分子生物學(xué)-蛋白質(zhì)的生物合成 課件

ProteinBiosynthesis

蛋白質(zhì)的生物合成ProteinBiosynthesis

蛋白質(zhì)的生物合成1概述遺傳密碼tRNA核糖體蛋白質(zhì)的生物合成過程一般特征原核生物真核生物蛋白質(zhì)的運(yùn)輸和翻譯后修飾主要內(nèi)容概述主要內(nèi)容2二、蛋白質(zhì)的生物合成過程二、蛋白質(zhì)的生物合成過程3三種RNA：mRNA、tRNA、rRNA原料：20種aa需要酶及眾多蛋白因子、ATP、GTP等蛋白質(zhì)合成方向：N端→C端mRNA的翻譯方向：5ˊ→3ˊ（一）蛋白質(zhì)合成的一般特征三種RNA：mRNA、tRNA、rRNA（一）蛋白質(zhì)合成的一4（二）蛋白質(zhì)生物合成的過程兩個前提：氨基酸活化核糖體解離（二）蛋白質(zhì)生物合成的過程兩個前提：氨基酸活化核糖體解離5核糖體解離核糖體解離6氨基酸活化氨基酸+tRNA氨酰-tRNA氨酰-tRNA合成酶ATPAMP＋PPi氨基酸活化氨基酸+tRNA氨酰-tRNA氨酰-tRNA7氨基酸＋ATP—→氨基酰-AMP＋PPi

氨酰-tRNA合成酶第一步：氨基酸＋ATP—→氨基酰-AMP＋PPi氨酰-tRN8第二步：氨基酰-AMP＋tRNA

氨酰-tRNA＋AMP氨酰-tRNA合成酶第二步：氨基酰-AMP＋tRNA9氨酰-tRNA合成酶將氨基酸裝載到tRNA上的過程氨酰-tRNA合成酶將氨基酸裝載到tRNA上的過程10氨酰-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet氨酰-tRNA的表示方法：11E.coli蛋白質(zhì)的生物合成過程E.coli蛋白質(zhì)的生物合成過程12肽鏈起始(Initiation)肽鏈延伸(Elongation)肽鏈終止(Termination)肽鏈起始(Initiation)13起始密碼子多數(shù)是AUG，少數(shù)是GUG。

SD序列：起始密碼子的上游約10個核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列。SD序列與核糖體16SrRNA3’端的核苷酸序列互補(bǔ)，可促使核糖體與mRNA的結(jié)合。肽鏈的起始1.起始信號：起始密碼子多數(shù)是AUG，少數(shù)是GUG。肽鏈的起始1.起始信14分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件152.起始tRNA甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf）2.起始tRNA甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf16分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件17（1）tRNAf

Met

帶上Met后能甲?；?，是起始tRNA，用于肽鏈合成的起始。

（2）tRNAmMet帶上Met后不能甲?；?，在肽鏈延伸中起作用。2種可攜帶Met的tRNA（1）tRNAfMet帶上Met后能甲?；?，是起始tRN18ThestructureoffMet-tRNAfDifferenceswithothertRNAsThestructureoffMet-tRNAfDif193.原核生物翻譯起始因子IF-1:增加IF-2和IF-3活性IF-2：使Met-tRNAf

Met

與30S亞基結(jié)合，需GTPIF-3：與30S亞基結(jié)合，使50S不能與30S結(jié)合3.原核生物翻譯起始因子IF-1:增加IF-2和IF-3活性20inactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplexinactive70SribosomeSDsequen2170SinitiationcomplexGDP+Pi70SinitiationcomplexGDP+Pi22肽鏈的延伸進(jìn)位成鍵移位肽鏈的延伸進(jìn)位231.進(jìn)位：一個新的氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位需GTP和兩個延伸因子EFTu和EFTs1.進(jìn)位：一個新的氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位需GTP和兩24延長因子EFTu和EFTs催化進(jìn)位延長因子EFTu和EFTs催化進(jìn)位25分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件262.成鍵：肽?；鶑腜位點(diǎn)轉(zhuǎn)位到A位點(diǎn)，同時形成肽鍵。由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化2.成鍵：肽?；鶑腜位點(diǎn)轉(zhuǎn)位到A位點(diǎn)，同時形成肽鍵。由肽酰轉(zhuǎn)27分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件283.移位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動一個密碼子的距離。肽酰tRNA由A位移到P位空載的tRNA進(jìn)入E位。需GTP和延伸因子G(EFG)3.移位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動一個密碼子的距離29進(jìn)位移位成鍵進(jìn)位移位成鍵30分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件31肽鏈的終止和釋放1.終止信號的識別：有三種蛋白因子RF1識別UAA、UAG，RF2識別UAA、UGA。RF3協(xié)助肽鏈釋放。肽鏈的終止和釋放1.終止信號的識別：有三種蛋白因子RF1識別32分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件332.肽鏈釋放：釋放因子使肽酰轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饣钚?，并釋放tRNA，然后核糖體離開。2.肽鏈釋放：釋放因子使肽酰轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饣钚?，并?4分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件351.核糖體：更大，80S，可解離成60S和40S。2.起始tRNA：（三）真核生物蛋白質(zhì)合成的過程二種攜帶Met的tRNA：起始tRNA:用于肽鏈內(nèi)部的tRNAMet。即tRNAiMet，攜帶Met后，并不甲?；?。1.核糖體：更大，80S，可解離成60S和40S。（三）真363.起始密碼子：AUG，上游無SD序列，通常mRNA上最靠近5’端的AUG為起始部位。40S核糖體與mRNA5’端帽子結(jié)合，向3’方向移動，搜索AUG密碼子，這過程要消耗ATP。3.起始密碼子：AUG，上游無SD序列，通常mRNA上最靠近37分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件38命名為eIF-neIF-3：與40S亞基結(jié)合，使大小亞基解離；eIF-2：與Met-tRNAiMet及GTP結(jié)合；eIF-4：與mRNA的帽子結(jié)合。eIF-5：釋放起始因子，使核糖體亞基結(jié)合4.起始因子命名為eIF-n4.起始因子391.80S核糖體解離40S60S60S62.形成Met-tRNAiMet.eIF-2.GTP三元復(fù)合物Met+elF-2GTPMet-tRNAiMetMet-tRNAiMet.eIF-2.GTP40S314C真核生物mRNA翻譯的起始1.80S核糖體解離40S60S60S62.形成Met-403.形成40S前起始復(fù)合物40S314C+MetMet-tRNAiMet.eIF-2.GTP40S314CMet4.

40S前起始復(fù)合物結(jié)合mRNAmRNA+40S314CMet3.形成40S前起始復(fù)合物40S314C+MetMet-t41復(fù)合物對mRNA進(jìn)行滑動搜索，尋找起始密碼子AUG40S314CMet40S314CMetAUG5.生成80S起始復(fù)合物eIF-540SMetAUG60S各種elF釋放GDP+PiMet復(fù)合物對mRNA進(jìn)行滑動搜索，尋找起始密碼子42met40S60SMet40S60SmRNAeIF-3、6、1、4C①②ATPADP+Pi③MetelF-2

-GTP-Met-tRNAiMet搜索AUGMetAUGGDP+Pi各種elF釋放elF-5④Met真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程met40S60SMet40S60SmRNAeIF-3、6、43原核生物和真核生物翻譯起始的比較原核：mRNA先與小亞基結(jié)合，再有起始tRNA加入真核：起始tRNA先結(jié)合小亞基，然后在多種因子參與下結(jié)合mRNA原核：依靠小亞基內(nèi)16SrRNA3’端序列與SD序列互補(bǔ)、結(jié)合來定位于mRNA真核：mRNA依靠5’帽子的結(jié)合因子結(jié)合小亞基，然后以搜索機(jī)制尋找起始AUG原核生物和真核生物翻譯起始的比較原核：mRNA先與小亞基結(jié)合445．延伸因子和終止因子：原核延伸因子生物功能真核延伸因子EF-Tu促進(jìn)氨酰-tRNA進(jìn)入A位，分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基eEF-1EFG促進(jìn)移位eEF-2真核生物中多肽終止因子稱為信號釋放因子(signalreleasefactor)寫成eRF5．延伸因子和終止因子：原核延伸因子生物功能45分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件46蛋白質(zhì)合成總結(jié)起始密碼子Met-tRNAiMet

eIF-n

至少9種GTP,ATP起始密碼子，SD序列fMet-tRNAfIF-1,IF-2,IF-3

GTP肽鏈起始氨酰-tRNA合成酶，ATP氨酰-tRNA合成酶，ATPaa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子過程蛋白質(zhì)合成總結(jié)起始密碼子起始密碼子，SD序列肽鏈起始氨酰-t47終止密碼子eRFGTP終止密碼子

RF-1,RF-2,RF-3GTP肽鏈的終止和釋放eEF-1，GTP肽酰轉(zhuǎn)移酶eEF-2，GTPEF-Tu,EFTs,GTP

肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-G，GTP肽鏈的延長

進(jìn)位成鍵位移

蛋白質(zhì)合成總結(jié)真核生物所需因子原核生物所需因子過程終止密碼子終止密碼子肽鏈的終止eEF-1，GTPEF-48三、蛋白質(zhì)的運(yùn)輸

和翻譯后修飾三、蛋白質(zhì)的運(yùn)輸

和翻譯后修飾49（一）概述高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（游離核糖體）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體)胞漿細(xì)胞核線粒體、葉綠體過氧化酶體（一）概述高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)共翻50分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件51Whatdetermineproteins’fates?SignalsinproteinsrecognizedbytransportationsystemWhatdetermineproteins’fates52分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件53（二）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)

(Co-translationaltransport)高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體（二）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)541.蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)1.蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)55信號肽（signalsequence）10-4010-15CleavagesiteHydrophobicresidues引導(dǎo)多肽穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)；一般位于新生肽的N端，某些位于中部；長度為10－40個殘基；N端至少有一個帶正電荷的殘基；中部有疏水性核；羧基端有信號肽酶酶切位點(diǎn)。信號肽（signalsequence）10-4010-1556信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)57分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件58信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)1.蛋白開始合成2.SRP結(jié)合信號肽，肽鏈合成終止3.SRP結(jié)合膜上的SRP受體，SRP被釋放，蛋白合成重新開始4.信號肽被切割下來5.肽鏈繼續(xù)延伸并穿過膜信號肽識別蛋白（signalrecognitionparticle,SRP）

SRP受體（SRPreceptor，也稱錨定蛋白

dockingprotein）信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)1.蛋白開始合成2.SRP59信號肽的切除二硫鍵的形成高級結(jié)構(gòu)的折疊糖基化作用蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的修飾信號肽的切除蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的修飾602.蛋白質(zhì)從ER到高爾基體及內(nèi)膜其他區(qū)室的轉(zhuǎn)運(yùn)主要形式：轉(zhuǎn)運(yùn)小泡高爾基體是細(xì)胞內(nèi)的分揀中心特定的轉(zhuǎn)運(yùn)信號指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到其他區(qū)室2.蛋白質(zhì)從ER到高爾基體及內(nèi)膜其他區(qū)室的轉(zhuǎn)運(yùn)主要形式：轉(zhuǎn)運(yùn)61分子生物學(xué)--蛋白質(zhì)的生物合成課件62多數(shù)由游離核糖體合成翻譯后運(yùn)輸（post-translationaltransport）蛋白含有前導(dǎo)序列（leadersequences）與定位有關(guān)進(jìn)入線粒體和葉綠體前先解折疊,進(jìn)入后重新折疊,需要分子伴侶（三）線粒體、葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)多數(shù)由游離核糖體合成（三）線粒體、葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)63蛋白質(zhì)跨膜前需解折疊，跨膜后重新折疊成熟的構(gòu)型蛋白質(zhì)跨膜前需解折疊，跨膜后重新折疊成熟的構(gòu)型64前導(dǎo)序列(Leadersequences)堿性aa豐富基本上不含酸性aa羥基aa含量較高前導(dǎo)序列(Leadersequences)堿性aa豐富65前導(dǎo)序列介導(dǎo)翻譯后的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)前導(dǎo)序列介導(dǎo)翻譯后的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)66酵母細(xì)胞色素C氧化酶IV亞單位的前導(dǎo)序列開頭的12個氨基酸足以將多肽鏈導(dǎo)入線粒體的基質(zhì)中去。酵母細(xì)胞色素C氧化酶IV亞單位的前導(dǎo)序列67Tom(trans-outermembrane，外膜轉(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白)形成受體復(fù)合物線粒體蛋白跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)需要受體Tom(trans-outermembran68

Tim(trans-innermembrane，內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白)形成受體復(fù)合物。Tim(trans-innermembra69當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)通過Tom復(fù)合物時，暴露于膜間腔。并不被釋放而是直接轉(zhuǎn)運(yùn)到Tim復(fù)合物上。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)通過Tom復(fù)合物時，暴露于膜間腔。并不70RecognitionPassingthroughCleavage（剪切）Recognition71前導(dǎo)序列決定蛋白在細(xì)胞器中的定位位于N端，介導(dǎo)蛋白進(jìn)入基質(zhì)前導(dǎo)序列基質(zhì)導(dǎo)向信號(matrix-targetingsignal)：膜導(dǎo)向信號(membrane-targetingsignal)：負(fù)責(zé)導(dǎo)向膜或膜間質(zhì)每個信號序列后都有自己的水解部位前導(dǎo)序列決定蛋白在細(xì)胞器中的定位位于N端，介導(dǎo)蛋白進(jìn)入基質(zhì)前72Leader