正常人體學(xué)蛋白質(zhì)合成

第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯DNA

RNA

蛋白質(zhì)中心法則(centraldogma)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄2翻譯蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過(guò)遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。34基本原理氨基酸三種RNAmRNA(messengerRNA，信使RNA)rRNA(ribosomal

RNA，核糖體RNA)

tRNA(transferRNA，轉(zhuǎn)移RNA)核糖體酶及蛋白質(zhì)因子ATP、GTP、無(wú)機(jī)離子一、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)5三聯(lián)體(triplet)=一個(gè)密碼子，編碼一個(gè)氨基酸遺傳密碼(geneticcode)：在DNA或mRNA分子內(nèi)，每3個(gè)相鄰核苷酸按其排列序列可體現(xiàn)一種氨基酸或體現(xiàn)蛋白質(zhì)合成終止信號(hào)。共64個(gè)遺傳密碼1.三聯(lián)體密碼與密碼的簡(jiǎn)并(一)mRNA與遺傳密碼6苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止信號(hào)終止信號(hào)半胱氨酸半胱氨酸終止信號(hào)色氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸*甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天門(mén)冬酰胺天門(mén)冬酰胺賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天門(mén)冬氨酸天門(mén)冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAGUCAGUCAGUCAG

UCAGUCAG遺傳密碼7一個(gè)氨基酸有多個(gè)密碼子如Ser：UCUUCCUCAUCGAGUAGC簡(jiǎn)并性8終止密碼子(terminationcodon)UAA，UAG，UGA起始密碼子(initiationcodon)AUG2.起始信號(hào)與終止信號(hào)93.方向性與無(wú)間隔性

方向：從mRNA5’→3’，肽鏈合成N端→C端NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向10

無(wú)間隔性：連續(xù)閱讀閱讀框移位(frameshift)114.通用性

從細(xì)菌到人類(lèi)，使用同一套遺傳密碼(少數(shù)例外：

動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體)進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先12(二)氨基酸的“搬運(yùn)工具”——tRNA13密碼子

mRNA5’3’3’5’反密碼子tRNAGCUCGICA123123密碼子與反密碼子相互作用時(shí)，前2個(gè)核苷酸嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)規(guī)律；而密碼子的第3個(gè)核苷酸與反密碼子的第1個(gè)核苷酸，常出現(xiàn)不穩(wěn)定配對(duì)或擺動(dòng)配對(duì)。1.密碼子與反密碼子的擺動(dòng)(wobble)配對(duì)14tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象15起始tRNA——tRNAimet只能識(shí)別mRNA起始部位AUG真核生物：Met-tRNAimet，攜帶Met原核生物：fMet-tRNAimet，攜帶經(jīng)過(guò)甲?；腗et普通tRNA——tRNAmet、tRNAarg在翻譯延長(zhǎng)中發(fā)揮作用識(shí)別包括mRNA非起始部位的AUG在內(nèi)的各種密碼子2.起始tRNA與普通tRNA16原核生物真核生物(三)肽鏈合成的“裝配機(jī)”——核糖體17胞質(zhì)中核糖體種類(lèi)

附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體合成帶有信號(hào)肽的分泌性蛋白質(zhì)游離的核糖體合成細(xì)胞固有蛋白質(zhì)181.給位、受位及轉(zhuǎn)肽酶

給位/P位/肽位起始時(shí)，Met-tRNAimet結(jié)合于核糖體的肽位延長(zhǎng)成肽后，肽酰tRNA轉(zhuǎn)到此位受位/A位/氨基酰位延長(zhǎng)成肽時(shí)，氨基酰tRNA就加入此位

大亞基轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)活性192.多核糖體

一條mRNA鏈上同時(shí)具有許多個(gè)核糖體一條mRNA可同時(shí)合成多條同樣的多肽鏈20

氨基酸的活化與活化氨基酸的搬運(yùn)

——準(zhǔn)備階段活化氨基酸在核糖體上的縮合

——中心環(huán)節(jié)二、蛋白質(zhì)的合成過(guò)程21氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)1.氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)是酶催化的需能反應(yīng)Mg2+(一)氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)22第一步反應(yīng)ATP→AMP＋PPi

氨基酸＋E

＋AMP→氨基酰-AMP-EE23第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E

＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E242.氨基酰tRNA合成酶對(duì)氨基酸的高度專(zhuān)一性保證了翻譯的準(zhǔn)確性專(zhuān)一性對(duì)底物氨基酸和辨認(rèn)該氨基酸的tRNA都有高度

特異性

1個(gè)氨基酸—1個(gè)氨基酰tRNA合成酶兩個(gè)位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合正確的氨基酸，使之活化水解位點(diǎn)：使錯(cuò)誤的氨基酸水解，以保證翻譯的準(zhǔn)確性25原核生物三種起始因子(IF)IF1：協(xié)助IF3作用IF2：促使fMet-tRNAimet與30S小亞基結(jié)合形成fMet-tRNAimet－IF2-GTP在核糖體存在時(shí)有GTP酶活性IF3：使30S小亞基與50S大亞基解離，促進(jìn)30S小亞基與mRNA特異結(jié)合(二)肽鏈合成的起始26核糖體大、小亞基分離mRNA在小亞基上就位

30S小亞基在IF1、IF3促進(jìn)下與mRNA上SD序列識(shí)別、結(jié)合fMet-tRNAimet的結(jié)合

fMet-tRNAimet－IF2-GTP通過(guò)其反密碼子與

mRNA上的起始密碼子AUG相配對(duì)1.30S起始復(fù)合體的形成27起始密碼SD序列(Shine-Dalgarno序列)

原核生物的mRNA中非常保守的序列

位于起始密碼上游約25個(gè)核苷酸

富含嘌呤，與16SrRNA相應(yīng)的富含嘧啶序列互補(bǔ)引導(dǎo)mRNA進(jìn)入核糖體，在IF3、IF1促進(jìn)下和30S亞基結(jié)合28IF-3IF-1核糖體大、小亞基分離29AUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亞基上就位30IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'fMet-tRNAiMet的結(jié)合3170S起始復(fù)合物形成

IF3脫落→50S大亞基結(jié)合→GTP水解為GDP+Pi→IF2、IF1脫落70S起始復(fù)合物組成大、小亞基mRNAfMet-tRNAimet(結(jié)合于核糖體的給位)2.70S起始復(fù)合體的形成32IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'33(三)肽鏈延長(zhǎng)所需的條件延長(zhǎng)因子(EF)GTPMg2+、K+34TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGDP1.進(jìn)位按照A位處對(duì)應(yīng)的mRNA第2個(gè)密碼子，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位。

352.轉(zhuǎn)肽

是由50S大亞基的轉(zhuǎn)肽酶活性催化的肽鍵形成過(guò)程，需Mg2+、K+。363.移位核糖體沿mRNA向3’端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距

離，需EF-G、Mg2+、GTP。374.脫落當(dāng)A位進(jìn)入新的氨基酰tRNA后，空載的tRNA從核糖體的E(排出)位脫落。38進(jìn)位移位轉(zhuǎn)肽脫落39

每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸包括：進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位、脫落肽鏈延長(zhǎng)時(shí)能量變化：消耗4個(gè)高能磷酸鍵活化：2個(gè)ATP；進(jìn)位：1個(gè)GTP；移位：1個(gè)GTP核糖體循環(huán)40辨認(rèn)終止密碼子：

UAA、UAG、UGA肽鏈從肽酰-tRNA水解出：

GTP→GDP+PimRNA從核糖體中分離及大、小亞基解離：

IF3結(jié)合30S小亞基蛋白質(zhì)因子的參與：釋放因子RF1、RF2、RF3(四)肽鏈合成的終止41UAG5'3'RFCOO-42——使蛋白質(zhì)合成高

速、高效進(jìn)行多聚核糖體43真核生物原核生物遺傳密碼相同轉(zhuǎn)錄與翻譯不偶聯(lián)，mRNA的前體要加工偶聯(lián)mRNA單順?lè)醋?’端：帽子3’端：尾巴多順?lè)醋訜o(wú)需加工5’端：SD序列核糖體大而復(fù)雜簡(jiǎn)單(五)真核生物翻譯的特點(diǎn)4445真核生物原核生物起始tRNAMet-tRNAimetfMet-tRNAimet合成過(guò)程能量需ATP需ATP、GTP起始因子多(eIF)，起始復(fù)雜少(IF1、IF2、IF3)延長(zhǎng)因子一種(eEF-T)EF-Tu、EF-Ts、EF-G釋放因子一種(eRF)RF1、RF2、RF3線粒體獨(dú)立的蛋白質(zhì)合成體系46一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾

二硫鍵的形成個(gè)別氨基酸殘基的化學(xué)修飾蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除多蛋白的加工

亞單位的聚合結(jié)合蛋白質(zhì)的合成三、翻譯后加工471.二硫鍵的形成(一)肽鏈的合成后加工與修飾

維持蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象

羥化：脯氨酸羥脯氨酸賴(lài)氨酸羥賴(lài)氨酸磷酸化：Ser、Thr、Tyr等乙酰化、甲基化、ADP-核糖化等2.個(gè)別氨基酸殘基的化學(xué)修飾483.蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除分泌型蛋白質(zhì)合成時(shí)帶有“信號(hào)肽”信號(hào)肽(signalpeptide)——在真核生物未成熟分泌型蛋白質(zhì)中，可被細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)識(shí)別的特征性氨基酸序列，約15~30個(gè)氨基酸殘基；對(duì)靶向輸送有決定作用。有些蛋白質(zhì)前體在合成結(jié)束后仍需切除其他肽段例如：胰島素的加工49信號(hào)肽引導(dǎo)分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)50胰島素的加工過(guò)程51在真核生物中，往往會(huì)有一條多肽鏈經(jīng)過(guò)加工后，可成為幾種功能不同的蛋白質(zhì)或多肽，將這種初始多肽鏈產(chǎn)物稱(chēng)為多蛋白(polyprotein)。4.多蛋白的加工5253阿片促黑皮質(zhì)激素原(POMC)的水解修飾(二)亞單位的聚合和復(fù)合蛋白質(zhì)形成血紅蛋白的聚合54鐮刀形紅細(xì)胞性貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·

his·leu·

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glu·

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val·

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