生物化学——第十章-蛋白质的生物合成课件

第十章第十章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 翻翻译译过过程程十十分分复复杂杂，需需要要mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA和和多多种种蛋蛋白白因因子子参参与与。在在此此过过程程中中mRNAmRNA为为合合成成的的模模板板，tRNAtRNA为为运运输输氨氨基基酸酸工工具具，rRNArRNA和和蛋蛋白白质质构构成成核核糖糖体体，是是合合成成蛋蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为白质的场所，蛋白质合成的方向为NCNC端。端。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNA二、t RNA三、核糖体核糖体 蛋白质合成体系蛋白质合成体系一、一、mRNA和和遗传密码遗传密码四、四、辅助因子辅助因子mRNAmRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。m R N Am R N A第一节第一节 遗传密码遗传密码 遗遗传传密密码码:DNA（或或mRNA）中中的的核核苷苷酸酸序序列列与与蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸序序列列之之间间的的对对应应关关系系称称为为遗遗传密码。传密码。密密码码子子(codon)：mRNA上上每每3个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸编编码码蛋蛋白白质质多多肽肽链链中中的的一一个个氨氨基基酸酸，这这三三个个核核苷酸就称为一个苷酸就称为一个密码子密码子或或三联体密码三联体密码。遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5）第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG遗传密码的性质遗传密码的性质3、密码的、密码的简并性简并性与与摆动性摆动性：由一种以上密码子编码同：由一种以上密码子编码同一个一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下同。多数情况下同义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同，义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。1、密码子是近于完全通用的。、密码子是近于完全通用的。2、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。4、64组组密密码码子子中中，AUG既既是是甲甲硫硫氨氨酸酸的的密密码码，又又是是起起始始密密码码；有有三三组组密密码码不不编编码码任任何何氨氨基基酸酸，而而是多肽链合成的终止密码子：是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。核糖体核糖体第二节核第二节核 糖糖 体体 核糖体是由核糖体是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。体上进行的。2、核糖体的功能核糖体的功能1、核糖体的结构和组成核糖体的结构和组成核核糖糖体体的的组组成成原核生物核原核生物核原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成糖体的组成糖体的组成原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图多多多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环合成完毕合成完毕的肽链的肽链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及mRNA结合部位示意图结合部位示意图anticodonanticodonanticodoncodoncodoncodon30S30S与与mRNA结合部位结合部位P P P P位位位位（结合结合或接受肽或接受肽基的部位）基的部位）A A A A位位位位（结合或接结合或接受受AA-tRNAAA-tRNA的的部位）部位）50S50S5 5 3 3 mRNAmRNA真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段阶段阶段阶段原核原核原核原核 真核真核真核真核 功功功功 能能能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3IF3 eIF3 eIF3、eIF4CeIF4C起始起始起始起始CBP I CBP I 与与与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合帽子结合帽子结合 eIF4 A B F eIF4 A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个AUGAUGeIF5 eIF5 协助协助协助协助eIF2 eIF2、eIF3 eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放的释放的释放eIF6 eIF6 协助协助协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu eEF1 eEF1 协助氨酰协助氨酰协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体进入核糖体进入核糖体延长延长延长延长EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 帮助帮助帮助帮助EF-Tu EF-Tu、eEF1 eEF1 周转周转周转周转 EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子移位因子移位因子RF-1RF-1终止终止终止终止 eRF eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2RF-2 t RNA（transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。送到核糖体上提供运送载体。1、tRNA的结构特征的结构特征三叶草型二级结构三叶草型二级结构 第三节第三节 t RNA的功能的功能（1）被特定的氨酰）被特定的氨酰-tRNA合成酶识别，使合成酶识别，使tRNA接受接受 正确的活化氨基酸。正确的活化氨基酸。（2）识别识别mRNA链上的密码子。链上的密码子。（3）在蛋白质合成过程中，）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多起着连结生长的多 肽链与核肽链与核 糖体的作用。糖体的作用。2、tRNA的功能的功能密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密码子密码子1 2 3第四节第四节 蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制一、一、氨基酸的活化二、二、原核生物多肽链的合成过程四、真核生物多肽链的合成三、多核糖体与核糖体循环氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸ATP+ATP+氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E E-AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO-COO-+H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO-COO-Met-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN N1010-甲酰甲酰甲酰甲酰FHFH4 4FHFH4 4转甲酰酶转甲酰酶氨酰氨酰-tRNA合成酶特点合成酶特点 a a、专一性、专一性、专一性、专一性：对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一的酶，只作用于一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-氨基酸。氨基酸。对对t RNA 具有极高专一性。具有极高专一性。b b、校对作用、校对作用、校对作用、校对作用：氨酰氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解错误合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。活化的氨基酸。1、肽链合成的起始肽链合成的起始2、肽链的延长肽链的延长3、肽链合成的终止及释放肽链合成的终止及释放原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程 原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。一、一、肽链合成肽链合成的起始的起始 翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的tRNA和和mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。结合到核糖体上形成起始复合物的过程。大肠杆菌中翻译的起始过程是：大肠杆菌中翻译的起始过程是：1、mRNA在核糖体小亚基上就位在核糖体小亚基上就位 mRNA靠靠S-D序列序列同同16S rRNA的互补及的互补及IF-3的的固定作用和固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基，的帮助，首先进入核糖体小亚基，这时候这时候AUG的位置正好对应于大亚基的的位置正好对应于大亚基的P位。位。fMet-tRNA fMet在核糖体小亚基上就位在核糖体小亚基上就位 在在IF-2和和GTP帮助下，帮助下，fMet-tRNA fMet进入小进入小亚基上与起始密码相应的位置亚基上与起始密码相应的位置，整个过程对，整个过程对fMet-tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰是特异和严格的，其余的氨基酰-tRNA都都不能进入到这个位置上。这步还包括不能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。的脱落。50S大亚基结合到大亚基结合到30S小亚基上形成小亚基上形成70S起始复合起始复合物，物，同时释放出同时释放出IF-2、IF-3，GTP水解成水解成GDP和和Pi，完成起始过程。完成起始过程。肽链合成的起始肽链合成的起始30S亚基亚基 mRNA IF3-IF1复合物复合物30S mRNA GTP-fMet tRNA-IF2-IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物codoncodonanticodonanticodonA A位位位位P P位位位位 mRNA+30S亚基亚基-IF3A A A A位位位位IF-35 5 3 3 IF2GTPP P P P位位位位IF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始复合物复合物 在起始复合物中，核糖体的在起始复合物中，核糖体的P位被位被mRNA上上AUG及其对应的及其对应的fMet-tRNA fMet占据，而占据，而A位则位则空着，有待于对应空着，有待于对应mRNA上第二个密码的相应上第二个密码的相应AA-tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。进入，这时进入肽链的延长阶段。二、肽链的延长二、肽链的延长肽链的延长1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位(TuTsTuTs)GTPGTPGTPGTPN-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3（EF-GEF-G）二、二、肽链的延长肽链的延长 肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位、进位、成肽和移位成肽和移位。真核生物的肽链延长与此类似，真核生物的肽链延长与此类似，eEF-1中的中的eEF-1、eEF-1相当于相当于EF-Tu和和EF-Ts，eEF-2相相当于当于EF-G。进位进位 即新进入的氨基酰即新进入的氨基酰-tRNA根据根据mRNA上密码的上密码的指引，结合到指引，结合到70S核糖体的核糖体的A位。这一步反应需要位。这一步反应需要GTP和延伸因子和延伸因子EF-Tu和和EF-Ts的参与。的参与。TuTs循环循环 成肽成肽 即即P位上的位上的N-甲酰甲硫氨酸的甲酰甲硫氨酸的C=O在肽酰转在肽酰转移酶催化下与移酶催化下与A位上的位上的AA-tRNA的的NH2发生反应，发生反应，这样这样N-甲酰甲硫氨酸在甲酰甲硫氨酸在 A位位 成为二肽，成为二肽，P位留下一位留下一个无负载的个无负载的tRNA。在成肽反应结束后，这个无负。在成肽反应结束后，这个无负载的载的tRNA从核糖体上脱落，使从核糖体上脱落，使P位留空。位留空。肽肽键的形成键的形成 移位移位 指在移位酶指在移位酶(又称为延伸因子又称为延伸因子G，EF-G)催催化及化及GTP存在下，整个核糖体相对于存在下，整个核糖体相对于mRNA从从5向向3方向的移动，移动的长度方向的移动，移动的长度为一个密码子的距离，这时为一个密码子的距离，这时A位的二肽从位的二肽从A位进入位进入P位。位。移位的结果使二肽移位的结果使二肽-tRNA占据了占据了P位，位，A位留空，并位留空，并对应对应mRNA上第三号密码子，为第三号氨基酸按密上第三号密码子，为第三号氨基酸按密码的指引进入码的指引进入A位进位作好了准备。位进位作好了准备。在整个肽链延长过程中，起始的在整个肽链延长过程中，起始的fMet可保留至翻译可保留至翻译终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在新生的肽链里一般并不以甲硫氨酸作为新生的肽链里一般并不以甲硫氨酸作为N-末端。末端。由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读mRNA密码是从密码是从5向向3方向进行，肽链合成是从方向进行，肽链合成是从N-末端向末端向C-末端方向进行。末端方向进行。原核生物原核生物功能功能真核生物真核生物EF-Tu协助氨基酰协助氨基酰-tRNA进进入入A位位eEF-1EF-Ts结合结合GTPeEF-1EF-G转位酶，协助转位酶，协助mRNA前移，由前移，由A位进入位进入P位，释放无负载位，释放无负载tRNAeEF-2翻译延伸因子翻译延伸因子三三 肽链合成的终止肽链合成的终止 肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工的肽酰的肽酰-tRNA上水解释放出来，上水解释放出来，mRNA从核糖体中脱从核糖体中脱离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子RF的参与。的参与。原核生物的原核生物的RF有三种：有三种：RF-1能识别终止密码能识别终止密码UAA和和UAG；RF-2能识别能识别UAA和和UGA；RF-3结合结合GTP，促进，促进RF-1、RF-2对核糖体的结合。对核糖体的结合。真核生物的终止过程仅有一个真核生物的终止过程仅有一个eRF。肽链终止的具体过程：肽链终止的具体过程：当当mRNA的终止密码进入的终止密码进入A位时，因无位时，因无AA-tRNA与之对应，所以由与之对应，所以由RF-1或或RF-2识别终止密码，进入识别终止密码，进入A位。位。RF-3可加强这种作用。可加强这种作用。RF的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯酶活性，将酶活性，将P位上的肽链从位上的肽链从tRNA上水解下来（肽链上水解下来（肽链C端与端与tRNA 3OH酯键的水解）。酯键的水解）。GTP水解为水解为GDP和和Pi，释放的能量使留在核糖体，释放的能量使留在核糖体上的上的 tRNA及各种及各种RF、mRNA脱落下来，最终核糖脱落下来，最终核糖体也分解为大小两个亚基。体也分解为大小两个亚基。p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日