最新北京大学生物化学课件第十二章-蛋白质的合成.pptx

1、q翻译（翻译（translation）：）：mRNA分子中的遗分子中的遗传信息转变为蛋白质的氨基酸排列顺序传信息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）：转录与翻译译 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

2、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） 起始密码：起始密码：5端第一个端第一个AUG表示起动信号，并代表表示起动信号，并代表甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸(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链上碱基的插入或缺失可导致移码码 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个个核苷酸组成

3、一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终核苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号，统称为遗传密码。其中的单个密码字，称为止信号，统称为遗传密码。其中的单个密码字，称为密码子密码子 简并性简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息（基酸遗传信息（Trp和和Met除外，仅有除外，仅有1个密码子个密码子 ）。）。其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对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）。（摆动性或摇摆性）。 摇摆性（摇摆性（wobble）：）： mRNA密码子的第三个核密码子的第三个核苷酸（苷酸（3端）端

4、） 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）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除端）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U、G-C外，还可有其它配对方式。外，还可有其它配对方式。 I是最常见的是最常见的摆动现象摆动现象 终止密码：终止密码：UAA、UAG或或UGA（不编码氨基酸）（不编码氨基酸） 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；而一种氨基酸可可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种由数种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

5、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密密码子配对码子配对 反密码子的第一位核苷酸（反密码子的第一位核苷酸（5端）常为端）常为I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 受位（受位（A位）位）：位于：位于大、小亚基结合处，结合大、小亚基结

6、合处，结合AA-tRNA 给位（给位（P位）位）：主要位于大亚基，结合肽酰主要位于大亚基，结合肽酰-tRNA和起始和起始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和多个核蛋白体的聚合和多个核蛋白体的聚合物，体现了蛋白质合成的高速、高效性物，体现了蛋白质合成的高速、高效性第二节第二节 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

7、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）：（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（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、起

8、始因子、起始因子、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、起始就位、起始tRNA结合、大亚基结合结合、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） 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

9、）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）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

10、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 ） 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环素四环素(金霉素金霉素等等)原核生物原核生物30S小亚基小亚基阻 碍 氨 基 酰阻 碍 氨 基 酰tRNA与小亚与小亚基结合基结合红霉素红霉素原核生物原核生物50S大亚基大亚基抑制转肽酶，抑制转肽酶，防碍移位防碍移位 链霉素、新霉链霉素、

11、新霉素素(卡那霉素卡那霉素)原核生物原核生物30S小亚基小亚基抑制起动抑制起动,造成造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 呤 霉 素嘌 呤 霉 素（AA-tRNA类似物）类似物）原、真核生原、真核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 2、干扰素、干扰素：抗病毒：抗病毒 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（病毒）共同活化同活化2, ,5- -A合成酶，促使多聚合成酶，促使多聚2, ,5- -A生成；生成；2, ,5- -A活化核酸内切

12、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）延长核糖化）延长因子因子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

13、、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、加氨酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化与羟甲基化、加糖、加脂，等糖、加脂，等 5、亚基聚合、亚基聚合 6、辅基结合、辅基结合 DNA分子中的核苷酸只有分子中的核苷酸只有4种，而蛋白质种，而蛋白质中的氨基酸却有中的氨基酸却有20种之多。种之多。DNA如何得以包如何得以包含蛋白质中氨基酸排列的遗传信息呢？含蛋白质中氨基酸排列的遗传信息呢？ 1954年理论物理学家年理论物理学家Gamov在在“Nature”杂志中明确提出遗传杂志中明确提出遗传“密码密码”的概念。认为的概念。认为在密码翻译时在密码翻译时3个核苷酸决定个核苷酸

14、决定1个氨基酸。个氨基酸。4种种核苷酸，如允许重复，则可有核苷酸，如允许重复，则可有4364种排列种排列组合方式。组合方式。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刘新文，蛋白质生物合成4、密密码码配配对对的的摇摇摆摆性性反密码子反密码子5端的碱基端的碱基 密码子密码子3端的碱基端的碱基 GC或或UCGAUUA或或GIA、U或或C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多

15、个核蛋白体多个核蛋白体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、起始tRNA结结合合3、大亚基结合、大亚基结合GTP-eIF2aeIF2bGDPeIF2b GDPGDP-eIF2aMet-tRNAi三元复合物三元复

16、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转肽转肽移位移位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、亚基拆离真核真核 原核原核 核蛋白体核蛋白体 80S70S含蛋白数量含蛋白数量 多于多于80 少于少于60 小亚基结构小亚基结构 无嘧啶区和互补区无嘧啶区和互补区 含嘧啶区与互补含嘧啶区与互补 起始起始tRNA tRNAimet tRNAfmet启动启动 eIF 910种种,

17、需需ATP,小亚基先与小亚基先与tRNA结结合，再与合，再与mRNA结合结合IF1、IF2、IF3，仅，仅需需GTP，小亚基，小亚基先与先与mRNA结合结合延长延长 EF1，EF2 EFTu EFTs 终止终止RF 需需 GTP RF1、RF 2、RF3 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 靶向输送靶向输送(protein targeting)(protein targeting)：将合成后的蛋：将合成后的蛋白白质定向运送到行使功能的目标区域质定向运送到行使

18、功能的目标区域一、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、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，由信号肽酶切除信链进入内质网腔后运至靶器官，由信号肽酶切除信号肽。号肽。 2 2、结构：约、结构：约151540AA40AA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。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

19、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，与的受体，与SRP共同催化转运携有肽链的核蛋共同催化转运携有肽链的核蛋白体到内质网上。白体到内质网上。 2 2、信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质、信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内

20、质网腔。网腔。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，核蛋白体核蛋白体与内质网膜结合。与内质网膜结合。SRP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,翻译又恢复进翻译又恢复进行行.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 遗传信息决定蛋白质氨基酸序列

21、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 由于基因缺陷，导致蛋白质合成异常，最终引起由于基因缺陷，导致蛋白质合成异常，最终引起机体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。机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（missense mutation） ：某一氨基：某一氨基酸的密码突变为另一氨基酸的密码的现象酸的密码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个核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变个核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变 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】