蛋白質(zhì)合成定稿

蛋白質(zhì)合成定稿第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20231

蛋白質(zhì)的生物合成=翻譯

proteinbiosynthesis

translation以mRNA為直接模板合成蛋白質(zhì)的過程。

將mRNA分子中核糖核酸信息轉(zhuǎn)變成氨基酸信息的過程。第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20232第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成需要的物質(zhì)

MaterialRequiredforProteinBiosynthesis第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20233.原料:20種氨基酸.各種蛋白質(zhì)因子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)⑴起始因子(initiationfactors、IF)

(eukaryote、eIF)⑵延長因子(elongationfactors、EF)⑶終止因子(releasefactors、RF)核蛋白體釋放因子

(ribosomalreleasefactors、RR)第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20234.三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用mRNA(信使核糖核酸)—直接模板tRNA(轉(zhuǎn)運核糖核酸)—轉(zhuǎn)運氨基酸rRNA(核糖體核糖核酸)—提供場所第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20235mRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用mRNA做直接模板，DNA為間接模板

mRNA從5ˊ端AUG開始每三個堿基是一個遺傳密碼(geneticcodon)，代表一種氨基酸。第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20236遺傳密碼表第1個核苷酸（5’）第2個核苷酸第3個核苷酸（3’）UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸UCA絲氨酸UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷氨酰胺CAG谷氨酰胺CGU精氨酸CGC精氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AAA賴氨酸AAG賴氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20237遺傳密碼的特點43=64個方向性(direction):

連續(xù)性(commaless):3個一組連續(xù)讀插入和缺少可框移簡并性(degeneracy):第三位堿基改變可不影響氨基酸排列順序擺動性(wobble):通用性(universal):高、低等生物通用第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20238起始密碼AUG(開放讀碼框架

openreadingframe)

在mRNA的5`端為起始密碼，在中間代表蛋氨酸。終止密碼(stopcodon)UAAUAGUGA

位于mRNA3`端，是肽鏈合成終止信號第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/20239rRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用參與組成核蛋白體，提供合成場所.原核生物真核生物大亞基小亞基16SrRNA21種18SrRNA33種5SrRNA23SrRNA34種28SrRNA5.8SrRNA5SrRNA49種第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202310核蛋白體(ribosomal)PAP位=肽位=給位peptidylsite,donorsite暫時放氨基酸的位置A位=受位=氨基酰位aminoacylsite，acceptorsite接受氨基酸由大、小亞基組成,大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性.一個mRNA分子上可有多個核蛋白體(多聚核蛋白體)。第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202311核蛋白體（ribosome）第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202312tRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用搬運氨基酸到合成場所遺傳密碼與反密碼的擺動配對配對方式mRNA5ˊ3ˊ

123

321tRNA3ˊ5ˊ第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202313tRNA與mRNA配對第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202314擺動配對規(guī)律tRNAIUCmRNAAGUAGCGU

第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202315氨基酸的活化AA+tRNA氨基酰-tRNA合成酶AA-tRNAATPAMP+PPi氨基酸羧基被活化！氨基酸＋ATP＋酶→氨基酰-AMP-酶＋PPi氨基酰-AMP-酶+tRNA→氨基酰-tRNA＋AMP＋酶第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202316氨基酰-tRNA合成酶促反應(yīng)第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202317氨基酰-tRNA合成酶具有高度特異性，既能識別氨基酸，也能識別相應(yīng)的tRNA。氨基酰-tRNA表示方法ala-tRNAala;arg-tRNAargtRNAimet______起始者tRNAtRNAemet_____

攜帶延長鏈上蛋氨酸的tRNAfmet-tRNAfmet

____N-甲酰蛋氨酸第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/2023184.參加蛋白質(zhì)生物合成的酶體系（1）氨基酰－tRNA合成酶（2）轉(zhuǎn)肽酶（3）轉(zhuǎn)位酶第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202319氨基酰－tRNA合成酶

（aminoacyl-tRNAsynthetase）

在ATP供能的情況下催化氨基酸活化成氨基酰－tRNA。第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202320轉(zhuǎn)肽酶

催化兩個氨基酸之間形成肽鍵，存在于核蛋白體大亞基上，是組成核糖體的蛋白質(zhì)成分之一。第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202321轉(zhuǎn)位酶（translocase）

催化核糖體和mRNA移位，核糖體向mRNA的3’端移動相當(dāng)于一個密碼子的距離。第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/2023225.蛋白質(zhì)合成需要的其他物質(zhì)

Mg2+、K+等無機離子ATP、GTP等供能物質(zhì)

第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202323大腸桿菌蛋白質(zhì)合成需要的物質(zhì)階段必需化合物氨基酸的活化20種氨基酸，20種氨基酰-tRNA合成酶32種（或多于32種）tRNA，ATP、Mg2+起始mRNA，N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMetmRNA上的起始密碼子（AUG）30S核糖體亞基，50S核糖體亞基起始因子(IF-2、IF-2、IF-3)、GTP、Mg2+延長具有功能的70核糖體（起始復(fù)合物）密碼子特異的氨基酰-tRNA延長因子(EF-Tu、EF-Ts、EF-G)、GTP、Mg2+終止與釋放mRNA上的終止密碼釋放因子（RF-1、RF-2、RF-3）折疊和翻譯后的加工特異酶、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘栯乃璧幕衔?，水解、末端殘基修飾、磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔基結(jié)合到蛋白質(zhì)上第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202324第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程

ProcessofProteinSynthesis起始階段延長階段終止階段第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202325一、起始階段___形成起始復(fù)合物mRNA-核蛋白體-蛋氨酰-tRNAmRNA-核蛋白體–甲酰蛋氨酰-tRNA原核與真核需要的起始因子不同,但步驟相似.起始因子(initiationfactors,IF)原核生物:有三種,IF1IF2IF3真核生物:共發(fā)現(xiàn)10+種

eIF第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202326原核、真核起始復(fù)合物的形成真核生物原核生物第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202327核酸-核酸和核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn)核酸-核酸辨認(rèn):mRNA核蛋白體結(jié)合位點(RBS)與核蛋白體小亞基16SrRNA的堿基互補。RBS(ribosomalbindingsite)=S-D序列位于起始密碼AUG上游約8~13個核苷酸處,以…AGGA…為核心的富含嘌呤的4~6個核苷酸序列,RBS與16S

rRNA3ˊ-端的…UCCU…互補.核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn):由核蛋白體小亞基蛋白(res-1)辨認(rèn)緊接AGGA的小段核苷酸。第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202328S-D序列第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202329原核生物起始復(fù)合物的形成、核蛋白體亞基的解體

大小亞基必須解體才利于mRNA結(jié)合終止的最后一步就是下一輪起始的第一步、mRNA就位通過核酸-核酸辨認(rèn)和核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn)把mRNA聯(lián)結(jié)在核蛋白體小亞基上.、fmet-tRNA-mRNA-IF2-GTP復(fù)合體形成

需要IF2先與GTP結(jié)合→fmet-tRNA再與其結(jié)合,推動mRNA前移,tRNA達(dá)P位、大亞基結(jié)合形成起始復(fù)合物

mRNA-fmet-tRNA-核蛋白體第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202330真核生物起始復(fù)合物的形成第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202331真核生物起始特點

核蛋白體差異:80S(40S+60S)

起始tRNA為met-tRNA

沒有PBS序列,有帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾巴

起始順序不同:先形成eIF2-tRNA-GTP,再由eIF3和eIF4C協(xié)助結(jié)合到小亞基上,然后才由mRNA的AUG辨認(rèn)met-tRNA的反密碼,eIF4協(xié)助進(jìn)入小亞基

eIF2是蛋白質(zhì)合成調(diào)控的關(guān)鍵物第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202332帽子結(jié)合蛋白

(cap-sitebindingprotein,CBP)結(jié)合在帽子結(jié)構(gòu)上,促進(jìn)mRNA與小亞基結(jié)合已知有兩種:CBP-1=CBPa=eIF4E

CBP-2=CBPb=eIF4F

eIF4F有解螺旋酶和ATP酶活性是主要的帽子結(jié)合蛋白第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202333原核與真核起始因子的作用比較生成起始復(fù)合物IFeIF大小亞基分離

IF3(IF1)eIF3NA-NAeIF3,eIF1mRNA進(jìn)入小亞基

NA-蛋白質(zhì)eIF4AeIF4B

辨認(rèn)結(jié)合CBP1

eIF4E(CBP2)起始tRNA進(jìn)入P位IF2GTP(IF1)

eIF2eIF3eIF4c

co-eIF2-GTP

大亞基結(jié)合各種IF脫落,GTP水解eIF5eIF4D

第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202334二、延長階段肽鏈延長=核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)該階段核心是形成肽鍵,將單個氨基酸連接成多肽鏈.整個反應(yīng)都在核蛋白體上完成.需要的蛋白質(zhì)因子—延長因子(EF)第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202335原核與真核生物

延長因子的種類和作用原核生物真核生物功能EFTuEF1-)協(xié)助氨基酰-tRNA進(jìn)入A位;EFTs結(jié)合GTPEFGEF2-

轉(zhuǎn)位酶，協(xié)助mRNA前移,A位→P位;游離tRNA釋放第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202336延長三步曲進(jìn)位(entrance)或注冊(registration):氨基酰-tRNA按mRNA密碼的指導(dǎo)進(jìn)入A位,EFT協(xié)助成肽(peptidebondformation):由轉(zhuǎn)肽酶催化P位上的氨基?；M(jìn)入A位形成肽鍵轉(zhuǎn)位(translocation):A位上的肽鏈同mRNA一起進(jìn)入P位,核蛋白體相對移動。反應(yīng)由轉(zhuǎn)位酶催化第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202337EFTu和EFTs為延長因子T的2個亞基,在肽鏈延長時的程序:EFT+GTP+AA-tRNAAA-tRNA-Tu-GTPTsPi+Tu-GDP+AA-tRNA-mRNAmRNAGTP第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202338轉(zhuǎn)肽酶是核蛋白體大亞基上的核酶在成肽結(jié)束前P位上空載的tRNA從核蛋白體脫落轉(zhuǎn)位酶

轉(zhuǎn)位酶活性存在于EFG,催化A位上肽酰-tRNA-mRNA轉(zhuǎn)移到P位,A位留空肽鏈合成的方向:N→C,始終是P位氨基酰基通過羧基與A位氨基酸的-氨基形成肽鍵氨基酸活化:羧基與tRNA的3ˊ-OH形成酯鍵第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202339肽鏈延長進(jìn)位第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202340成肽轉(zhuǎn)位第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202341三、終止階段包括終止密碼的辨認(rèn)、肽鏈水解、mRNA離開核蛋白體、核蛋白體大小亞基解體。需要的蛋白因子稱為釋放因子(RF,RR).IF3、eIF也參與拆開大小亞基第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202342RF的作用辨認(rèn)終止密碼;促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3ˊ-OH酯鍵斷裂，釋放肽鏈。現(xiàn)知三種:

RF-1:能辨認(rèn)UAA，UAG

RF-2:能辨認(rèn)UAA，UGA

RF-3:為酯酶的激活劑,水解酯鍵RR的作用:將mRNA從核蛋白體上釋放出來第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202343終止過程1.核蛋白體A位出現(xiàn)終止密碼,RF-1和RF2去識別,并結(jié)合在A位2.RF-3使轉(zhuǎn)肽酶變構(gòu),激活轉(zhuǎn)肽酶,水解P位肽鏈與tRNA的3ˊ-OH形成的酯鍵,釋放肽鏈3.在RR作用下,tRNA、mRNA和RF都從核蛋白體脫落,IF3又作用,核蛋白體大小亞基解體,可參加下一輪循環(huán)蛋白質(zhì)合成要消耗GTP和ATP(各階段),估計每生成一個肽鍵要消耗5個高能磷酸鍵第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202344肽鏈合成終止第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202345多核蛋白體循環(huán)第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202346第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后修飾加工

PosttranslationalProcessingandModification剛合成的蛋白質(zhì)往往需要加工修飾才會有功能翻譯后修飾加工方式很多,可分為三方面:1.一級結(jié)構(gòu)的修飾:多肽鏈長短、氨基酸殘基2.高級結(jié)構(gòu)的修飾:空間結(jié)構(gòu)的加工3.靶向輸出:定向輸送到執(zhí)行作用的細(xì)胞,器官第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202347糖基化修飾第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5/21/202348一級結(jié)構(gòu)的修飾加工.切除N-甲?；騈-蛋氨酸.修飾氨基酸:羥基化(羥脯氨酸,羥賴氨酸)磷酸化(絲、蘇、酪)糖基化.形成二硫鍵:

-S—S-.水解切除肽段:切除多余氨基酸和肽段高級結(jié)構(gòu)的修飾加工

亞基聚合:

多肽鏈之間相互聚合形成多聚體

輔基連接:

結(jié)合蛋白的非氨基酸部分加入第49