考研科目,动物生物化学 第15章 蛋白质的生物合成-翻译_课件.ppt

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1、Protein Biosynthesis，Translation,第15章 蛋白质的生物合成翻译,本章主要内容,1.翻译系统2.蛋白质生物合成的过程3.多肽链翻译后的修饰4.蛋白质的到位,重点和难点：原核生物蛋白质合成的过程 原核生物与真核生物蛋白质合成的区别,1 蛋白质的翻译系统,以mRNA为模板，在核糖体、tRNA和多种蛋白因子的共同作用下，将mRNA中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种氨基酸的语言，又称翻译（Translation）。,1.1 蛋白质的生物合成,原料:20种氨基酸mRNA:合成蛋白质的模板。tRNA:原料氨基酸的“搬运工”。rRNA:与多种蛋白质结合成核糖体，为 合成多

2、肽链的装配机。,mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码），是合成蛋白质的模板，它以一系列三联体密码子的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。,1.2 mRNA,由AUG开始，每3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。起始密码（initiation coden）:AUG 终止密码（termination coden）:UAA，UAG，UGA,编码性,（2）遗传密码的主要特征：,遗传密码表,从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止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，称为开放阅读框架(open reading frame,

3、ORF)。,AUG,UAA,ORF,简并性（同一氨基酸有多个不同密码 子，除Trp，Met外）同义密码 通用性（共同使用同一套密码子）不重叠性（三联体，连续性，无逗点，连续阅读，5 到3）兼职性（终止密码 编码氨基酸的密码）例外（支原体，UGA编码Trp；纤毛 虫，UAA和UAG编码Glu）,原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-90个核苷酸，并有多种稀有碱基。tRNA是最小的RNA，占细胞总RNA 的15%左右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草”形的典型结构。,1.3 tRNA,tRNA的结构“四环一臂”倒L形的三级结构,密码子与反密码子

4、的配对方式,1.4 核糖体的结构和功能（ribosome）,(1)核糖体的化学组成,核糖体呈颗粒状，由大小亚基组成，每个亚基又含有不同的蛋白质和rRNA，原核和真核生物不同。,不同细胞核糖体的组成,核糖体的组成,蛋白质合成中，核糖体首先与mRNA结合，按5到3方向移动，每次移动的距离相当于一个密码子。,A位：氨酰基tRNA位(aminoacyl tRNA site),P位：肽酰基tRNA(peptidyl tRNA site),E位：排出位(exit site),（2）核蛋白体是肽链合成的装置,P位：即肽位(Peptidyl site)，3端连接肽链的肽 酰tRNA占据的位置。A位：即氨基酰位

5、(Aaminoacyl site)，氨基酰 tRNA就加入到A位上，E位：tRNA释放结合位点(Exit site),（3）核蛋体的功能,（4）多核糖体,大肠杆菌由一定数目的单个核糖体与一个mRNA 分子结合而成的念珠状结构。,每个核糖体可独立完成一条肽链的合成，所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成，提高了翻译的效率。,2.原核生物蛋白质合成过程,分为四个阶段：（1）活化（2）起始（3）延伸（4）终止,氨基酰-tRNA合成(aminoacyl-tRNA synthetase),（1）氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸 ATPE 氨基酰-AMP-E PPi,氨基酰tRNA合成酶,第二步反应,

6、氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E,氨基酰-tRNA表示方法：Ser-tRNASer,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。催化氨基酰-tRNA脱酰基,具有校正活性。,（2）氨基酰-tRNA合成酶的特点,（3）密码子-反密码子的相互作用,氨基酸的加入需靠mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。,摆动学说：密码子的头两个碱基严格遵守碱基配对规律为tRNA的反密码子识别，他们中的任何不同即为不同tRNA识别，但第三个碱基不这样，有一定的自由度，即摇摆性。,反密码子 3-X-Y-Z-5 密码子 5-X-Y-Z-3,密码子、反密码子配

7、对的摆动现象,（4）翻译的起始,大肠杆菌中,起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸（fMet）。,Met-tRNA+N10-甲酰FH4 fMet-tRNAfmet+FH4,甲酰化酶,fMet-tRNAfmet的生成,在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段可与核糖体结合、富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGAGGU，此序列称SD序列。使得结合于小亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。,翻译的起始信号,shine-Dalgarno顺序,70s起始复合物的形成,IF-1和IF-2促进fMet-tRNA与30S亚基结合。IF-3

8、与30S亚基结合，使大小亚基分离。,需要GTP和三种起始因子（initiation factor）,IF-3,第一步:核蛋白体大小亚基分离,E,30S亚基首先与IF1和IF3结合，IF3促进70S核糖体亚基的解离,IF-1,第二步:30S复合物的形成,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,IF2和GTP结合后与fMet-tRNAfmet形成复合体。,IF-3,mRNA在小亚基定位结合,E,IF-1,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,IF-3,E,IF-1,IF2和GTP结合后与fMet-tRNAfmet形成复合体,结合在AUG上。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,-GDP,Pi,I

9、F2结合的GTP被水解，三种IF脱离，50S大亚基与30S小亚基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。,第三步：核糖体大亚基结合，起始 复合物形成,E,E,IF-3,IF-1,IF-1,(5)肽链延长,肽链在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation),延长因子（elongation factor：EF）,又称注册(registration),进位,指相应氨基酰-tRNA 进入70S复

10、合体A位的过程。,GTPase核糖体蛋白质,转肽酶催化：核蛋白体大亚基上的蛋白质。P位-fMet-tRNAfMet+A位-aa-tRNA 肽(fMet成（酰基）（氨基）为N末端)（A位上）A位成肽后，P位留下空载tRNA,成肽,E位,转位（Translocation）,无负荷的tRNA由E位点释放；肽腺tRNA从A位移到P位；EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,移位的特征：,进位,转位,成肽,方向,（5）肽链合成的终止,使肽链合成终止的信号。有阅读终止信号的蛋白质释放因子。,RF1：识别终止密码子UAA和UAG。RF2：识别终止密码子UAA和UG

11、A。RF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF 2活性 协助肽链的释放。,释放因子参与（Relase factor,RF）,原核肽链合成终止过程,RF结合GTP并与终止密码结合，使肽酰转移酶活性变为水解酶活性。,30S与mRNA分离,核糖体释放因子,GTP,蛋白质合成的终止,AA活化 2个高能磷酸键（1 个 ATP）起始 1个（GTP变为GDP）进位 1个（GTP变为GDP）移位 1个（GTP变为GDP,第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）高能磷酸键,以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移位1个）高能磷酸键。,蛋白质的合成是一个高耗能过程,（6）蛋白质合成抑制剂,嘌呤霉素

12、与氨基酰tRNA结构 竞争抑制（原核 相似 真核）链霉素 与30S亚基结合 改变氨基酰tRNA 与密码子的配对四环素 阻断氨基tRNA进 抑制肽链的延伸 入A位点氯霉素 抑制50S亚基肽酰转 抑制肽链延长 移酶活性红霉素 与50S亚基结合，抑 防碍移位 制肽酰转移酶活性,（7）真核生物蛋白质的生物合成,3 蛋白质的加工,从核糖体释放的多肽连，不一定具备生物活性。肽连从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。,加工包括：折叠和修饰,蛋白质的折叠：一级结构形成高级结 构，发生在肽链刚合成时，边合 成边折叠。蛋白质的修饰：对蛋白质的N末端、侧 链等的加工。,

13、酶：二硫键异构酶，促经二硫键的形成，脯氨酰顺反异构酶，促进钛脯氨酰肽键的旋转，与新生肽链形成密切相关，加速蛋白质的折叠,（1）蛋白质的折叠,分子伴侣：能够帮助新生肽链正确组装，成熟、自身不产生终产物的蛋白质，具有酶的特征，热休克蛋白。,(1)N端修饰：原核生物肽甲酰基酶除去甲酰基，氨肽酶除去甲硫氨酸（部分保存）。真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。,（2）蛋白质的修饰,水解切除其中多余的肽段（信号态），使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活。,(2)多肽链的水解切除,(3)氨基酸侧链的修饰：氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化、糖基化、共价交链及二硫链的形成等。,二硫链：半胱氨酸巯基在二硫键

14、异构酶作 用下形成。羧 化：凝血酶原的谷氨酸羧化为-氨 基谷氨酸。甲基化：肌肉和细胞色素含有甲基赖氨酸。糖基化：肽链上以共价键与单糖或寡聚糖 在酶催化下连接而成。磷酸化：丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸的羟基 与磷酸基团相连。共价交链：胶原蛋白和弹性蛋白。,核糖体合成的蛋白质从他们合成的地方转运到其他部位或细胞外发挥作用，称为蛋白质的转位。（1）共翻译转位（2）翻译后转位,4 蛋白质的转位,信号肽（signal peptide）：N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，这一序列称为信号序列。,（1）共翻译转位,共同特点：13-36个氨基酸残基组成 N端：正电荷氨基酸 中间区：疏水活性区

15、（10-15）C端：加工区,极性氨基酸（信号肽酶切 割信号肽的部位）,（1）识别正在合成多肽将要通过内质网膜的核糖体（2）辨认信号肽，形成SRP-信号肽-核糖体复合物（3）暂停多肽链的合成（4）引导SRP-信号肽-核糖体复合物至内质网膜（5）与膜上受体结合（docking protein,DP）,新生肽链进内质网：信号识别蛋白（signal recognition particle,SRP）,是一种核糖核酸蛋白复合体，由6种不同蛋白质与 7SRNA组成，沉降系数为11s,DP（停泊蛋白）,蛋白质在内质网停留、定位和分泌,进入内质网的蛋白质一部分留在内质网，大部分进行加工，然后转入高尔基体，转送到细胞其他位置或排出胞外。,（2）翻译后转位,蛋白质前体在多肽链合成后，将蛋白质转移到线粒体与叶绿体等细胞器中。,思考题,1 遗传密码、翻译、摇摆学说、密码子、反密码子。2 原核生物合成的过程。3 原核生物与真核生物蛋白合成的差异。,