第12章3節(jié)肽鏈的生物合成過程.ppt

1、大理學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 林春榕,肽鏈的生物合成過程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain,本節(jié)重要知識(shí)點(diǎn),原核生物肽鏈合成基本過程； 70S起始復(fù)合物的組成； 參與原核生物肽鏈合成的主要蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能。,蛋白質(zhì)生物合成 (protein biosynthesis),以氨基酸為原料； 以mRNA為模板； 以tRNA為運(yùn)載工具； 以核糖體為合成場所； 起始、延長、終止各階段蛋白因子參與合成蛋白質(zhì)的過程。,氨基酸的活化 肽鏈的生物合成 肽鏈形成后的加工和靶向輸送,反應(yīng)過程,翻譯時(shí)，從mRNA的起始密碼子AUG開始，按53方向逐一讀碼，直至終止密碼子

2、。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從N-端C-端延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸。,肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié),起始(initiation) 延長(elongation) 終止(termination ),整個(gè)過程可分為 ：,原核生物的肽鏈合成過程,翻譯過程從閱讀框架的5-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。,（一）起始(initiation),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)合物的過程。,1. 核蛋白體大小亞基分離； 2. mRNA在小亞基定位結(jié)合； 3. 起始氨基酰-tRNA的結(jié)合； 4. 核蛋

3、白體大亞基結(jié)合。,IF-3,IF-1,1.核蛋白體大小亞基分離,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亞基定位結(jié)合,原核生物mRNA在核蛋白體小亞基上的準(zhǔn)確定位和結(jié)合涉及兩種機(jī)制：,S-D序列，又稱核糖體結(jié)合位點(diǎn)(ribosomal binding site, RBS); mRNA序列上緊接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1識(shí)別并結(jié)合。 通過RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)相互作用，mRNA序列上的起始AUG即可在核糖體小亞基上準(zhǔn)確定位而形成復(fù)合體。,S-D序列,在各種mRNA起始AUG上游約813核苷酸部位，存在一段由49個(gè)核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGG

4、AGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)(ribosomal binding site, RBS)。一條多順反子mRNA序列上的每個(gè)基因編碼序列均擁有各自的S-D序列和起始AUG。,S-D序列,小亞基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶堿基的短序列，如-UCCUCC-，通過與S-D序列堿基互補(bǔ)而使mRNA與小亞基結(jié)合。,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )結(jié)合到小亞基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi

5、,起始復(fù)合物形成過程,翻譯起始復(fù)合物的組分,70S完整核糖體 mRNA fMet-tRNAfMet,起始因子的功能,IF1-占據(jù)A位，防止結(jié)合其他的氨基酰tRNA; IF2-促進(jìn)起始fMet-tRNAfMet與小亞基的結(jié)合； IF3-促進(jìn)大、小亞基分離，提高P位對結(jié)合fMet-tRNAfMet的敏感性。,指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。,1. 進(jìn)位(positioning)/注冊(registration) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 轉(zhuǎn)位(translocation),（二）延長(elongation),肽鏈延長在核

6、蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以下三步：,每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個(gè)氨基酸殘基。,1. 進(jìn)位(positioning),又稱注冊(registration)， 是指一個(gè)氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核蛋白體A位的過程。,進(jìn)位需要延長因子EF-Tu與EF-Ts參與。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,進(jìn)位的反應(yīng)過程：,2.成肽(peptide bond formation),成肽是在轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨?；螂孽?tRNA的肽?；D(zhuǎn)移到A位并與A

7、位上氨基酰-tRNA的-氨基結(jié)合形成肽鍵的過程。,成肽的反應(yīng)過程,3. 轉(zhuǎn)位(translocation),轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶的催化下，核蛋白體向mRNA的3-端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個(gè)密碼子進(jìn)入核蛋白體的A位、而占據(jù)A位的肽酰-tRNA移入P位的過程。,轉(zhuǎn)位需要延長因子EF-G參與。,EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，釋放的能量促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動(dòng)，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移進(jìn)入核蛋白體P位，而卸載的tRNA則移入E位。,轉(zhuǎn)位(translocation),fMet,fMet,成肽轉(zhuǎn)位下一輪進(jìn)位,肽鏈合成延長

8、(核蛋白體循環(huán))過程,延長因子的功能,EF-Tu-促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTP; EF-Ts-調(diào)節(jié)亞基； EF-G-有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放。,（三）終止(termination ),指核蛋白體A位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。,終止階段需要釋放因子RF-1、 RF-2和 RF-3參與。,原核肽鏈合成終止過程,RF-3可結(jié)合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。,釋放因子的功能：,識(shí)別終止密碼子,

9、RF-1特異識(shí)別UAA、UAG； RF-2特異識(shí)別UAA、UGA。,誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚?催化新生肽鏈與結(jié)合在P位的tRNA之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。,蛋白質(zhì)生物合成的能耗,蛋白質(zhì)生物合成是耗能過程，每增加1個(gè)肽鍵平均需要消耗由GTP或ATP提供的5個(gè)高能磷酸鍵。 具體如下： 活化：1個(gè)ATP（2個(gè)高能磷酸鍵） 進(jìn)位：1個(gè)GTP 移位：1個(gè)GTP 為保持蛋白質(zhì)生物合成的高度保真性，任何步驟出現(xiàn)不正確連接都需要消耗能量而水解清除。,多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成以高速度、高效率進(jìn)行。,（四）多聚核蛋白體(polysome),1條mRNA模板鏈都可附著10100個(gè)核蛋白體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子并沿53方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，這種mRNA