南京农业大学考研复习生物化学蛋白质的生物合成课件.ppt

1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻 译蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 蛋白质生物合成:是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序的过程。翻译翻译:遗传信息（碱基排列顺序，英文）由mRNA携带到蛋白质多肽链上体现为氨基酸残基排列顺序（中文）的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译。特特 点点 翻译过程十分复杂翻译过程十分复杂 -参与因素多参与因素多 -合成步骤繁合成步骤繁第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系四、核糖体核糖体一、一、2020种氨基酸种氨基酸 五、五、酶和辅助因子辅助因子及无机离子、以ATP、GTP 合成方向：NC端二二、mRN

2、AmRNA和遗传密码和遗传密码翻译模板翻译模板mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码*mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子子(cistron(cistron)。原核生物的一段原核生物的一段mRNAmRNA常常编码几种功能相关的常常编码几种功能相关的蛋白质，这种蛋白质，这种mRNAmRNA被称为被称为多顺反子多顺反子（poly poly cistroncistron）。）。真核生物的一段真核生物的一段mRNAmRNA常常只能编码一条多肽链，常常只能编码一条多肽链，这种这种mRNAmRNA被称为被称为单顺

3、反子单顺反子（single cistronsingle cistron）。）。mRNAmRNA(messenger RNA)(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体的载体蛋白质蛋白质DNADNAmRNAmRNA原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 53 3顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序AGGAGGUSDSD区区一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质真核细胞真核细胞mRNA的结构特点的结构特点5“帽子帽

4、子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p AAAAAAA-OH一条mRNA链只能为一种蛋白质编码 原核生物原核生物和和真核生物真核生物mRNA的比较的比较（一）密码子（一）密码子(codon(codon):):mRNAmRNA自自5353方向方向每三个碱基形成一个三联体每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密即一个遗传密码体现一个氨基酸信息码体现一个氨基酸信息 密码子的数量密码子的数量 43=64=64 密码子的发现密码子的发现 :1965 1965年，年，NirenbergNirenberg用用poly upoly u加入加入C14C14标记的标记的2020种种aaaa,仅

5、有苯丙氨仅有苯丙氨酸的寡肽酸的寡肽,UUU=,UUU=苯丙氨酸苯丙氨酸,最后用最后用核苷酸的核苷酸的共聚物共聚物破译了全部密码，编出遗传密码表破译了全部密码，编出遗传密码表 遗遗 传传 密密 码码遗遗传传密密码码表表(1)连续性连续性:两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移5.UACGGACAUCUG.35.UACCGGACAUCUG.3酪酪甘甘组组蛋蛋酪酪精精苏苏半胱半胱5.UACGACAUCUG.3酪酪天天异亮异亮插入插入缺失缺失(2)简并性简并性:除Met，Trp外，其余氨基酸均由2个以上密码子编码。其中 UAG,UAA,UGA是终止密码子,AU

6、G是起始密码子同时又编码蛋氨酸；但细菌例外，在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸(3)通用性通用性:所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线粒体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等（四）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子 反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异tRNA反密码环53UGUThrACG53mRNA（transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不在蛋白质合成中处于关键地位，

7、它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体到核糖体上提供运送载体tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图tRNAtRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反密码环A C C1 2 31 2 3tRNAtRNA1.1.结合氨基酸结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置 2.2.反密码子反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座 同功受体同功受体tRNA

8、tRNA：携带相同氨基酸而反密码：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组子不同的一组tRNAtRNA。？3.3.起始密码子：起始密码子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始密码 真核生物甲硫氨酸：tRNAmet 原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tRNAfmet表示,tRNAfmet的甲酰基由N10-甲酰四氢叶酸提供核糖体核糖体 是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的 组成：大小亚基 原核：30s+50s 70s 真核:40s+60s 80s 核核蛋蛋白白体体的的组组成成原核生物核糖体的组成原核生物

9、核糖体的组成核糖体核糖体 分类：分类：一类附着于粗面内质网参与分泌蛋白的合成；另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成 功能：功能：核糖体核糖体相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图30S与与mRNAmRNA结合部位结合部位肽位：结合或接受肽基的部位受位/氨基酰位：结合或接受AA-tRNA的部位50SmRNAP PA AT转肽酶转肽酶多核蛋白体多核蛋白体53一一mRNAmRNA上可同时结合上可同时结合多个核蛋白体进行蛋多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成白质多肽链合成 五五、辅助、辅助因子因子 在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质

10、中的蛋在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中的蛋白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别有：白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别有：起始因子（起始因子（IFIF）：原核生物中有原核生物中有IF1IF1、IF2IF2、IF3IF3延长因子（延长因子（EFEF）：原核生物中有原核生物中有EF-TuEF-Tu、EF-TsEF-Ts、EF-GEF-G终止因子（终止因子（RFRF）：原核生物中有原核生物中有RF1RF1、RF2RF2、RF3RF3参与翻译的蛋白质因子参与翻译的蛋白质因子阶段原核阶段原核 真核真核 功功 能能IF1IF1IF2IF2 e eIF2 IF2 参与起始复合物的形成参与起始复合

11、物的形成IF3IF3 e eIF3IF3、e eIF4CIF4C起始起始 CBP I CBP I 与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合 e eIF4A B F IF4A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个AUGAUG e eIF5 IF5 协助协助eIF2eIF2、eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放 e eIF6 IF6 协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu e eEF1EF1 协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体延长延长EF-TsEF-Ts e eEF1 EF1 帮助帮助EF-TuEF-Tu 、eE

12、F1eEF1 周转周转 EF-GEF-G e eEF2 EF2 移位因子移位因子终止终止 RF-1 RF-1 e eRFRF 释放完整的肽链释放完整的肽链 RF-2RF-2因子前加因子前加“e e”表示真核生物表示真核生物(eukaryotic)(eukaryotic)五五、辅助、辅助因子因子 ATPATP、GTPGTP、MgMg2+2+第二节第二节 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程（以原核为例）（以原核为例）一、氨基酸的活化与转运一、氨基酸的活化与转运二、翻译起始二、翻译起始三、肽链的延长三、肽链的延长四、肽链合成终止四、肽链合成终止一、氨基酸的活化与转运一、氨基酸的活化与转运 氨基酸活化活

13、化氨基酸的搬运活化氨基酸与核蛋白体结合 1.1.参与活化转运的酶参与活化转运的酶 氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸有特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译氨基酰氨基酰tRNAtRNA的生成的生成-氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶ATPPPiH2N-CH-C-OHR O H2N-CH-C-AMP-ER OH2N-CH-CO-ACC-tRNAR O氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶tRNA氨基酰氨基酰tRNAtRNA 2.2.催化过程催化过程 氨基酸氨基酸+ATP+tRNA+ATP+tRNA氨基酰氨

14、基酰-tRNA+AMP+ppi-tRNA+AMP+ppi氨基酰氨基酰tRNAtRNA的表示方法的表示方法丙氨基酰丙氨基酰tRNAtRNA：ala-tRNAala-tRNAalaala精氨基酰精氨基酰tRNAtRNA：arg-tRNAarg-tRNAargarg甲硫氨基酰甲硫氨基酰tRNAtRNA：met-tRNAmet-tRNAmetmet 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。（氨基酸相应的一组同功受体tRNA)氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity)。起始密码子起始密码子AUGAUG编码的编码的metmet由由tRNAmettR

15、NAmet （真核）（真核）或或tRNAfmettRNAfmet（原核）转运（原核）转运真核真核细胞细胞起始密码子编码的起始密码子编码的metmet不须不须甲酰化甲酰化大肠杆菌大肠杆菌起始密码子编码的起始密码子编码的metmet须甲酰化须甲酰化原核生物中的原核生物中的fMet-tRNAfMet-tRNA的合成的合成Met+ATP+tRNA Met tRNA+AMP+PPi甲硫氨甲硫氨(蛋氨蛋氨)酰酰tRNAtRNA合成酶合成酶一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化原核生物中的原核生物中的fMet-tRNAfMet-tRNA的合成的合成 Met-tRNAMet-tRNA在转甲酰酶的作用下，在其在转甲酰

16、酶的作用下，在其MetMet的的-NHNH2 2上甲酰化。上甲酰化。fMet tRNA一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化二、翻译起始二、翻译起始（原核）30S30S亚基亚基 mRNA mRNA IF3-IF1IF3-IF1复合物复合物30S30S mRNA mRNA GTPGTP-fMet tRNA fMet tRNA-IF2-IF1IF2-IF1复合物复合物70S70S起始复合物起始复合物 mRNAmRNA +30S30S亚基亚基-IF3IF3IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF1 mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合 mRNA与3

17、0s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成 核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合50s50s的结合：的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1 IF2脱落,形成了启动复合体fmet-tRNAfmet-tRNA的结合：与以上过程同的结合：与以上过程同时发生，时发生，fmet-tRNAfmet-tRNA辨认并与辨认并与mRNA mRNA 模板中的模板中的AUGAUG结合。反应需结合。反应需IFIF2 2,GTP,Mg,GTP,Mg2+2+参与参与;而而IFIF3 3脱落脱落7

18、0S70S启始复合物启始复合物由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成三、肽链的延长三、肽链的延长 延长延长即核蛋白体自mRNA 5端向3端推进，反应需延长因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与狭义的核蛋白体循环狭义的核蛋白体循环进位进位成肽成肽转位转位Tu-GDPGDPTsTu-TsTu-GTPGTPPiTu-GTP氨基酰氨基酰-tRNA进入进入A位位pAAUGAUGTu-GTP三、肽链的延长三、肽链的延长步骤步骤1.1.进位：进位：aa进入受位，反应需GTP,Mg2+，EF-Tu（EF-Ts）MgMg2+2+，K K+转肽酶转肽酶CH

19、CH2 2CHCH2 2-CH-CHO OC C=O OCH-RCH-RNHNH2 2O O=O OC CH H2 2N NCHCH3 3S SAUGAUGUACUAC给给 受受O OC CO O=R-CHR-CHNHNHOHOHC CO O=H H3 3CSCHCSCH2 2CHCH2 2-CH-CHNHNH2 2AUGAUGUACUAC给给受受2.2.成肽（转肽与脱落）：成肽（转肽与脱落）：50s大亚基上的给位有肽酰转移酶肽酰转移酶活性，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落3.3.转位（移位）转位（移位）反应需EFG,GTP,Mg2+参与 核蛋白体向m

20、RNA 3端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位 肽键每增加一个氨基酸就按 进位成肽转位 这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度OHOHEFGEFG，GTPGTPAUGAUGA A2 21 153OHOH2 21 1AUGAUG5533AUGAUG2 21 13 3AUGAUG3 31 12 2AUGAUG2 21 13 3进位进位成肽成肽转位转位成肽NCNC延长延长转位酶转位酶转位（移位）转位（移位）四、肽链合成终止四、肽链合成终止 需终止因子RF和IF3参与。终止信号出现，释放因子（release factor,RF）与其结合。RF有三种RF1，RF

21、2，RF31.1.终止密码子的辨认终止密码子的辨认 RF-1RF-1或或RF-2RF-2UAAOCO=R-CHAUAAOCO=R-CHUAARFRF1和 RF2识别终止密码，进入A位H-OH转肽酶转肽酶2.2.肽链的水解和脱落肽链的水解和脱落OHOHRFRFC CO O=R-CHO ORFRFR-CHC-OHC-OHO O=RF-3RF-3RF3使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出3.3.tRNAtRNA、RFRF、mRNAmRNA的释放，核蛋白体的释放，核蛋白体大小亚基的解聚大小亚基的解聚OHOHRFRF，GTPGTPRFRFOHOHRFRFI

22、F-3IF-3IF-1IF-1在RF作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF1作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环fMetAUGAUG 1.起始起始2.肽链延长肽链延长3.3.终止终止广义的广义的核蛋白体循环核蛋白体循环小小 结结1 1合成方向：合成方向：对mRNA的移动是自53肽链合成方向自N端C端 2 2能量计算：能量计算：活化与启动消耗2个高能键，生成一个肽键时需2个GTP,生成一个肽键的整个过程需4个高能键3 3核蛋白体循环：核蛋白体循环：在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。合成速度40aa/S真核与原核蛋白质

23、合成的异同真核与原核蛋白质合成的异同 真核 原核 核蛋白核蛋白体体 80S 70S 含蛋白数量含蛋白数量 多于80 少于60 小亚基结构小亚基结构 无嘧啶区和互补区 含嘧啶区与互补 tRNtRNA A tRNAmet tRNAfmet 启动启动 eIF 9-10种 需ATP 小亚基先与tRNA结合，在与mRNA结合延延长长 EF1,EF2 EFTu EFTs 终止终止 RF 需 GTP RF1，RF2，RF3第三节第三节 翻译后加工翻译后加工 合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合才有活性 一、翻译后的加工修饰一、翻译后的加工修饰 二、分泌蛋白的跨膜转运二、分泌蛋白的跨膜转运一、翻译后的加

24、工修饰一、翻译后的加工修饰 1.1.多肽链的折叠多肽链的折叠 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomeraseprotein disulfide isomerase）和）和肽基脯氨酸异构酶肽基脯氨酸异构酶（peptidyl prolyl isomerasepeptidyl prolyl isomerase）参与蛋白质的折叠过程。参与蛋白质的折叠过程。前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则加速脯前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则加速脯氨酸亚氨基肽键的顺氨酸亚氨基肽键的顺-反异构化。反异构化。分子伴侣分子伴侣一、翻译后的加工修饰一、翻译后的加工修

25、饰 2.2.N N端加工端加工 原核生物原核生物脱甲脱甲酰基酶酰基酶MetMet-fMetfMet-氨肽酶氨肽酶真核细胞真核细胞一、翻译后的加工修饰一、翻译后的加工修饰3.3.氨基酸残基的修饰：氨基酸残基的修饰：磷酸化、羟基化、乙酰化、糖基化4.水解加工：酶前体的活化5.亚基聚合亚基聚合：HbHb 4 4亚基的聚合亚基的聚合蛋白质的定位蛋白质的定位1.共翻译转移共翻译转移包括：分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、包括：分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、内质网和高尔基体滞留蛋白。内质网和高尔基体滞留蛋白。2.翻译后转移翻译后转移核基因组编码的线粒体和叶绿体蛋白。核基因组编码的线粒体和叶绿体蛋白。二、分

26、泌蛋白的跨膜转运二、分泌蛋白的跨膜转运 将合成后的蛋白质将合成后的蛋白质,定向到达行使功能定向到达行使功能目标地的过程为目标地的过程为跨跨膜膜转运转运 信号肽：信号肽：使核蛋白体与内质网上的受体使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外蛋白质释放至胞外 信号肽结构信号肽结构 由被转运多肽链的N端约10-40多个氨基酸构成。分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸,提供正电荷 中心疏水区含中性或疏水性氨基酸 C末端是信号肽酶切割信号肽的部位 转运过程转运过程（

27、1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，此时，多肽的合成就暂时停止或放慢；SRP把核蛋白体带至内质网膜的胞浆面与对接蛋白（停泊蛋白）结合，即核蛋白体与内质网膜结合，新生肽链恢复延长。（2）信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔分泌蛋白的转运过程分泌蛋白的转运过程蛋白质合成与医学的关系一、分子病一、分子病（molecular diseasesmolecular diseases）二、蛋白质合成的阻断剂二、蛋白质合成的阻断剂 蛋白质生物合成自复制、转录和翻译的不同过程均有抑制剂能加以阻断。抑制剂包括抗菌素和毒素等 分子病分子病 分子病：分子病：因DNA分子基因的缺陷,使某种蛋白质分子一级结

28、构的氨基酸序列发生改变导致的遗传病。例：镰刀形红细胞贫血。病因：编码血红蛋白b链的基因，其DNA上的T被A代替，导致b链氨基端第6位的谷氨酸被缬氨酸代替蛋白质合成的阻断剂蛋白质合成的阻断剂 抗生素抗生素 1.1.四环素：抑制氨基酰四环素：抑制氨基酰-tRNA-tRNA与原核细胞的小亚与原核细胞的小亚基结合基结合 2.2.氯霉素：与原核细胞的大亚基结合氯霉素：与原核细胞的大亚基结合,对真核线对真核线立体合成有阻断作用立体合成有阻断作用 3.3.链霉素：与原核细胞链霉素：与原核细胞30S30S核糖体结合，引起密核糖体结合，引起密码错读。码错读。白喉毒素白喉毒素：抑制哺乳类动物的延长因子EFT2的活

29、性 蛋白质生物合成蛋白质生物合成课堂练习课堂练习1.下列为终止密码子下列为终止密码子A.UCA B.UAA C.UGA UCA B.UAA C.UGA D.D.UAG E.AUG UAG E.AUG2.下列是关于遗传密码的论述，错误的是下列是关于遗传密码的论述，错误的是A.A.低等生物和高等生物的遗传密码是不同的低等生物和高等生物的遗传密码是不同的B.B.遗传密码阅读的方向总是从遗传密码阅读的方向总是从mRNAmRNA的的5 5 3方向方向C.C.阅读阅读mRNAmRNA分子中的分子中的“三联体三联体”时，相互间有标点符号隔开时，相互间有标点符号隔开D.D.每种氨基酸都有每种氨基酸都有2 2个

30、或个或2 2个以上的密码子个以上的密码子E.E.tRNAtRNA的的1 1位反密码子与位反密码子与mRNAmRNA的的3 3位密码子互补配对时，不完全位密码子互补配对时，不完全符合碱基配对规则符合碱基配对规则 3.3.核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少 包括下列因子包括下列因子 A.A.起始因子（起始因子（IFIF）B.B.延长因子（延长因子（EFEF）C.C.释放因子（释放因子（RFRF）D.D.因子因子 E.E.因子因子4.4.核糖体小亚基核糖体小亚基16SrRNA16SrRNA结合结合mRNAmRNA，主要是通过下列两，主要是通过下列两个序列互补结合的个序列互补结合的A.A.嘧啶碱序列与嘧啶碱序列与AUGAUG序列序列 B.SDB.SD序列与嘌呤碱序列序列与嘌呤碱序列 C.C.嘌呤碱序列与嘌呤碱序列与AUGAUG序列序列 D.D.嘧啶碱序列与嘧啶碱序列与SDSD序列序列 E.SDE.SD序列与序列与UAAUAA序列序列