多个氨基酸（原料）蛋白质（产品）蛋白质（产品）mRNA现在学习的是第31页，共59页刘新文，蛋白质生物合成氨基酰氨基酰-tRNA合成合成氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPAMP+ppi现在学习的是第32页，共59页刘新文，蛋白质生物合成起始复合物起始复合物起始密码子起始密码子30S亚基亚基IF3IF2-GTPIF2-GTPIF3IF3IF21、mRNA就位就位2、起始、起

19、始tRNA结合结合3、大亚基结合、大亚基结合原核起始原核起始原核起始原核起始现在学习的是第33页，共59页刘新文，蛋白质生物合成GTP-eIF2aeIF2bGDPeIF2b GDPGDP-eIF2aMet-tRNAi三元复合物三元复合物40S亚基亚基eIF4cmRNAeIF4aeIF4beIF4f前起始复合物前起始复合物60SeIF4DeIF5起始复合物起始复合物现在学习的是第34页，共59页刘新文，蛋白质生物合成起始因子起始因子现在学习的是第35页，共59页刘新文，蛋白质生物合成起始因子起始因子现在学习的是第36页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链延长肽链延长1、进进位位现在学习的是第37

20、页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链延长肽链延长进位进位现在学习的是第38页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链延长肽链延长2、肽肽键键生生成成现在学习的是第39页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链延长肽链延长肽链延长肽链延长转肽转肽移位移位现在学习的是第40页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链终止肽链终止1、终止因子识别、终止因子识别、结合终止密码结合终止密码2、转肽酶活性转、转肽酶活性转变、肽链解离变、肽链解离3、终止因子、终止因子、mRNA、tRNA脱离脱离4、亚基拆离、亚基拆离现在学习的是第41页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链终止肽链终止现在学习的是第42页，共59页刘新文

21、，蛋白质生物合成嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤霉霉霉霉素素素素现在学习的是第43页，共59页刘新文，蛋白质生物合成肽链终止肽链终止嘌呤霉素的作用机理嘌呤霉素的作用机理现在学习的是第44页，共59页刘新文，蛋白质生物合成真核生物与原核生物蛋白质合成的不同真核生物与原核生物蛋白质合成的不同现在学习的是第45页，共59页刘新文，蛋白质生物合成蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节现在学习的是第46页，共59页刘新文，蛋白质生物合成蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节现在学习的是第47页，共59页刘新文，蛋白质生物合成1 1 1 1、肽链水解修饰、肽链水解修饰、肽链水解修饰、肽链水解修饰 2 2 2 2、修饰、修饰、修饰、修

22、饰 羟化：胶元蛋白前体中的羟化：胶元蛋白前体中的羟化：胶元蛋白前体中的羟化：胶元蛋白前体中的ProPro、LysLys。脂化：脂蛋白要加脂。脂化：脂蛋白要加脂。脂化：脂蛋白要加脂。脂化：脂蛋白要加脂。乙酰化：组蛋白进行乙酰化。乙酰化：组蛋白进行乙酰化。乙酰化：组蛋白进行乙酰化。乙酰化：组蛋白进行乙酰化。甲基化：细胞色素甲基化：细胞色素甲基化：细胞色素甲基化：细胞色素C C，肌蛋白肌蛋白肌蛋白肌蛋白.磷酸化：磷酸化酶磷酸化：磷酸化酶磷酸化：磷酸化酶磷酸化：磷酸化酶b b【例例2 2】胰岛素原胰岛素原 切除肽链切除肽链 胰岛素胰岛素 【例例1 1】酶原酶原 水解水解 酶酶 【例例3 3】清蛋白原清

23、蛋白原 水解水解5656 清蛋白清蛋白 糖基化糖基化糖基化糖基化:在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行.肽链的加工修饰肽链的加工修饰现在学习的是第48页，共59页刘新文，蛋白质生物合成3 3 3 3、亚单位的聚合、辅基结合、亚单位的聚合、辅基结合、亚单位的聚合、辅基结合、亚单位的聚合、辅基结合【例如例如例如例如】血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白(2 2 2 2)链链链链 2 2血红素血红素 二聚体二聚体 链链链链 2 2血红素血红素 二聚体二聚体 血红蛋白血红蛋白肽链的加工修饰肽链的加工

24、修饰现在学习的是第49页，共59页刘新文，蛋白质生物合成糖蛋白的合成糖蛋白的合成现在学习的是第50页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 靶向输送靶向输送(protein targeting)(protein targeting)：将合成后的蛋白：将合成后的蛋白质定质定向运送到行使功能的目标区域向运送到行使功能的目标区域分泌蛋白质的合成分泌蛋白质的合成一、信号肽一、信号肽 1 1、作用：使核蛋白体与内质网上的受体结合；肽链、作用：使核蛋白体与内质网上的受体结合；肽链进入内质网腔后运至靶器官，由信号肽酶切除信号肽。进入内质网腔后运至靶器官，由信号肽酶切除信号肽。2 2、结构：约、结构：约151540

25、AA40AA构成；分三个区：构成；分三个区：N N端为亲水区含碱性氨基酸端为亲水区含碱性氨基酸,提供正电荷。提供正电荷。疏水区含中性或疏水性氨基酸。疏水区含中性或疏水性氨基酸。加工区是信号肽酶切割信号肽的部位。加工区是信号肽酶切割信号肽的部位。现在学习的是第51页，共59页刘新文，蛋白质生物合成二、其它二、其它 参与转运的分子参与转运的分子 1、信号肽识别粒子信号肽识别粒子SRP（Signal recognition particles）：由：由6种蛋白质与种蛋白质与7S-RNA组成复合体。组成复合体。与合成的分泌蛋白中的信号肽结合。与合成的分泌蛋白中的信号肽结合。与内质网上的受体结合。与内质

26、网上的受体结合。2、7S-RNA:305bp,提供提供SRP形成的结构骨架。形成的结构骨架。3、对接蛋白对接蛋白Dp（docking protein）：Dp 是是SRP的受体，的受体，与与SRP共同催化转运携有肽链的核蛋白体到内质网上。共同催化转运携有肽链的核蛋白体到内质网上。现在学习的是第52页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 2 2、信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网、信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔。腔。三、分泌蛋白的转运过程三、分泌蛋白的转运过程 1 1、信号肽与、信号肽与SRP结合，结合，SRP与与Dp结合结合，核蛋白体与内核蛋白体与内质网膜结合。质网膜结合。SR

27、P的结合使肽链合成减速或暂停。的结合使肽链合成减速或暂停。当当SRP与其受体结合时与其受体结合时,释放信号肽释放信号肽,翻译又恢复进行翻译又恢复进行.现在学习的是第53页，共59页刘新文，蛋白质生物合成分泌蛋白质的合成分泌蛋白质的合成现在学习的是第54页，共59页刘新文，蛋白质生物合成移码突变移码突变现在学习的是第55页，共59页刘新文，蛋白质生物合成机体自身合成蛋白质的必要性与可能性机体自身合成蛋白质的必要性与可能性q 蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础q 蛋白质具有种属及个体特异性蛋白质具有种属及个体特异性 人体不能直接利用外源性蛋白质人体不能直接利用外源性蛋白质q 遗传

28、信息决定蛋白质氨基酸序列遗传信息决定蛋白质氨基酸序列q 细胞具有蛋白质合成体系细胞具有蛋白质合成体系刘新文，蛋白质生物合成现在学习的是第56页，共59页刘新文，蛋白质生物合成二、糖蛋白的合成二、糖蛋白的合成三、蛋白分拣三、蛋白分拣细胞内运输与定位细胞内运输与定位 第四节第四节蛋白质合成与医学的关系蛋白质合成与医学的关系一、分子病一、分子病(molecular diseases)v 由由于于基基因因缺缺陷陷，导导致致蛋蛋白白质质合合成成异异常常，最最终终引引起起机机体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。刘新文，蛋白质生物合成 1、误义突变（、误义突变

29、（missense mutation）：某一氨基酸的密码：某一氨基酸的密码突变为另一氨基酸的密码的现象突变为另一氨基酸的密码的现象 2、移码突变（、移码突变（frame-shift）：插入或缺失）：插入或缺失1个或个或2个核个核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变现在学习的是第57页，共59页刘新文，蛋白质生物合成 1、镰刀状红细胞贫血、镰刀状红细胞贫血u血红蛋白血红蛋白链链N端第六个氨基酸残基由端第六个氨基酸残基由Glu变为变为Valu珠蛋白结构基因中第六个密码子由珠蛋白结构基因中第六个密码子由CTT变为变为CAT 2、小儿麻痹症与翻译起动因子有关、小儿麻痹症与翻译起动因子有关【经典举例经典举例】现在学习的是第58页，共59页刘新文，蛋白质生物合成感谢大家观看现在学习的是第59页，共59页