蛋白质生物合成kp.pptx

目录目录第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein Biosynthesis System第1页/共87页目录目录1.基本原料：基本原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸2.模板：模板：mRNA3.适配器：适配器：tRNA4.装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体5.主要酶和蛋白质因子：主要酶和蛋白质因子：6.能源物质：能源物质：ATP、GTP7.无机离子：无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系第2页/共87页目录目录一、模板一、模板-mRNA（一）结构（一）结构Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5-端端起起始始密密码码子子AUG到到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，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。第3页/共87页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PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 第4页/共87页目录目录（二）遗传密码（二）遗传密码在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻的个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息或其他信息)，这，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。1、密码子（、密码子（codon）第5页/共87页目录目录起始密码：起始密码：AUG 终止密码：终止密码：UAA，UAG，UGA 遗传密码：遗传密码：64种种有意义密码：有意义密码：61种种第6页/共87页目录目录遗遗传传密密码码表表第7页/共87页目录目录2、遗传密码的特点、遗传密码的特点1.方向性方向性NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向第8页/共87页目录目录2.连续性连续性 5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码终止密码第9页/共87页目录目录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精第10页/共87页目录目录3.简并性简并性除色氨酸和甲硫氨酸仅有除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子，个密码子，其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4个个或或多多至至6个个三三联联体体为其编码。为其编码。第11页/共87页目录目录各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目第12页/共87页目录目录4.通用性通用性第13页/共87页目录目录已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色第14页/共87页U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对5.摆动性摆动性第15页/共87页目录目录5.摆动性摆动性 mRNA上密码子的前两位碱基与反密码子严格遵上密码子的前两位碱基与反密码子严格遵守碱基配对规律，而密码子的第三位碱基与反密码守碱基配对规律，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基并不严格遵守碱基配对规律，称为子的第一位碱基并不严格遵守碱基配对规律，称为摆动配对。摆动配对。tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG第16页/共87页目录目录二、场所二、场所-核蛋白体核蛋白体（一）组成（一）组成第17页/共87页目录目录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成第18页/共87页核蛋白体核蛋白体的组成的组成第19页/共87页目录目录n原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 第20页/共87页目录目录原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)第21页/共87页目录目录1.mRNA与小亚基结合，大亚基上有转肽酶的活性。与小亚基结合，大亚基上有转肽酶的活性。2.存在三个位点：存在三个位点：P位，位，A位，位，E位。位。3.核蛋白体对进入的氨基酰核蛋白体对进入的氨基酰-tRNA 具有校正作用。具有校正作用。（二）核蛋白体的特点（二）核蛋白体的特点第22页/共87页目录目录三、适配器三、适配器-tRNA-tRNA第23页/共87页二级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂（一）（一）tRNA的构象的构象第24页/共87页目录目录三、适配器三、适配器-tRNA-tRNA（二）（二）tRNA的作用的作用1、运载氨基酸、运载氨基酸2、充充当当“适适配配器器”：每每种种tRNA的的反反密密码码子子决决定定了了所所携携带带的的氨氨基基酸酸能能准准确确地地在在mRNA上上对对号号入入座。座。第25页/共87页第26页/共87页目录目录四、酶类、蛋白质因子等四、酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类（一）重要的酶类氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶转肽酶转肽酶(peptidase)转位酶转位酶(translocase)第27页/共87页目录目录（二）蛋白质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）第28页/共87页目录目录参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA的的敏感性敏感性延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合并分解位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基调节亚基EF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放卸载与释放释放因子释放因子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF-1及及RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用第29页/共87页参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5-端的发夹结构，使其与小亚基结合端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子延长因子eIF1-促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放，相当于卸载与释放，相当于EF-G 释放因子释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能的功能第30页/共87页目录目录ATP、GTP，Mg2+、K+等。等。（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子第31页/共87页目录目录第二节第二节氨基酸的活化氨基酸的活化Activation of Amino Acids第32页/共87页目录目录（一）概念（一）概念 氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA的的过程称为氨基酸的活化。过程称为氨基酸的活化。第33页/共87页目录目录（二）反应过程（二）反应过程氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第34页/共87页目录目录2、氨基酰、氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都都有高度特异性。有高度特异性。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的特性合成酶的特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成合成酶酶ATP1、每活化一个氨基酸需要消耗、每活化一个氨基酸需要消耗2个高能磷酸键个高能磷酸键3、氨基酰、氨基酰-tRNA合成酶具有校合成酶具有校正活性。正活性。第35页/共87页目录目录（三）氨基酰（三）氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：第36页/共87页目录目录tRNA第37页/共87页目录目录二、起始氨基酰二、起始氨基酰-tRNA起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet1、真核生物、真核生物第38页/共87页目录目录2、原核生物、原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet（N甲酰甲甲酰甲硫氨酰硫氨酰tRNA）第39页/共87页目录目录第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain第40页/共87页目录目录一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程第41页/共87页目录目录（一）起始（一）起始第42页/共87页目录目录IF-1 IF-2 IF-3第43页/共87页目录目录IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离第44页/共87页目录目录A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合第45页/共87页目录目录S-D序列序列（Shine-Dalgarno）第46页/共87页目录目录S-D序列序列（Shine-Dalgarno）在各种原核在各种原核mRNA起始密码子起始密码子AUG上游约上游约8-13个个核苷酸部位，存在核苷酸部位，存在4-9个核苷酸一致的序列，富含个核苷酸一致的序列，富含嘌呤碱基，如嘌呤碱基，如AGGAGG-称为称为S-D序列（序列（Shine-Dalgarno）第47页/共87页目录目录S-D序列序列（Shine-Dalgarno）第48页/共87页目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基结合到小亚基A U G53氨基酰氨基酰tRNA与与GTP,IF-2形成复合物，结合在形成复合物，结合在P位。位。第49页/共87页目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.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 G53第50页/共87页目录目录IF-1 占据占据A位，防止结合其它位，防止结合其它tRNA。IF-2 促进起始氨酰促进起始氨酰tRNA与小亚基结合，并具有与小亚基结合，并具有GTP酶活性。酶活性。IF-3 维持核蛋白体大小亚基的分离。维持核蛋白体大小亚基的分离。第51页/共87页目录目录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程第52页/共87页目录目录（二）延长（二）延长EF-Tu EF-Ts EF-G第53页/共87页目录目录1.进位进位 又称又称注册注册(registration)，是是指一个氨基酰指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核蛋白体合到核蛋白体A位的过程。位的过程。第54页/共87页目录目录 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。第55页/共87页第56页/共87页目录目录Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：进位的反应过程：第57页/共87页目录目录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。成肽反应在成肽反应在A位上进行。位上进行。第58页/共87页目录目录n成肽的反应过程成肽的反应过程第59页/共87页目录目录3.转位转位第60页/共87页目录目录第61页/共87页目录目录3.转位转位延长因子延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解有转位酶活性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的33侧移动。这侧移动。这种相对位移造成合成的二肽酰种相对位移造成合成的二肽酰tRNAtRNA进入进入P P位。位。第62页/共87页目录目录（二）延长（二）延长EF-Tu 协助氨基酰协助氨基酰tRNA进入进入A位，并具有位，并具有GTP酶活酶活性。性。EF-Ts 结合并促进结合并促进GDP释放，利于释放，利于 EF-Tu再利用再利用。EF-G具有转位酶的活性。具有转位酶的活性。第63页/共87页目录目录fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位第64页/共87页进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长肽链合成延长(核蛋白体循环核蛋白体循环)过程过程第65页/共87页目录目录（三）终止（三）终止第66页/共87页目录目录RF-3有有GTP酶活性。酶活性。n释放因子的功能：释放因子的功能：识别终止密码子识别终止密码子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性第67页/共87页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第68页/共87页目录目录当当mRNA终终止止密密码码子子出出现现在在A位位，不不再再有有任任何何氨氨基基酰酰tRNA进进入入，RF进进入入A位位识识别别终终止止密密码码子。子。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核蛋蛋白体上释放。白体上释放。GTP供供能能，tRNA,mRNA,RF与与核核蛋蛋白白体体分分离离，大小亚基分离，重新参与蛋白质合成过程。大小亚基分离，重新参与蛋白质合成过程。终止阶段终止阶段第69页/共87页目录目录n原核肽链合成终止过程：原核肽链合成终止过程：第70页/共87页目录目录肽链合成所需能量计算肽链合成所需能量计算fMet-Ser-Glu起始起始延长延长终止终止活化活化1个个GTP2个个GTP*21个个GTP2个个ATP*312个高能磷酸键个高能磷酸键第71页/共87页目录目录二、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程（一）起始（一）起始2.起始氨基酰起始氨基酰tRNA是甲硫氨酰是甲硫氨酰tRNA。3.氨基酰氨基酰tRNA先与小亚基结合，再与先与小亚基结合，再与mRNA结合。结合。4.依靠帽子结构与依靠帽子结构与CBP，Ploy与与PABP结合，使结合，使mRNA在小亚基中准确定位。在小亚基中准确定位。1.起始因子为起始因子为eIF.第72页/共87页目录目录（二）延长（二）延长2.没有没有E位。位。1.延长因子不同。延长因子不同。第73页/共87页目录目录（三）终止（三）终止终止因子只有一种终止因子只有一种eRF，识别，识别UAA,UAG,UGA第74页/共87页原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一条一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子）一条一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子）编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和转录、翻译和mRNA的降解可同时发生的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译作为模板指导翻译核蛋白体核蛋白体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基 70S核蛋白体核蛋白体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mRNA结合结合,再与再与fMet-tRNAfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，结合，再与再与mRNA结合结合mRNA中的中的S-D序列与序列与16S rRNA 3-端端的一段序列结合的一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合物结合有有3种种IF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成有至少有至少10种种eIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成延长阶段延长阶段延长因子为延长因子为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延长因子为延长因子为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止阶段终止阶段释放因子为释放因子为RF-1、RF-2和和RF-3释放因子为释放因子为eRF第75页/共87页目录目录第四节第四节蛋白质翻译后修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein第76页/共87页目录目录一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质（一）自发折叠成能量最低的空间结构（一）自发折叠成能量最低的空间结构 第77页/共87页目录目录（二）大分子的帮助（二）大分子的帮助1.分子伴侣分子伴侣 2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶第78页/共87页目录目录二、一级结构修饰二、一级结构修饰（一）肽链（一）肽链N端的修饰端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰（二）个别氨基酸的共价修饰 1糖基化糖基化 2羟基化羟基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫键形成二硫键形成 6亲脂性修饰亲脂性修饰第79页/共87页目录目录例：鸦片促黑皮质素原例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰第80页/共87页目录目录三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合（二）辅基连接（二）辅基连接第81页/共87页目录目录四、合成后蛋白质可被靶向输送至四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位细胞特定部位 蛋蛋白白质质在在核核蛋蛋白白体体上上合合成成后后，必必须须分分选选出出来来，定定向向输输送送到到一一个个合合适适的的部部位位才才能能行行使使各各自自的的生生物物学学功功能能。蛋蛋白白质质的的靶靶向向输输送送与与翻翻译译后后修修饰饰过过程程同同步进行。步进行。第82页/共87页目录目录新生蛋白质的去向：新生蛋白质的去向：第83页/共87页目录目录第五节第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis第84页/共87页目录目录四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮第85页/共87页n干扰素的作用机制干扰素的作用机制:干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶第86页/共87页2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解dsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶降解降解mRNARNaseLRNaseL活化活化第87页/共87页