生物化学翻译ppt课件

目目 录录目目 录录l蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，经种核苷酸序列编码的遗传信息，经过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级构造中构造中20种氨基酸的陈列顺序种氨基酸的陈列顺序。核苷酸三联体决议核苷酸三联体决议氨基酸的对应关系氨基酸的对应关系l第一节第一节 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系l第二节第二节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程l第三节第三节 蛋白质合成后加工和保送蛋白质合成后加工和保送l第四节第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制目目 录录第第 一一 节节 目目 录录l20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子 如如IF、eIF lATP、GTPl 三种三种RNAlmRNAmessenger RNAlrRNAribosomal RNAltRNAtransfer RNA目目 录录l mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者n遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。n原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单原核细胞中数个构造基因常串联为一个转录单位，转录生成的位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子蛋白质，为多顺反子(polycistron)mRNA。n真核一个真核一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反只编码一种蛋白质，为单顺反子子(single cistron)mRNA。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP53蛋白质蛋白质PPPmG-53蛋白质蛋白质目目 录录l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5至至3方向，由方向，由AUG开场，每开场，每3个核苷酸为一组，决议肽链上某个核苷酸为一组，决议肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码称为三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden):AUG 终止密码终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA 目目 录录从从mRNA 5端起始密码子端起始密码子AUG到到3端终端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码延续陈列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅延续陈列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架读框架(open reading frame,ORF)。目目 录录l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。目目 录录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，能够导致框移突基发生插入或缺失，能够导致框移突变变(frameshift mutation)。Tyr Gly Ser ArgPro Thr Asp遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其他氨基酸有仅有一个密码子外，其他氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。目目 录录 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。少数例外，如动物细胞的线粒体、植物少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。细胞的叶绿体。目目 录录转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码需求经过的反密码需求经过碱基互补与碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码反向配对上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严厉遵守常见结合，但反密码与密码间不严厉遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。的碱基配对规律，称为摆动配对。U摆动配对摆动配对目目 录录tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG目目 录录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂目目 录录氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶一氨基酰一氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第一步反响第一步反响氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-E PPi PPi 第二步反响第二步反响氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA AMPAMP E E目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity)。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：lAla-tRNAAla lSer-tRNASerlMet-tRNAMet 目目 录录真核生物：真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物：原核生物：fMet-tRNAifMet(N-formyl methionine)二起始肽链合成的氨基酰二起始肽链合成的氨基酰-tRNA目目 录录 第第 二二 节节 目目 录录l翻译的起始翻译的起始(initiation)l翻译的延伸翻译的延伸(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为：目目 录录指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别分别与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物与核蛋白体结合而构成翻译起始复合物(translational initiation complex)。原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5帽子帽子eIF-4E结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结结合小亚基合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2真核真核生物生物促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合EIF-2占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5帽子帽子eIF-4E结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结结合小亚基合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2真核真核生物生物促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合EIF-2占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子e目目 录录l1.1.核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；l2.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l3.3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合；l4.4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分别核蛋白体大小亚基分别A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到结合到小亚基小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物构成核蛋白体大亚基结合，起始复合物构成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录l核蛋白体大小亚基分别；核蛋白体大小亚基分别；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；lmRNAmRNA在核蛋白体小亚基准确就位；在核蛋白体小亚基准确就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。mRNAGDP+PielF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物构成过程复合物构成过程目目 录录指根据指根据mRNAmRNA密码序列的指点，次序添加密码序列的指点，次序添加氨基酸从氨基酸从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。又称为核蛋白体循环的过程。又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)l包括以下三步：包括以下三步：l进位进位(entrance)l成肽成肽(peptide bond formation)l转位转位(translocation)目目 录录l延伸过程所需蛋白因子称为延伸因子延伸过程所需蛋白因子称为延伸因子(elongation factor,EF)(elongation factor,EF)l原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-T(EF-Tu,EF-Ts)lEF-GEF-Gl真核生物：真核生物：EF-1 EF-1、EF-2 EF-2 目目 录录原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延伸因子肽链合成的延伸因子 一进位一进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指点，一组遗传密码指点，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。延伸因子延伸因子EF-T催化催化进位原核生物进位原核生物 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键构成过程。构成过程。延伸因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧挪动 。fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽目目 录录当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰停顿，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核蛋白体等分别，这些过程称为肽链合成终止。蛋白体等分别，这些过程称为肽链合成终止。目目 录录终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)一是识别终止密码，如一是识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。上释放。释放因子的功能释放因子的功能:原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53COO-使蛋白质合成高使蛋白质合成高速、高效进展。速、高效进展。电镜下的多聚核蛋白表达象电镜下的多聚核蛋白表达象目目 录录第第 三三 节节目目 录录一、多肽链折叠为天然三维构造一、多肽链折叠为天然三维构造 二、肽链一级构造的修饰二、肽链一级构造的修饰三、空间构造的修饰三、空间构造的修饰 目目 录录l新生肽链新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开场。折叠即开场。l普通以为，多肽链本身氨基酸顺序储存着普通以为，多肽链本身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级构造是空间构蛋白质折叠的信息，即一级构造是空间构象的根底。象的根底。目目 录录1.分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)2.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)目目 录录 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(heat shock protein,HSP)是指细胞在应激原特别是环境高温是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的诱导下所生成的 一组蛋白质。一组蛋白质。HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GrpEGrpE族族 2)2)伴侣素伴侣素(chaperonins)(chaperonins)具有独特的双层具有独特的双层7-9 7-9 元环状构造的寡聚蛋白元环状构造的寡聚蛋白,它们以依赖它们以依赖ATP ATP 的方式促进体内正常和应急条件的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。下的蛋白质折叠。GroELGroEL和和GroESGroES家族家族1.分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象并与之结合，协助多肽在体内折叠、组装、非天然构象并与之结合，协助多肽在体内折叠、组装、转运或降解等，完胜利能后与之分别，不构成这些蛋白转运或降解等，完胜利能后与之分别，不构成这些蛋白质执行功能时的组份。质执行功能时的组份。HSP促进蛋白质折叠根本作用促进蛋白质折叠根本作用结合维护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合维护待折叠多肽片段，再释放该片段进展折叠，构成展折叠，构成HSP70和多肽片段依次结合、和多肽片段依次结合、解离的循环。解离的循环。HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进展正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进展正确折叠 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠构成天然空间为非自发性折叠蛋白质提供能折叠构成天然空间构象的微环境。构象的微环境。2、蛋白二硫键异构酶、蛋白二硫键异构酶 二硫键异构酶可催化错配二硫键断裂二硫键异构酶可催化错配二硫键断裂并构成正确二硫键衔接，最终使蛋白质构并构成正确二硫键衔接，最终使蛋白质构成热力学最稳定的天然构象。成热力学最稳定的天然构象。3、肽、肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间的肽键有顺反两种异脯氨酸间的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。构体，空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。目目 录录一肽链一肽链N端的修饰端的修饰二个别氨基酸的修饰二个别氨基酸的修饰三多肽链的水解修饰三多肽链的水解修饰目目 录录NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin目目 录录一亚基聚合一亚基聚合 二辅基衔接二辅基衔接三疏水脂链的共价衔接三疏水脂链的共价衔接 目目 录录蛋白质合成后经过复杂机制，定向保蛋白质合成后经过复杂机制，定向保送到最终发扬生物功能的细胞靶部位的送到最终发扬生物功能的细胞靶部位的过程称为蛋白质的靶向保送。过程称为蛋白质的靶向保送。蛋白质的靶向保送蛋白质的靶向保送(protein targeting)(protein targeting)目目 录录一切靶向保送的蛋白质构造中存在分选信一切靶向保送的蛋白质构造中存在分选信号，主要为号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列信号序列。信号序列信号序列(signal sequence)目目 录录靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向保送蛋白的信号序列或成分靶向保送蛋白的信号序列或成分 目目 录录真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向保送过程首先要进入内质网。保送过程首先要进入内质网。信号肽信号肽(signal peptide)新生分泌蛋白新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列端的保守氨基酸序列称信号肽。称信号肽。信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 目目 录录第第 四四 节节目目 录录l抗生素抗生素(antibiotics)l是微生物产生的可以杀灭或抑制细菌是微生物产生的可以杀灭或抑制细菌的一类药物。的一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物l指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：长的药物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传送过程。某些毒素也作用于基因信息传送过程。抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮目目 录录l毒素毒素(toxin)l干扰素干扰素(interferon)目目 录录NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素有活性有活性OCH2OOHOHADP无活性无活性目目 录录干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P失活失活Pi磷酸酶磷酸酶目目 录录降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化