蛋白质生物合成省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、目录目录蛋白质生物合成(翻蛋白质生物合成(翻译)译)第第12章章Protein Biosynthesis(Translation)第1页目录目录本章主要知识点本章主要知识点蛋白质生物合成(翻译)概念蛋白质生物合成(翻译)概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中作用,、核蛋白体在翻译过程中作用,遗传密码特点遗传密码特点氨基酰氨基酰-tRNA合成酶作用特点合成酶作用特点 原核、真核生物翻译过程异同原核、真核生物翻译过程异同分子伴侣作用,翻译后修饰形式分子伴侣作用,翻译后修饰形式信号肽及其作用,各类蛋白质靶向输送特点信号肽及其作用,各类蛋白质靶向输送特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译机制抗生素、毒
2、素和干扰素抑制翻译机制第2页目录目录蛋白质生物合成概念蛋白质生物合成概念蛋蛋白白质质生生物物合合成成(protein biosynthesis)也也称称翻翻译译(translation),是是生生物物细细胞胞以以mRNA为为模模板板,按按照照mRNA分分子子中中核核苷苷酸酸排排列列次次序序所所组组成成密密码码信息合成蛋白质过程。信息合成蛋白质过程。n定义定义第3页目录目录(1)氨基酸活化)氨基酸活化(2)肽链生物合成)肽链生物合成(3)肽链形成后加工和靶向输送)肽链形成后加工和靶向输送n反应过程反应过程第4页目录目录(1)维持各种生命活动)维持各种生命活动(2)适应环境改变)适应环境改变(3)
3、参加组织更新和修复)参加组织更新和修复n生物学意义生物学意义第5页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6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:氨基酰主要酶和蛋白质因子:氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等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
4、第7页目录目录一、一、mRNA是蛋白质生物合成直接模板是蛋白质生物合成直接模板nmRNA基本结构基本结构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8页原核生物多顺反子原核生物多顺反子真核生物单顺反子真核生物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
5、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9页目录目录n遗传密码遗传密码在在mRNA开放阅读框架区,以每开放阅读框架区,以每3个相邻核苷个相邻核苷酸为一组,代表一个氨基酸酸为一组,代表一个氨基酸(或其它信息或其它信息),这种三,这种三联体形式核苷酸序列称为密码子。联体形式核苷酸序列称为密码子。起始密码子起始密码子(initiation codon):AUG终止密码子终止密码子(termination codon):UAA、UAG、UGA密码子(密码子(codon)起始密码子和终止密码子:起始密码子和终止密码子:第10页目录目录遗遗传传密密码
6、码表表第11页目录目录n遗传密码特点遗传密码特点1.方向性方向性(directional)翻译时遗传密码阅读方向是翻译时遗传密码阅读方向是53,即读码,即读码从从mRNA起始密码子起始密码子AUG开始,按开始,按53方向方向逐一阅读,直至终止密码子。逐一阅读,直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向第12页目录目录2.连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列各个三联体密码编码蛋白质氨基酸序列各个三联体密码连续阅读,密码子及密码子各碱基之间既无连续阅读,密码子及密码子各碱基之间既无间隔也无交叉。间隔也无交叉。5.5.A U GA U G G C A
7、G 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13页目录目录基因损伤引发基因损伤引发mRNA阅读框架内碱基发生阅读框架内碱基发生插入或缺失,可能造成插入或缺失,可能造成框移突变框移突变(frameshift mutation)。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14页目录目录许多真核生物基因转录后有一个对许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子外显子加工过程,可经过特定碱基插入、缺失或置换,加工过程,可经过特定碱基插入、缺失或置换,使使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或
8、无义序列中出现移码突变、错义突变或无义突变,造成突变,造成mRNA与其与其DNA模板序列不匹配,使模板序列不匹配,使同一前体同一前体mRNA翻译出序列、功效不一样蛋白质。翻译出序列、功效不一样蛋白质。这种基因表示调整方式称为这种基因表示调整方式称为mRNA编辑(编辑(mRNA editing)。第15页目录目录3.简并性简并性(degenerate)一一个个氨氨基基酸酸可可含含有有2个个或或2个个以以上上密密码码子子为其编码。这一特征称为遗传密码简并性。为其编码。这一特征称为遗传密码简并性。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸仅仅有有1个个密密码码子子外外,其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4个
9、个或或多多至至6个个三三联联体体为为其其编编码码。为为同同一一个个氨氨基基酸酸编编码码各各密密码码子子称称为为简并性密码子,也称同义密码子简并性密码子,也称同义密码子。第16页目录目录各种氨基酸密码子数目各种氨基酸密码子数目第17页目录目录4.通用性通用性(universal)从简单病毒到高等人类,几乎使用同一从简单病毒到高等人类,几乎使用同一套遗传密码,所以,遗传密码表中这套套遗传密码,所以,遗传密码表中这套“通通用密码用密码”基本上适合用于生物界全部物种,基本上适合用于生物界全部物种,含有通用性。含有通用性。密码通用性深入证实各种生物进化自同密码通用性深入证实各种生物进化自同一祖先。一祖先
10、。第18页目录目录已发觉少数例外,如动物细胞线粒体、植已发觉少数例外,如动物细胞线粒体、植物细胞叶绿体。物细胞叶绿体。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19页目录目录5.摆动性摆动性(wobble)反密码子与密码子之间配对有时并不严反密码子与密码子之间配对有时并不严格恪守常见碱基配对规律,这种现象称为摆格恪守常见碱基配对规律,这种现象称为摆动配对动配对(wobble base pairing)。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
11、,AA,GU,CUG第20页U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对第21页目录目录二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所n核蛋白体组成核蛋白体组成核核蛋蛋白白体体又又称称核核糖糖体体,是是由由rRNA和和各各种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成一一个个大大核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒,是是蛋蛋白白质生物合成场所。质生物合成场所。第22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-
12、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 不一样细胞核蛋白体组成不一样细胞核蛋白体组成第23页核蛋白体核蛋白体组成组成第24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25页目录目录三、三、tRNAtRNA是氨基酸运载工具及蛋白质生是氨基酸运载工具及蛋白质生物合成适配器物合成适配器ntRNA作用作用运运载载氨氨基基酸酸:氨氨基基酸酸各各由由其其特特异异tRNA携携带带,一一个个氨氨基基酸酸可可有有几几个个对对应应tRNA,氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA 3-CCA位置,结合需要位置,结合需要ATP
13、供能;供能;充充当当“适适配配器器”:每每种种tRNA反反密密码码子子决决定定了了所所携带氨基酸能准确地在携带氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。第26页第27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ntRNA构象构象第28页目录目录四、蛋白质生物合成需要酶类、四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等蛋白质因子等(一)主要酶类(一)主要酶类氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶(aminoacyltRNA synthetase),催化氨基酸活化;催化氨基酸活化;转转肽肽酶酶(peptidase),催催化化核核蛋蛋白白体体P位位上上肽肽酰酰基基转转移移至至A位位氨氨基基酰酰-t
14、RNA氨氨基基上上,使使酰酰基基与与氨氨基基结结合合形形成成肽肽键键;并并受受释释放放因因子子作作用用后后发发生生变变构构,表表现现出出酯酯酶酶水水解解活活性,使性,使P位上肽链与位上肽链与tRNA分离;分离;转转位位酶酶(translocase),催催化化核核蛋蛋白白体体向向mRNA3-端端移移动动一个密码子距离,使下一个密码子定位于一个密码子距离,使下一个密码子定位于A位。位。第29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 fact
15、or,RF)第30页目录目录参加原核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效参加原核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效种类种类生物学功效生物学功效起始因子起始因子IF-1占据占据A位预防结合其它位预防结合其它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,提升促进大小亚基分离,提升P位对结合起位对结合起始始tRNA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调整亚基调整亚基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位移位移至至P位,促进位,促
16、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可与核蛋白体其它部位结合,有可与核蛋白体其它部位结合,有GTP酶酶活性,能介导活性,能介导RF-1及及RF-2与核蛋白体与核蛋白体相互作用相互作用第31页参加真核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效参加真核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效种种类类生物学功效生物学功效起始因子起始因子eIF-1多功效因子,参加多个翻译步骤多功效因子,参加多个翻译步骤eIF-2促促进进起始起始tR
17、NA与小与小亚亚基基结结合合eIF-2B,eIF-3最先最先结结合小合小亚亚基,促基,促进进大小大小亚亚基分离基分离eIF-4AeIF-4F复合物成份,有复合物成份,有RNA解螺旋酶解螺旋酶活性,能解除活性,能解除mRNA5-端发夹结构,端发夹结构,使其与小亚基结合使其与小亚基结合eIF-4B结结合合mRNA,促,促进进mRNA扫扫描定位起始描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成份,结合复合物成份,结合mRNA 5帽帽子子eIF-4GeIF-4F复合物成份,结合复合物成份,结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白eIF-5促促进进各种起始因子从小各种起始因子从小亚
18、亚基解离,基解离,进进而而结结合大合大亚亚基基eIF-6促促进进核蛋白体分离成大小核蛋白体分离成大小亚亚基基延延长长因子因子eIF1-促促进进氨基氨基酰酰-tRNA进进入入A位,位,结结合分解合分解GTP,相当于,相当于EF-TueIF1-调整亚基,相当于调整亚基,相当于EF-TseIF-2有有转转位位酶酶活性,促活性,促进进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位,促位,促进进tRNA卸卸载载与与释释放,相当于放,相当于EF-G 释释放因子放因子eRF识别全部终止密码子,含有原核生物各识别全部终止密码子,含有原核生物各类类RF功效功效第32页目录目录蛋白质生物合成能源物质为蛋白质生
19、物合成能源物质为ATP和和GTP;参参加加蛋蛋白白质质生生物物合合成成无无机机离离子子有有Mg2+、K+等。等。(三)能源物质及离子(三)能源物质及离子第33页目录目录第二节第二节氨基酸活化氨基酸活化Activation of Amino Acids第34页目录目录氨基酸与特异氨基酸与特异tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA过程过程称为氨基酸活化。称为氨基酸活化。参加氨基酸活化酶:参加氨基酸活化酶:氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。第35页目录目录n反应过程反应过程一、一、氨基酸活化形成氨基酰氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPP
20、Pi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第36页目录目录氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应第37页目录目录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38页目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶结构结构氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷氨基酰转移到氨基酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸第39页目录目录氨基酰氨基酰-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。特征特征tR
21、NA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第40页目录目录氨基酰氨基酰-tRNA合成酶含有校正活性。合成酶含有校正活性。动动力力学学校校对对化化学学校校对对特征特征第41页目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA表示方法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各种氨基酸和对应各种氨基酸和对应tRNA结合后形成氨基结合后形成氨基酰酰-tRNA表示为:表示为:氨基酸三字母缩写氨基酸三字母缩写-tRNA氨基酸三字母缩写氨基酸三字母缩写 比如:比如:第42页目录目录tRNA第43页目录目录二、真核生
22、物起始氨基酰二、真核生物起始氨基酰-tRNA是是Met-tRNAiMettRNAiMet与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后形形成成Met-tRNAiMet,能能够够在在mRNA起起始始密密码码子子AUG处处就就位位,参参加加形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起起始始密密码子只能识别码子只能识别Met-tRNAiMet。tRNAMet和和甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后生生成成Met-tRNAMet,必必要要时时进进入入核核蛋蛋白白体体,为为延延长长中中肽链添加甲硫氨酸。肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参加肽链延长甲硫氨酰参加肽链延长甲硫氨酰-tRNA:
23、Met-tRNAMetn真核生物真核生物第44页目录目录含含有有起起始始功功效效tRNAfMet与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后,甲甲硫硫氨氨酸酸很很快快被被甲甲酰酰化化为为N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸(N-formyl methionine,fMet),于于是是形形成成N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酰酰-tRNA(fMet-tRNAfMet),能能够够在在mRNA起起始始密密码码子子AUG处处就就位位,参参加加形形成成翻翻译译起起始始复复合合物。起始密码子只能识别物。起始密码子只能识别fMet-tRNAfMet。n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 第45页
24、目录目录fMet-tRNAfMet生生成成是是一一碳碳化化合合物物转转移移和和利利用用过过程程之之一一,反反应应由由转转甲甲酰酰基基酶酶催催化化,甲甲酰酰基基从从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸-氨基上。氨基上。第46页目录目录第三节第三节肽链生物合成过程肽链生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain第47页目录目录肽肽链链生生物物合合成成过过程程是是翻翻译译中中心心步步骤骤。翻翻译译时时,从从mRNA起起始始密密码码子子AUG开开始始,按按53方方向向逐逐一一读读码码,直直至至终终止止密密码码子子。于于是是,合合
25、成成中中肽肽链链从从起起始始甲甲硫硫氨氨酸酸开开始始,从从N-端端C-端端延延长长,直至终止密码子前一位密码子所编码氨基酸。直至终止密码子前一位密码子所编码氨基酸。第48页目录目录起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)n整个过程可分为整个过程可分为:一、原核生物肽链合成过程一、原核生物肽链合成过程第49页目录目录(一)起始(一)起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物过程。白体结合而形成翻译起始复合物过程。1.核蛋白体大小亚基分离;核蛋白体大小亚基分离;2.mRNA在小亚基定
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