第12章蛋白质生物合成翻译课件.ppt
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1、第十二章 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成又称翻译,是以mRNA为模板指导合成蛋白质的过程。,第一节 蛋白质生物合成体系,蛋白质生物合成体系复杂,有多种物质参与合成过程。,第十二章 蛋白质的生物合成第一节 蛋白质生物合成体系,参与蛋白质生物合成的物质20种氨基酸模板mRNA核糖体(rRNA+蛋白质) tRNA(氨基酸载体),延长因子释放因子能量物质及离子,氨基酰-tRNA合成酶起始因子,参与蛋白质生物合成的物质延长因子氨基酰-tRNA合成,一、模板mRNA顺反子:遗传学将编码一个多肽链的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核生物多顺反子mRNA:mRNA可为功能相关的几种蛋白质肽链编码,
2、称多顺反子(polycistron)。真核生物单顺反子mRNA:一个mRNA分子只编码一种蛋白质肽链,称单顺反子(monocistron)。,一、模板mRNA,开放读码框架: 从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子UAA(UAG,UGA)之间的核苷酸序列,称为开放读码框架(open reading frame ,ORF)。密码子:在ORF中每3个相邻碱基组成的三联体,构成1个密码子(codon),编码1个氨基酸。,5,3,开放读码框架: 从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终,遗传密码:由A、G、C、U四种碱基可组成64种三联体密码子。 起始密码子(AUG,甲硫氨酸密码子) 终止密
3、码子(UAA、UAG、UGA) 其余60种密码子(编码19种氨基酸) 图表,遗传密码:由A、G、C、U四种碱基可组成64种三联体密码子。,遗传密码的特点:(一)方向性(direction) 密码子及组成密码子的各碱基在mRNA中的排列具有方向性,阅读方向是53方向。(二)连续性(commaless) mRNA中密码子及密码子的各碱基是连续排列的,无间隔,又称无标点性(non-punctuation),遗传密码的特点:,(三)简并性(degenerate)简并性:指一种氨基酸具有2个或2个以上密码子。除色氨酸和甲硫氨酸有1个密码子,其余氨基酸有2,3,4个或6个密码子。简并密码子:为同一氨基酸编
4、码的各密码子,又称同义密码子。一般简并密码子前2位碱基相同,第3位碱基不同。如苏氨酸Thr密码子 。图,(三)简并性(degenerate),(四)通用性(universal) 从最简单的病毒,一直到人类,都使用同一套遗传密码。 仅发现少数例外,如线粒体中的密码子AUA是起始密码子兼甲硫氨酸密码子。,(四)通用性(universal),(五)摆动性(wobble) mRNA密码子与tRNA反密码子配对,有时出现不遵从碱基配对规律的情况,称为密码子的摆动性,又称摆动配对。 常见于密码子第三位和反密码子第一位。其能使1种tRNA识别mRNA多种密码子。图,(五)摆动性(wobble),核糖体又称核
5、蛋白体,由大、小亚基构成,每个亚基又含不同的蛋白质和rRNA。原核生物:核糖体70s=小亚基30s + 大亚基50s真核生物:核糖体80s=小亚基40s + 大亚基60s 图1,图2,图3,二、核糖体,核糖体又称核蛋白体,由大、小亚基构成,每个亚基又含不同的蛋白,三、 tRNA,tRNA以3-CCA-OH结合运载氨基酸。tRNA以反密码环上的反密码子结合mRNA的密码子。 图,三、 tRNAtRNA以3-CCA-OH结合运载氨基酸。,四、蛋白质合成需要的其他物质,(一)重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶:位于胞液中。转肽酶:位于核糖体大亚基上,A位与P位之间。转位酶:原核生物位于延长因子EF-G
6、中,真核生物位于延长因子eEF-2中。,四、蛋白质合成需要的其他物质 (一)重要的酶类,(二)蛋白质因子,起始因子,原核起始因子IF (initiation factor),真核起始因子eIF (eukaryote),延长因子,释放因子,原核延长因子EF (elongation factor ),真核延长因子eEF (eukaryote),原核释放因子RF (release factor),真核释放因子eRF (eukaryote),(二)蛋白质因子起始因子原核起始因子IF (initiati,所需能量物质:ATP、GTP。无机离子:Mg2+、K+。,(三)能量物质及离子,所需能量物质:ATP
7、、GTP。(三)能量物质及离子,第二节 氨基酸的活化,氨基酸活化,氨基酸 + tRNA + ATP,氨基酰-tRNA + AMP + PPi,氨基酰-tRNA合成酶,tRNA以3-CCA-OH结合氨基酸(形成酯键。 图,氨基酸与特异tRNA在氨基酰-tRNA合成酶催化下生成氨基酰-tRNA的过程。,第二节 氨基酸的活化氨基酸活化 氨基酸 + tRNA +,氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase) 1.具有高度特异性:酶对氨基酸和tRNA能高度特异地识别 2.具有校正活性:对氨基酸与tRNA出现的错配加以更正(水解酯键)。,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酰-t
8、RNA的表示方法 Ala-tRNAAla Met-tRNAeMet fMet- tRNAfMet Met-tRNAiMet Met-tRNAeMet辨认结合延长中的AUG ; Met-tRNAiMet辨认结合真核起始AUG; fMet-tRNAfMet辨认结合原核起始AUG,称为N-甲酰甲硫氨酰-tRNA。(生成图),氨基酰-tRNA的表示方法,一、原核生物蛋白质合成过程 原核生物蛋白质合成过程需多种蛋白质因子参加,包括: 起始因子IF (intiation factor) 延长因子EF (elongation factor) 释放因子RF (release factor),第三节 蛋白质生物
9、合成过程,蛋白质生物合成(翻译)包括起始、延长和终止三个阶段,一、原核生物蛋白质合成过程第三节 蛋白质生物,参与原核生物翻译的各种蛋白质因子,种类生物学功能起始因子IF-1结合小亚基,促进大小亚基分离并,1.核糖体大小亚基分离IF-1、IF-3与小亚基结合,促使核糖体大小亚基分离。(IF-1结合占据小亚基A位) 图,(一)起始阶段,2.mRNA在小亚基定位结合,mRNA结合于小亚基上,此时AUG位于P位,第二个密码子位于A位。图,1.核糖体大小亚基分离(一)起始阶段2.mRNA在小亚基定位,S-D序列:在mRNA起始AUG上游,因shine-Dalgarno发现命名,以AGGA为核心。UCCU
10、序列:在核糖体小亚基的16S-rRNA近3端,以UCCU为核心,与S-D序列互补结合。 图rpS辨认序列:在mRNA上紧邻SD序列,可被核糖体小亚基蛋白rpS-1(ribosomal proteins in small subunit)辨认结合。 图,S-D序列:在mRNA起始AUG上游,因shine-Dalg,3.起始氨基酰tRNA的结合fMet-tRNAfMet与IF-2GTP结合,再辨认结合于mRNA的起始AUG上 图 。4.核糖体大亚基结合IF-2结合的GTP分解,促使3种IF脱离,核糖体大亚基结合在小亚基上,形成翻译起始复合物。此时fMet-tRNAfMet 位于核糖体的P位上,A位
11、空着。 图,原核起始动画,3.起始氨基酰tRNA的结合原核起始动画,(二) 延长阶段 (核糖体循环 ribosomal cycle) 核糖体循环分三步: 进位(positioning) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation) 每循环1次,肽链延长1个氨基酸,如此不断重复,直至肽链合成终止。延长过程需延长因子EF(elongation factor)参加。,(二) 延长阶段,1. 进位起始结束时核糖体P位有fMet- tRNAfMet,A位空着。氨基酰-tRNA根据A位上mRNA密码子的指引,进入A位。 图需延长因子EF-T的协助 。反应图,1.
12、 进位,2. 成肽 转肽酶(transpeptidase):核糖体大亚基上的蛋白质,位于P位和A位之间。 在转肽酶的催化下,将P位上的fMet-tRNAfMet的N-甲酰甲硫氨酰基转移到A位上的氨基酰-tRNA的氨基酰基上,形成肽键,反应在A位上进行(图) 。tRNAfMet 暂留P位上。图 (延长中P位上是肽酰-tRNA),2. 成肽,3. 转位延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性。转位酶分解1分子GTP,促进核糖体沿mRNA 53移动一个密码子的位置。此时,tRNAfMet(延长过程中为其他tRNA)移入E位并脱离,位于A位上的肽酰-tRNA转入P位,A位空出。 图,3.
13、 转位,肽链延长阶段如此三步一循环, 53方向阅读mRNA 密码子,肽链从N端C端延长。延长动画,肽链延长阶段如此三步一循环, 53方向阅读mRNA,当核糖体A位出现终止密码子(UAA,UAG,UGA)时,RF-1或RF-2辨认结合终止密码子,进入A位。在RF-3介导下触发核糖体构象改变,诱导转肽酶转变为酯酶活性,水解肽-tRNA,释出肽链。在IF-1、IF-3作用下各组分分离,翻译结束。图 动画,(三)终止阶段,当核糖体A位出现终止密码子(UAA,UAG,UGA)时,RF,真核生物蛋白质合成过程与原核生物基本相同,但反应更复杂,涉及的蛋白质因子更多,包括: 真核起始因子eIF 真核延长因子e
14、EF 真核释放因子eRF。,二、真核生物蛋白质合成过程,真核生物蛋白质合成过程与原核生物基本相同,但反应更复,参与真核生物翻译的各种蛋白质因子,种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子,参与翻译多个步骤,(一)起始阶段,eIF-2B、eIF-3与小亚基结合,在eIF-6参与下,促进大小亚基解离。,1. 核糖体大小亚基分离,2. Met-tRNAiMet与核糖体小亚基结合,eIF-2与GTP结合,再结合Met-tRNAiMet,在其他eIF参与下,与小亚基结合。,(一)起始阶段eIF-2B、eIF-3与小亚基结合,在eIF,3. mRNA在核糖体小亚基就位,eIF-4E结合mRNA的5端帽子结
15、构,并与eIF-4A、eIF-4G共同形成帽子结合蛋白复合物(eIF-4F复合物)。polyA结合蛋白(polyA binding protein, PABP )结合polyA。,3. mRNA在核糖体小亚基就位eIF-4E结合mRNA的5,eIF-4G通过分别与PABP和eIF-3结合而将mRNA结合于小亚基上。在eIF-4B和eIF-4A作用下,Met-tRNAiMet在mRNA上扫描结合起始AUG (其位于Kozak序列ACCAUGG中),使mRNA在小亚基上准确定位。,eIF-4G通过分别与PABP和eIF-3结合而将mRNA结,通过eIF-5作用和水解GTP供能,促使各种eIF从小亚
16、基释放,大亚基与小亚基结合,形成翻译起始复合物。,4. 核糖体大亚基结合,通过eIF-5作用和水解GTP供能,促使各种eIF从,(二)延长阶段,真核生物肽链延长过程与原核生物基本相同,延长因子不同,其核糖体无E位,转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。,(二)延长阶段 真核生物肽链延长过程与原核生物基本相同,延,真核翻译终止过程与原核相似,eRF只有一种,可完成原核各RF的功能。,(三)终止阶段,真核翻译终止过程与原核相似,eRF只有一种,可完成原核各RF,多聚核糖体(polysome),原核与真核生物的一条mRNA上可附着10100个核糖体,同时进行肽链合成,此mRNA与多个核糖体的聚合物称多
17、聚核糖体,电镜下显示为羽毛状。 图1 图2,多聚核糖体(polysome)原核与真核生物的一条mRNA上,每个氨基酸活化为氨基酰tRNA消耗2个高能磷酸键。 进位、转位各消耗1个高能磷酸键。 为保持蛋白质合成的高度保真性而进行校正消耗能量。 每生成一个肽键,平均要消耗5个高能磷酸键(ATP+GTP)。,蛋白质翻译能量消耗,每个氨基酸活化为氨基酰tRNA消耗2个高能磷酸键。蛋白质,第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送,新生多肽链必须经过翻译后加工修饰才能成为具有天然构象的功能蛋白质。翻译后修饰包括多肽链折叠为天然构象蛋白质、一级结构的修饰、空间结构的修饰。蛋白质合成后被定向输送到相应位置,发挥其功
18、能作用即蛋白质靶向输送。,第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送新生多肽链必须经过翻译后,一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质,多肽链折叠为天然构象的蛋白质一般需要其他酶或蛋白质的辅助。,参与多肽链折叠的大分子,分子伴侣,肽-脯氨酰顺反异构酶,蛋白二硫键异构酶,热休克蛋白,伴侣蛋白,一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 多肽链折叠为天然构象,1. 分子伴侣,分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。 参与多肽链折叠的分子伴侣主要有热休克蛋白和伴侣蛋白两大类。,1. 分子伴侣分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促,热休克蛋白(heat shock p
19、rotein, HSP)包括三族:,(1)热休克蛋白,HSP70 (DnaK ),HSP40 (DnaJ),GrpE,DnaK 、DnaJ分别是基因dnaK和dnaJ的产物。,热休克蛋白(heat shock protein, HSP),HSP40-多肽复合物,HSP70-ATP复合物,HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物,ATP水解(HSP70催化),GrpE,ATP,ADP,复合物解离,多肽链进行折叠,未完成折叠者可重复进行或进入GroEL反应循环折叠,热休克蛋白参与多肽链折叠的过程,HSP40-多肽复合物 HSP70-ATP复合物 HSP40,第12章蛋白质生物合成翻译课件,(2)
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