蛋白質(zhì)的生物合成翻譯課件

ProteinBiosynthesis(Translation)蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)第十二章

蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將mRNA分子中由堿基序列組成的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序，因而稱為翻譯（translation)。

20種氨基酸作為原料酶及蛋白因子，如IF、eIF等

ATP、GTP、無機離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：

三種RNAmRNArRNAtRNA

1961年，Nirenberg證明了mRNA的模板作用。

一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子（polycistron）。真核生物一個mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子（singlecistron）。

mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcodon）。ORF從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。遺傳密碼表密碼子的第一個字母密碼子的第二個字母基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。2.簡并性（degeneracy）遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2~4個或多至6個密碼子為之編碼。

密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有害突變。

遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACG

AlaThr4.擺動性（wobble）

tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對時，可以在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動性。擺動配對U

核蛋白體的組成核蛋白體原核生物真核生物蛋白質(zhì)S值rRNA蛋白質(zhì)S值rRNA小亞基21種30S16S33種40S18S大亞基34種50S23S5S49種60S28S5.8S5S核蛋白體70S80S原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂

tRNA在翻譯過程中起接合體（adaptor）作用，又是氨基酸的運載體。氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA

fMet-tRNAifMet的生成：

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程TheProcessofProteinBiosynthesis蛋白質(zhì)合成中

mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白質(zhì)的合成方向：N端→

C端。蛋白質(zhì)合成過程：起始延長終止

一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物

(translationalinitiationcomplex)。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。原核生物起始因子有三種：IF-1：占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNA。IF-2：促進起始tRNA與小亞基結(jié)合。IF-3：促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA敏感性。（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合

S-D序列：

在原核生物mRNA起始密碼AUG上游，存在4~9個富含嘌呤堿的一致性序列，如-AGGAGG-，稱為S-D序列。又稱為核蛋白體結(jié)合位點（ribosomalbindingsite，RBS)

S-D序列IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白體大亞基結(jié)合IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個GTP。（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。真核生物翻譯起始因子

起始因子生物功能eIF-2促進起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2B,eIF-3促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結(jié)合小亞基eIF-4B促進mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5’帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和PABeIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結(jié)合大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大小亞基Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S

真核生物翻譯起始的特點核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲?；籱RNA的5’帽子和3’polyA尾結(jié)構(gòu)與mRNA在核蛋白體就位有關(guān)；起始tRNA先與核蛋白體小亞基結(jié)合，然后再結(jié)合mRNA二、肽鏈的延長指按照mRNA密碼序列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為以下三步：進位（entrance）成肽（peptidebondformation）轉(zhuǎn)位（translocation）

原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子（一）進位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

延長因子EF-T催化進位（原核生物）

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。（三）轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3’側(cè)移動。

fMetAUG5'3'fMetTuGTP進位轉(zhuǎn)位成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長過程

三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物釋放因子：eRF原核肽鏈合成終止過程UAG5'3'RFCOO-核蛋白體循環(huán)5’3’Nterminal

原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計算 氨基酸活化：2個~P ATP

起始： 1個 GTP

延長： 2個 GTP

終止： 1個 GTP

結(jié)論：每合成一個肽鍵至少消耗4個~P。

多聚核蛋白體

（polysome)

一個mRNA分子可同時有多個核蛋白體在進行同一種蛋白質(zhì)的合成，這種mRNA和多個核蛋白體的聚合物稱為多聚核蛋白體。多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。5’3’蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊(fold)為天然的三維(three

dimension)結(jié)構(gòu)肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)修飾蛋白質(zhì)的成熟一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)

一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)折疊的基本方式分子伴侶熱休克蛋白（hsp70）的作用分子伴侶熱休克蛋白（hsp60）的作用二、一級結(jié)構(gòu)的修飾

（一）肽鏈N端的修飾（二）個別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾三、高級結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合

（二）輔基連接（三）疏水脂鏈的共價連接蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列。?信號序列(signalsequence)靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再分別被包裝成分泌小泡而分泌出細胞。

信號肽(signalpeptide)各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。信號肽的一級結(jié)構(gòu)N端側(cè)堿性區(qū)疏水核心區(qū)C端加工區(qū)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

（二）線粒體蛋白的靶向輸送

（三）細胞核蛋白的靶向輸送

蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的?？股?antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物。一、抗生素類四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮抗生素作用點作用原理應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核小亞基原核小亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基真核大亞基真核、原核核蛋白體