《蛋白質(zhì)合成定》PPT課件.ppt

1、2020/8/2,1,第12章 翻譯,蛋白質(zhì)的生物合成,Protein Biosynthesis,2020/8/2,2,蛋白質(zhì)的生物合成 = 翻譯 protein biosynthesis 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。,2020/8/2,3,第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成需要的物質(zhì)Material Required for Protein Biosynthesis,2020/8/2,4,. 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),起始因子(initiation factors、IF) (

2、eukaryote、eIF),延長(zhǎng)因子(elongation factors、EF),終止因子(release factors、RF) 核蛋白體釋放因子 (ribosomal release factors、RR),2020/8/2,5,. 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(yùn)核糖核酸) 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸 rRNA(核糖體核糖核酸) 提供場(chǎng)所,2020/8/2,6,1.mRNA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5端AUG開始每三個(gè)堿基是一個(gè)遺傳密碼(genetic codon)，代表一種氨基酸。,遺傳密碼表,2020

3、/8/2,8,遺傳密碼的特點(diǎn),4 3 = 64個(gè) 方向性(direction ): 連續(xù)性(commaless):3個(gè)一組連續(xù)讀 插入和缺少可框移 簡(jiǎn)并性(degeneracy):第三位堿基改變 可不影響氨基酸排列順序 擺動(dòng)性(wobble): 通用性(universal):高、低等生物通用,2020/8/2,9,（1）密碼的方向性和連續(xù)性：,編碼區(qū)內(nèi)的密碼子是連續(xù)的不間斷的。,AUG UUU UUC CUU CUC AUU GUU ACC AAC GGU,2020/8/2,10,（2）密碼的簡(jiǎn)并性：,一個(gè)氨基酸通常是由一個(gè)或一個(gè)以上的密碼 子編碼, 密碼子的第一位、第二位堿基多數(shù)相同， 前2

4、位堿基決定編碼氨基酸的特異性，差異出現(xiàn)在 第三位堿基。,2020/8/2,11,遺傳密碼表,2020/8/2,12,（3）擺動(dòng)性：,在翻譯過程中氨基酸能否正確的加入，需要依靠mRNA上的密碼 和tRNA上的反密碼相互配對(duì)辨認(rèn)，但是在實(shí)際翻譯中也會(huì)出現(xiàn)理論上mRNA與tRNA不配對(duì)，但是實(shí)際二者仍能配對(duì)的現(xiàn)象，翻譯仍能繼續(xù)進(jìn)行，這種現(xiàn)象稱為遺傳密碼子的擺動(dòng)性。出現(xiàn)的部位是mRNA密碼子上的第三位堿基，tRNA上的第一 位堿基。,2020/8/2,13,C C I,G G A（C、U）,3,3,5,5,2020/8/2,14,密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象,2020/8/2,15,（4）通用性：,

5、從最簡(jiǎn)單的生物病毒到人類。在蛋白質(zhì)合成中都使用一套通用的密碼。（除線粒體外） 起始密碼：AUG 終止密碼：UAA、UAG、UGA,起始密碼,AUG(開放讀碼框架 open reading frame) 在mRNA的5端為起始密碼，在中間代表蛋氨酸。,終止密碼(stop codon) UAA UAG UGA 位于mRNA3端，是肽鏈合成終止信號(hào),2020/8/2,17,2. tRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用,搬運(yùn)氨基酸到合成場(chǎng)所,遺傳密碼與反密碼的擺動(dòng)配對(duì),配對(duì)方式,2020/8/2,18,tRNA與mRNA配對(duì),2020/8/2,19,擺動(dòng)配對(duì)規(guī)律,tRNA I U C,mRNA A G U A

6、G C G U,2020/8/2,20,氨基酸的活化,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-tRNAAMP酶,2020/8/2,21,氨基酰-tRNA合成酶促反應(yīng),2020/8/2,22,氨基酰-tRNA合成酶,具有高度特異性，既能識(shí)別氨基酸，也能識(shí)別相應(yīng)的tRNA。,氨基酰-tRNA表示方法,ala-tRNAala ; arg-tRNAarg,tRNAimet _ 起始者tRNA,tRNAe met_ 攜帶延長(zhǎng)鏈上蛋氨酸的tRNA,fmet-tRNAf met _ N-甲酰蛋氨酸,2020/8/2,23,3. rRNA在蛋白質(zhì)合

7、成中的作用,參與組成核蛋白體，提供合成場(chǎng)所.,原核生物,真核生物,大亞基,小亞基,16S rRNA,21種,18S rRNA,33種,5S rRNA,23S rRNA,34 種,28S rRNA,5.8S rRNA,5S rRNA,49種,2020/8/2,24,核蛋白體(ribosomal),P位= 肽位= 給位 peptidyl site, donor site 結(jié)合肽酰tRNA的位置,A位= 受位= 氨基酰位 aminoacyl site，acceptor site 結(jié)合氨基酰tRNA的位置,由大、小亞基組成,大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性.,一個(gè)mRNA分子上可有多個(gè)核蛋白體(多聚核蛋白體)。,核

8、蛋白體（ribosome）,4. 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,氨基酰tRNA合成酶 （aminoacyl-tRNA synthetase）,在ATP供能的情況下催化氨基酸活化成氨基酰tRNA。,轉(zhuǎn)肽酶,催化兩個(gè)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。,轉(zhuǎn)位酶（translocase）,催化核糖體和mRNA移位，核糖體向mRNA的3端移動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)密碼子的距離。,5. 蛋白質(zhì)合成需要的其他物質(zhì),Mg2+、K+等無機(jī)離子 ATP、GTP等供能物質(zhì),大腸桿菌蛋白質(zhì)合成需要的物質(zhì),2020/8/2,32,第二節(jié)

9、蛋白質(zhì)生物合成過程 Process of Protein Synthesis,起始階段,延長(zhǎng)階段,終止階段,2020/8/2,33,一、起始階段_ 形成起始復(fù)合物,mRNA - 核蛋白體 - 蛋氨酰-tRNA,mRNA- 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(initiation factors, IF),原核生物: 有三種, IF1 IF2 IF3,真核生物:共發(fā)現(xiàn)10+種 eIF,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(diǎn)(RBS) 與核蛋白體小亞基16S rRNA的堿基互補(bǔ)。,RBS(ribosomal bind

10、ing site)= S-D序列 位于起始密碼AUG上游約813個(gè)核苷酸 處,以AGGA為核心的富含嘌呤的46 個(gè)核苷酸序列,RBS與16S rRNA3-端的UCCU互補(bǔ).,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。,S-D序列,2020/8/2,36,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fme

11、t-tRNA再與其 結(jié)合,推動(dòng)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,2020/8/2,37,P,A,U,G,A,A,U,G,A,U,G,30S,50S,30S,30S,30S,30S,50S,50S,IF3 IF1,mRNA,50S,IF2,GTP,2020/8/2,38,真核生物起始特點(diǎn),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

12、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,2020/8/2,39,帽子結(jié)合蛋白(cap-site binding protein,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,2020/8/2,40,真核生物翻譯起始過程： 1、核蛋白體大小亞基分離 起始因子eIF-2B、eIF-3與核蛋白體小亞基結(jié)合，在eIF-6參與下， 促進(jìn)80S核蛋白體解離成大、小亞基。,40S,60S,eIF-2B,

13、eIF-3,eIF-6,2020/8/2,41,40S,eIF-3,Met-tRNAi Met-eIF-2-GTP,2、起始氨基酰-tRNA結(jié)合 起始Met-tRNAi和結(jié)合GTP的eIF-2共同結(jié)合于小亞基的P位的起始點(diǎn)位置上。,2020/8/2,42,3、mRNA在核蛋白體上準(zhǔn)確就位 真核生物的mRNA不含類似的原核的S-D序列，真核mRNA在核蛋白體小亞基上就位，涉及多種蛋白因子形成的復(fù)合物。首先在帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物（包括eIF-4E、eIF-4G、 eIF-4A）作用下，該復(fù)合物通過eIF-4E結(jié)合mRNA5帽子。然后在polyA結(jié)合蛋白輔助下結(jié)合3polyA尾。最后在eIF-4F復(fù)合

14、物的輔助下，從mRNA的5端掃描，直到起始密碼子AUG與甲硫氨酰-tRNA的反密碼配對(duì)，mRNA最終在小亞基上定位。（該過程耗能）,ATP,ADP + pi,eIF-4E，eIF-4G，eIF-4A， eIF-4B，PAB,2020/8/2,43,4、核蛋白體的大小亞基結(jié)合 已經(jīng)結(jié)合了mRNA、Met-tRNAi的小亞基與大亞基結(jié)合，形成翻譯起始復(fù)合物。同時(shí)，在eIF-5作用下水解GTP，促進(jìn)各種eIF從核蛋白體釋放。,eIF-5,各種起始因子釋放,GDP + pi,2020/8/2,44,原核與真核起始因子的作用比較,生成起始復(fù)合物,IF,eIF,大小亞基分離 IF3 (IF1) eIF3,

15、NA-NA eIF3, eIF1 mRNA進(jìn)入小亞基 NA-蛋白質(zhì) eIF4A eIF4B 辨認(rèn)結(jié)合 CBP1 eIF4E(CBP2),起始tRNA進(jìn)入P位 IF2 GTP (IF1) eIF2 eIF3 eIF4c co-eIF2-GTP,大亞基結(jié)合 各種IF脫落,GTP水解 eIF5 eIF4D,2020/8/2,45,二、延長(zhǎng)階段,肽鏈延長(zhǎng) = 核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle) 該階段核心是形成肽鍵,將單個(gè)氨基酸連接成多肽鏈.整個(gè)反應(yīng)都在核蛋白體上完成.,需要的蛋白質(zhì)因子延長(zhǎng)因子(EF),原核與真核生物延長(zhǎng)因子的種類和作用,原核生物,真核生物,功 能,EFTu EF1 -)

16、 協(xié)助氨基酰-tRNA進(jìn)入A位; EFTs 結(jié)合GTP,EFG EF2 - 轉(zhuǎn)位酶，協(xié)助mRNA前移, A位P位;游離tRNA釋放,2020/8/2,47,延長(zhǎng)三步曲,進(jìn)位(entrance)或注冊(cè)(registration) : 氨基酰-tRNA按mRNA密碼的指導(dǎo)進(jìn) 入A位,EFT協(xié)助,成肽(peptide bond formation):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(duì)移動(dòng)。反應(yīng) 由轉(zhuǎn)位酶催化,2020/8/2,48,（一）進(jìn)位 進(jìn)位又稱注冊(cè)，即是根據(jù)mRNA下一組 遺傳密碼指導(dǎo)，使相

17、應(yīng)的氨基酰-tRNA進(jìn)入 核蛋白體的位。該過程需要延長(zhǎng)因子EF-T 參與。,2020/8/2,49,P,A,P,A,U,G,A,GTP,延長(zhǎng)因子EF-T,A,U,G,2020/8/2,50,（二）成肽 成肽是在轉(zhuǎn)肽酶的催化下形成肽鍵的過程。 轉(zhuǎn)肽酶是由數(shù)種大亞基蛋白組成的。,A,P,P,A,A,U,G,A,U,G,2020/8/2,51,（三）轉(zhuǎn)位,AUG,P,A,延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性,GTP,2020/8/2,52,EFTu和EFTs,為延長(zhǎng)因子T的2個(gè)亞基,在肽鏈延長(zhǎng)時(shí)的程序:,Pi + Tu-GDP + AA-tRNA-mRNA,2020/8/2,53,轉(zhuǎn)肽酶,是核蛋白體大亞基上

18、的核酶,在成肽結(jié)束前P位上空載的tRNA從核蛋白體脫落,肽鏈合成的方向: NC,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3-OH形成酯鍵,2020/8/2,54,三、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,RF的作用,辨認(rèn)終止密碼;促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3-OH 酯鍵斷裂，釋放肽鏈?，F(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

19、體上釋放出來,2020/8/2,56,終止過程,1. 核蛋白體A位出現(xiàn)終止密碼, RF-1 和 RF2 去 識(shí)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3-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(jì)每生成一個(gè)肽鍵要消耗5個(gè)高能磷酸鍵,2020/8/2,57,P,U,A,A,RF-1、RF-2,RF,A,GTP,GDP + pi,RF,GTP,2020/8/2,58,真核生物與原核生物翻譯過程的區(qū)別

20、 1、翻譯起始： 2、肽鏈延長(zhǎng)：延長(zhǎng)因子體系不同 原核生物的延長(zhǎng)因子是：EF-Tu；EF-Ts；EF-G 真核生物的延長(zhǎng)因子是：EF1；EF1；EF1；EF-2 3、翻譯終止：真核生物只有一種釋放因子，有GTP酶的活性，能類似原核生物3種釋放因子促進(jìn)肽鏈合成終止。,2020/8/2,59,蛋白質(zhì)合成小結(jié)： 1、參與物質(zhì)：mRNA 、tRNA、核蛋白體，氨基酰-tRNA 合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、各種蛋白因子 2、合成過程： 起始：形成翻譯起始復(fù)合物（核蛋白體、mRNA 、 fMet-tRNAifMet、起始因子） 延長(zhǎng)：核蛋白體循環(huán)：進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位 終止： 3、耗能：合成一分子的氨基酸殘基需要消耗4個(gè)

21、ATP 4、肽鏈的合成方向：N端 C端,2020/8/2,60,第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成后修飾加工Posttranslational Processing and Modification,剛合成的蛋白質(zhì)往往需要加工修飾才會(huì)有功能,翻譯后修飾加工方式很多,可分為三方面:,1. 一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾: 多肽鏈長(zhǎng)短、氨基酸殘基,2. 高級(jí)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,2020/8/2,61,一級(jí)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(jí)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,細(xì)菌蛋白質(zhì)的跨膜分泌,真核生物蛋白質(zhì)的分泌,2020/8/2,64,第四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)Protein Pynthesi