11 蛋白质的生物合成-PPT课件.ppt

1、l第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系l第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程l第三节第三节 蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送l第四节第四节 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l蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由中由 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通编码的遗传信息，通过过遗传密码遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级破译的方式解读为蛋白质一级结构中结构中20种种氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序 。核苷酸三联体决定核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系氨基酸的对应关系参见参见P391第第 一一 节节 l

2、蛋白质生物合成（蛋白质生物合成（protein biosynthesis）过）过程十分复杂，几乎涉及细胞内所有种类的程十分复杂，几乎涉及细胞内所有种类的RNA分子和几十种蛋白质因子。分子和几十种蛋白质因子。l20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子 如如IF、eIF lATP、GTP-供能物质供能物质l无机离子，如无机离子，如Mg2+l 三种三种RNAmRNA（messenger RNA）rRNA（ribosomal RNA）tRNA（transfer RNA）l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AU

3、G开开始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码称为三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden): AUG 终止密码终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA 参见参见P392从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读开

4、放阅读框架框架(open reading frame, ORF)。 l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突基发生插入或缺失，可能导致框移突变变(frameshift mutation)。 Tyr Gly Ser ArgPro Thr Asp遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2、3、4个或

5、多至个或多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。 少数例外，如动物细胞的线粒体、植物少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。细胞的叶绿体。转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过的反密码需要通过碱基互补与碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。的碱基配对规律，称为摆动配对。 U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

6、密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG参见参见P395参见参见P396原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 34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 参见参见P397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(

7、aminoacyl site)反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂参见参见P398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（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化参见参见P399tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi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 El氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶对底物氨基酸和对底物氨

8、基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性(proofreading activity) 。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet (N-formyl methionine)（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA参见参见P400 第第 二二 节节 l翻译的起始翻译的起始(initiation)l翻译的延长翻译

9、的延长(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination )整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：参见参见P400指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核分别与核蛋 白 体 结 合 而 形 成 翻 译 起 始 复 合 物蛋 白 体 结 合 而 形 成 翻 译 起 始 复 合 物 (translational initiation complex)。l1. 1. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l2. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA的结合；的结合； l4. 4. 核蛋白体大亚基结合。核蛋

10、白体大亚基结合。IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离参见参见P401A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合参见参见P395-396IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到结合到小亚基小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 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 G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPil核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰-

11、-tRNA结合；结合；lmRNA在核蛋白体小亚基准确就位；在核蛋白体小亚基准确就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程指根据指根据mRNA密码序列的指导，次序添加密码序列的指导，次序添加氨基酸从氨基酸从N端向端向C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。又称为又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)l包括以下

12、三步：包括以下三步： 进位进位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 转位转位(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2 原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-G有转位酶活性，促进有转位酶

13、活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 （一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）参见参见P402参见参见P402Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成催化的肽键形成过程。过程。参见参见P403延长因子延长因子EF-G有转位酶有转位酶( ( t

14、ranslocase ) )活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核蛋，促进核蛋白体向白体向mRNA的的3 3侧移动侧移动 。参见参见P403fMetA U G53fMetTuGTP参见参见P403进进位位转转位位成肽成肽当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。参见参见P404终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor, RF) 一是识别终止密

15、码，如一是识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。上释放。 释放因子的功能释放因子的功能:原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53COO-使蛋白质合成高使蛋白质合成高速、高效进行速、高效进行。参见参见P405电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象l氨基酸活化：氨基酸活化

16、：2个个P ATPl起始：起始： 1个个GTPl延长：延长： 2个个GTPl终止：终止： 1个个GTPl结论：每合成一个肽键至少消耗结论：每合成一个肽键至少消耗4个个P。参见参见P406第第 三三 节节参见参见P405一、多肽链折叠为天然三维结构一、多肽链折叠为天然三维结构 二、肽链一级结构的修饰二、肽链一级结构的修饰三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰 l新生肽链新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。折叠即开始。 l一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构一级结构是

17、空间构象的基础。象的基础。1. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI) 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP)(heat shock protein, HSP) 是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的 一一组蛋白质。组蛋白质。 HSP70HSP70、HSP40

18、HSP40和和GrpEGrpE族族 2) 2) 伴侣素伴侣素(chaperonins)(chaperonins) 具有独特的双层具有独特的双层7-9 元环状结构的寡聚蛋白元环状结构的寡聚蛋白,它们以依赖它们以依赖ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。 GroELGroEL和和GroESGroES家族家族1. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、转运或降解等，完成功能后与之分离

19、，不构成这些蛋白转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时的组份。质执行功能时的组份。HSP促进蛋白质折叠基本作用促进蛋白质折叠基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成行折叠，形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素的主要作用伴侣

20、素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境然空间构象的微环境。 2、蛋白二硫键异构酶、蛋白二硫键异构酶 二硫键异构酶可催化错配二硫键断裂二硫键异构酶可催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。成热力学最稳定的天然构象。3、肽、肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰- -脯氨酸间的肽键有顺反两种异脯氨酸间的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进

21、上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。 （一）肽链（一）肽链N端的修饰端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 蛋白质合成后经过复杂机制，定向输蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位的送到最终发挥生物功能的细胞靶部位的过程称为蛋白质的靶向输送。过程称为蛋白质的靶向输送。 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶

22、向输送(protein targeting)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列信号序列 。 信号序列信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）

23、氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。 信号肽信号肽(signal peptide) 新生分泌蛋白新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列端的保守氨基酸序列称信号肽。称信号肽。 信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 第第 四四 节节l

24、抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如度生长的药物，如：6-MP。l 某些毒素某些毒素也作用于基因信息传递过程也作用于基因信息传递过程。抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白

25、原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后

26、引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 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l毒素毒素(toxin)l干扰素干扰素(interferon)NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（无活性无活性）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磷酸酶磷酸酶降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化l概念概念: 翻译、遗传密码、核糖体、翻译、遗传密码、核糖体、tRNAl蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制课外作业课外作业 P411思考题思考题 ：4、5