蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)

1、蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn),將mRNA中核苷酸順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸順序的過程，即將mRNA中4種核苷酸的語言解讀為蛋白質(zhì)中20種氨基酸的語言翻譯（Translation,蛋白質(zhì)的生物合成,以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程,一、蛋白質(zhì)合成的分子體系,一) mRNA：蛋白質(zhì)合成的模板,辨認(rèn)起始密碼子(AUG)： 翻譯（蛋白質(zhì)合成）起始的必須步驟確定閱讀框架 按照不重疊的三聯(lián)體密碼子翻譯產(chǎn)生對應(yīng)的AA并形成肽鍵 終止密碼子，合成結(jié)束，肽鏈釋放（終止密碼連續(xù)出現(xiàn)23個,5,3,AUG,UAA、UGA、UAG,編碼區(qū),3端非編碼區(qū),5端非編碼區(qū),mRNA分子中每三個相鄰堿基組成一個密碼子 真核生物mRNA

2、的成熟需要經(jīng)過剪切修飾，只編碼一條肽鏈，轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在不同的空間和時間 原核生物mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎同時進(jìn)行，可以編碼多條肽鏈,mRNA：蛋白質(zhì)合成的模板,1、引導(dǎo)氨基酸進(jìn)入核糖體 2、將mRNA的堿基序列翻譯為氨基酸序列 3、tRNA的反密碼子與mRNA的密碼子堿基互補(bǔ),二）tRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)活化的AA至mRNA模板,7090個核苷酸，分子較小 三葉草形結(jié)構(gòu),1）含稀有堿基 2）反密碼環(huán)有三個反密碼子 3）氨基酸臂有CCA結(jié)構(gòu),一種tRNA只與一種AA結(jié)合 一種AA可與幾種tRNA結(jié)合 tRNA約50余種 密碼子第三位核苷酸擺動 配對,tRNA的關(guān)鍵部位： 氨基酸臂：AA結(jié)合部位 反密碼環(huán)：

3、mRNA結(jié)合部位,核糖體：無界膜，顆粒狀， 大、小亞基組成 亞基：含不同的Pr、rRNA， 原核和真核生物不同,1.核糖體的組成,三) 核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠,多聚核糖體（polgsome,mRNA和多個核蛋白體的聚合物，一般間隔40個核苷酸結(jié)合一個核糖體。 （一個mRNA分子同時有多個核蛋白體在進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成,原核生物的轉(zhuǎn)錄翻譯同步進(jìn)行,多聚核糖體的電鏡照片,rRNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體,細(xì)菌核糖體：3種rRNA、57個Pr，Mw 270萬 真核生物核糖體：4種rRNA、約82個Pr，Mw 420萬,原核生物5S rRNA可與tRNA互補(bǔ)，與23S rRNA互補(bǔ) 16S rRNA的3端AC

4、CUCCUUA與mRNA的SD序列互補(bǔ)，翻譯起始定位；與23S rRNA互補(bǔ)，大小亞基結(jié)合 23S rRNA與起始tRNA互補(bǔ),2、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能,1、P位點(diǎn)（肽?；稽c(diǎn)） 結(jié)合肽基-tRNA的位點(diǎn) 2、A位點(diǎn)（氨?；稽c(diǎn)） 結(jié)合氨基酰-tRNA的位點(diǎn) 3、轉(zhuǎn)肽酶活性 催化肽鍵的形成 4、識別mRNA的位點(diǎn) 小亞基上，可容納2個密碼,3、核糖體存在場所,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（主要） 細(xì)胞質(zhì) 線粒體、葉綠體,細(xì)菌細(xì)胞：約20，000個核糖體 真核細(xì)胞：106個 未成熟蟾蜍卵細(xì)胞：1012個,密碼子的特點(diǎn),連續(xù)性：兩個密碼之間沒有任何堿基隔開。 簡并性：64個密碼子對應(yīng)20個氨基酸，同一種氨基酸有兩個或

5、多個密碼子的現(xiàn)象為密碼子的簡并性。 變偶性：專一性取決于頭兩個堿基，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子匹配時，第一二堿基嚴(yán)格配對，第三堿基可以變動。反密碼子第一位可為I，可識別更多簡并密碼子。這樣32種tRNA即可識別61個編碼氨基酸的密碼子。 通用性：共用一套遺傳密碼。線粒體編碼方式有所不同,4種堿基，編碼20個氨基酸,5個階段 合成方向：NC端 翻譯方向：53,二、翻譯的步驟,在核糖體上進(jìn)行，且是一個循環(huán)過程，因此也成為核糖體循環(huán),一）氨基酸的活化,1、氨基酰-tRNA合成酶：使AA結(jié)合到特定的tRNA上,AA活化（能量） tRNA攜帶AA到mRNA指定部位（專一性,2、每個氨酰-tRN

6、A合成酶可識別一個特定的AA和與此AA對應(yīng)的多個tRNA的特定部位,氨酰-tRNA合成酶具有校對功能，如果產(chǎn)物不對應(yīng)，則啟動校對活性，水解非正確組合的氨基酸和tRNA之間形成的共價聯(lián)系,原核生物能將tRNAiMet的氨基酸甲酰化,二）起始階段,1、所有蛋白質(zhì)翻譯起始為甲硫氨酸 一個特殊的tRNA啟動了蛋白質(zhì)的合成,1）轉(zhuǎn)運(yùn)Met的tRNA：2種,1）tRNAiMet（原核： tRNAifMet）： 被起始因子識別，與起始密碼AUG配對，在肽鏈N端摻入Met，啟動蛋白質(zhì)合成,2）tRNAMet：被延伸因子識別，與mRNA之間AUG配對，摻入Met（延伸,2）Met的活化產(chǎn)物,1）起始位置：Met

7、-tRNAiMet 原核：fMet-tRNAMet,2）中間位置：Met-tRNAMet,2、翻譯開始于mRNA與核糖體的結(jié)合,原核生物的mRNA存在富含嘌呤堿基的SD序列 核糖體小亞基上的16S rRNA3端的富含嘧啶序列可與SD序列 配對結(jié)合,形成起始復(fù)合體,原核生物,起始因子IF-3、IF-1結(jié)合于小亞基 （IF-3：促進(jìn)上一輪蛋白質(zhì)合成的核糖 體大小亞基解聚） 小亞基16S rRNA序列與mRNA的SD序列互補(bǔ)配對使 小亞基結(jié)合于SD序列（真核生物無SD序列） fMet-tRNAfMet與起始密碼AUG配對結(jié)合，與GTP結(jié)合 的起始因子IF-2同時結(jié)合,形成五元起始復(fù)合物 GTP水解釋

8、放能量，促使大亞基結(jié)合成完 整的核糖體,IF-1、IF-2、IF-3脫離復(fù)合體 mRNA、fMet-tRNAfMet和核糖體構(gòu)成三元起始復(fù)合物,真核生物起始階段與原核生物的不同點(diǎn),無SD序列，但有5帽子、3polyA尾巴 帽子結(jié)合蛋白促使小亞基與mRNA結(jié)合 起始因子eIF，有10種以上 小亞基先與Met-tRNAMet結(jié)合，再與mRNA的AUG結(jié)合 （與原核相反,注意： 啟動過程消耗GTP 復(fù)合體含3種RNA、蛋白質(zhì)和Met，無DNA,三）在肽鏈延長過程中有3個重復(fù)的延伸反應(yīng),注冊,成肽,轉(zhuǎn)位,核糖體的四個活性部位,轉(zhuǎn)肽酶中心-E位,核糖核蛋白體循環(huán)注冊,核糖核蛋白體循環(huán)成肽,核糖核蛋白體循

9、環(huán)轉(zhuǎn)位,四) 翻譯的終止需要釋放因子和終止密碼子的參加,釋放因子包括：RF1識別UAA和UAG，RF2識別UAA和UGA，RF3刺激二者活性,肽鏈通過注冊、成肽、轉(zhuǎn)位3個步驟的循環(huán)延長肽鏈 當(dāng)遇到終止密碼時，肽鏈延長結(jié)束 肽鏈釋放，大小亞基自mRNA脫落,RRF,一）肽鏈的翻譯后的加工修飾：一級結(jié)構(gòu)的修飾、多肽鏈的折疊、三維結(jié)構(gòu)的修飾等,1.肽鏈的N端切割： 去除N端fMet殘基,四、肽鏈翻譯后的加工修飾與轉(zhuǎn)運(yùn),信號肽及部分肽段的切除,蛋白質(zhì)完成跨膜運(yùn)輸，信號肽酶切除信號肽 往往還含有一段與活性無關(guān)的其他肽段，切除后才能形 成有活性的蛋白質(zhì),2.個別氨基酸的共價修飾,二硫鍵的形成：2個Cys-

10、SH間脫氫氧化,輔助因子的連接： 與糖、脂類、血紅素等結(jié)合形成結(jié)合蛋白質(zhì),亞基聚合：Hb的4個亞基聚合成四級結(jié)構(gòu),個別氨基酸的化學(xué)修飾,編碼氨基酸：20種；蛋白質(zhì)AA：100種編碼AA化學(xué)修飾,磷酸化：Ser、Thr、Tyr 羥基化：Pro、Lys 酰基化：His 甲基化：Trp 核糖基化：Arg,蛋白質(zhì)的生物活性：氨基酸順序，空間結(jié)構(gòu) 新生肽鏈：必須經(jīng)過嚴(yán)格而復(fù)雜的折疊，才能形成正確空間結(jié) 構(gòu)、活性蛋白質(zhì) 多肽鏈的氨基酸順序如何決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 第二遺傳密碼,3. 肽鏈的折疊,新生肽鏈折疊：分子伴侶、折疊酶,分子伴侶（Molecular chaperone） 幫助新生肽鏈進(jìn)行非共價折疊的

11、一類蛋白質(zhì) 熱休克蛋白、伴侶素等,折疊酶（Foldase）類 催化與折疊有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的酶 目前已知：2個 二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）、脯氨酸異構(gòu)酶（PPI,分子伴侶幫助新生肽鏈的正確折疊,蛋白質(zhì)的合成部位：核糖體,合成后的去向,1）保留在胞漿 2）進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其它細(xì)胞器 3）分泌至體液（胞外） 運(yùn)輸?shù)桨衅鞴俸桶屑?xì)胞,靶向運(yùn)輸（Protein targeting,蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地點(diǎn),跨膜運(yùn)輸：蛋白質(zhì)運(yùn)輸需通過膜性結(jié)構(gòu),二）肽鏈翻譯后的轉(zhuǎn)運(yùn),蛋白質(zhì)通過其信號肽引導(dǎo)到目的地,氨基端堿性區(qū) 中部疏水核心區(qū) 羧基端加工區(qū),信號肽（signal peptide）： 每個需要轉(zhuǎn)運(yùn)的肽鏈都含有一段特異性的氨基酸序列，引導(dǎo)該肽鏈被輸送到不同轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中。這一段氨基酸序列稱信號肽,1040個AA殘基組成；三個區(qū)段,信號肽的共同結(jié)構(gòu),1）N端帶正電荷的氨基酸：Lys、Arg等堿性AA 2）中間：1015或更多的疏水AA區(qū)段：Leu、Ile等 利于分泌性蛋白進(jìn)入膜結(jié)構(gòu) 3）C端能被信號肽酶裂解的部位：Ala、Gly、Ser、Cys； 跨膜運(yùn)輸完成，信號肽酶識別并切割信號肽,游離核糖體：只合成線粒體或葉綠體的蛋白質(zhì),粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體：溶酶體蛋白，分泌蛋白質(zhì)和構(gòu)成質(zhì)膜骨架的蛋白質(zhì),1）蛋白質(zhì)在核糖體合成，首先合成出信號肽 2）信號肽被信號識別體（SRP）蛋白結(jié)合，肽鏈延