蛋白质合成和转运培训课件

蛋白质合成和转运7/22/20242蛋白质合成和转运将将mRNAmRNA中核苷酸顺序转变为蛋白质分子中氨基酸顺序的过程，中核苷酸顺序转变为蛋白质分子中氨基酸顺序的过程，即将即将mRNAmRNA中中4 4种核苷酸的语言解读为蛋白质中种核苷酸的语言解读为蛋白质中2020种氨基酸的语种氨基酸的语言言翻译翻译（TranslationTranslation）蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成：以以mRNAmRNA为模板合成蛋白质的过程为模板合成蛋白质的过程7/22/20243蛋白质合成和转运一、蛋白质合成的分子体系一、蛋白质合成的分子体系(一一)mRNAmRNA：蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板辨认起始密码子辨认起始密码子(AUG)(AUG)：翻译（蛋白质合成）起始的必须步骤翻译（蛋白质合成）起始的必须步骤确定阅读框架确定阅读框架按照不重叠的三联体密码子按照不重叠的三联体密码子翻译翻译产生对应的产生对应的AAAA并形成肽键并形成肽键终止密码子，终止密码子，合成结束，肽链释放合成结束，肽链释放（终止密码连续出现（终止密码连续出现2 23 3个）个）53AUGUAA、UGA、UAG编码区3端非编码区5端非编码区7/22/20244蛋白质合成和转运 mRNAmRNA分子中每三个相邻碱基组成一个密码子分子中每三个相邻碱基组成一个密码子 真核生物真核生物mRNAmRNA的成熟需要经过剪切修饰，只编的成熟需要经过剪切修饰，只编码一条肽链，转录和翻译发生在不同的空间和时码一条肽链，转录和翻译发生在不同的空间和时间间原核生物原核生物mRNAmRNA转录和翻译几乎同时进行，可以编转录和翻译几乎同时进行，可以编码多条肽链码多条肽链mRNAmRNA：蛋白质合成的模板：蛋白质合成的模板7/22/20245蛋白质合成和转运1 1、引导氨基酸进入核糖体、引导氨基酸进入核糖体2 2、将、将mRNAmRNA的碱基序列翻译为氨基酸序列的碱基序列翻译为氨基酸序列3 3、tRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA的密码子碱基互补的密码子碱基互补（二）（二）tRNAtRNA：转运活化的转运活化的AAAA至至mRNAmRNA模板模板7/22/20246蛋白质合成和转运70709090个核苷酸，分子较小个核苷酸，分子较小三叶草形结构三叶草形结构1 1）含稀有碱基）含稀有碱基2 2）反密码环有三个反密码子）反密码环有三个反密码子3 3）氨基酸臂有）氨基酸臂有CCACCA结构结构 一种一种tRNAtRNA只与一种只与一种AAAA结合结合 一种一种AAAA可与几种可与几种tRNAtRNA结合结合 tRNA tRNA约约5050余种余种 密码子第三位核苷酸摆动密码子第三位核苷酸摆动 配对配对tRNAtRNA的关键部位：的关键部位：N 氨基酸臂：氨基酸臂：AAAA结合部位结合部位N 反密码环：反密码环：mRNAmRNA结合部位结合部位7/22/20247蛋白质合成和转运7/22/20248蛋白质合成和转运核糖体：核糖体：无界膜，颗粒状，无界膜，颗粒状，大、小亚基组成大、小亚基组成亚基：亚基：含不同的含不同的PrPr、rRNArRNA，原核和真核生物不同原核和真核生物不同 1.1.核糖体的组成核糖体的组成(三三)核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体是蛋白质合成的工厂7/22/20249蛋白质合成和转运多聚核糖体多聚核糖体（polgsomepolgsome）mRNAmRNA和多个核蛋白体的聚合物，一般间隔和多个核蛋白体的聚合物，一般间隔4040个核苷酸结合一个核苷酸结合一个核糖体。个核糖体。（一个（一个mRNAmRNA分子同时有多个核蛋白体在进行蛋白质的合成）分子同时有多个核蛋白体在进行蛋白质的合成）7/22/202410蛋白质合成和转运原核生物的原核生物的转录翻译同转录翻译同步进行步进行多聚核糖体的电镜照片多聚核糖体的电镜照片7/22/202411蛋白质合成和转运rRNArRNA与蛋白质构成核糖体与蛋白质构成核糖体 细菌核糖体：细菌核糖体：3 3种种rRNArRNA、5757个个PrPr，Mw 270Mw 270万万 真核生物核糖体：真核生物核糖体：4 4种种rRNArRNA、约、约8282个个PrPr，Mw 420Mw 420万万原核生物原核生物真核生物真核生物小小亚亚基基rRNArRNA蛋白质蛋白质16S-rRNA16S-rRNA2121种种18S-rRNA18S-rRNA3333种种大大亚亚基基rRNArRNA蛋白质蛋白质5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA23S-rRNA3434种种5S-rRNA5S-rRNA28S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5.8S-rRNA4949种种7/22/202412蛋白质合成和转运原核生物5S rRNA可与tRNA互补，与23S rRNA互补16S rRNA的3端ACCUCCUUA与mRNA的SD序列互补，翻译起始定位；与23S rRNA互补，大小亚基结合23S rRNA与起始tRNA互补7/22/202413蛋白质合成和转运2 2、核糖体的结构与功能、核糖体的结构与功能1 1、P P位点（肽酰基位点）位点（肽酰基位点）结合肽基结合肽基-tRNA-tRNA的位点的位点2 2、A A位点（氨酰基位点）位点（氨酰基位点）结合氨基酰结合氨基酰-tRNA-tRNA的位点的位点3 3、转肽酶活性、转肽酶活性 催化肽键的形成催化肽键的形成4 4、识别、识别mRNAmRNA的位点的位点 小亚基上，可容纳小亚基上，可容纳2 2个密码个密码7/22/202414蛋白质合成和转运3 3、核糖体存在场所、核糖体存在场所z 粗面内质网（主要）粗面内质网（主要）z 细胞质细胞质z 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体z 细菌细胞：约细菌细胞：约2020，000000个核糖体个核糖体z 真核细胞：真核细胞：10106 6个个z 未成熟蟾蜍卵细胞：未成熟蟾蜍卵细胞：10101212个个7/22/202415蛋白质合成和转运密码子的特点连续性：两个密码之间没有任何碱基隔开。简并性：64个密码子对应20个氨基酸，同一种氨基酸有两个或多个密码子的现象为密码子的简并性。变偶性：专一性取决于头两个碱基，tRNA上的反密码子与mRNA密码子匹配时，第一二碱基严格配对，第三碱基可以变动。反密码子第一位可为I，可识别更多简并密码子。这样32种tRNA即可识别61个编码氨基酸的密码子。通用性：共用一套遗传密码。线粒体编码方式有所不同。4种碱基，编码20个氨基酸7/22/202416蛋白质合成和转运5 5个阶段个阶段合成方向：合成方向：NCNC端端翻译方向：翻译方向：5353二、翻译的步骤二、翻译的步骤7/22/202417蛋白质合成和转运在核糖体上进行，且是一个循环过程，因此也成为核糖体核糖体循环循环。7/22/202418蛋白质合成和转运（一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化1 1、氨基酰、氨基酰-tRNAtRNA合成酶：合成酶：使使AAAA结合到特定的结合到特定的tRNAtRNA上上 AA AA活化（能量）活化（能量）tRNA tRNA携带携带AAAA到到mRNAmRNA指定部位（专一性）指定部位（专一性）7/22/202419蛋白质合成和转运2 2、每个氨酰、每个氨酰-tRNAtRNA合成酶可识别一个特定的合成酶可识别一个特定的AAAA和与和与此此AAAA对应的多个对应的多个tRNAtRNA的特定部位的特定部位 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶具有校对功能，如果产物不对应，合成酶具有校对功能，如果产物不对应，则启动校对活性，水解非正确组合的氨基酸和则启动校对活性，水解非正确组合的氨基酸和tRNAtRNA之间形成的共价联系。之间形成的共价联系。7/22/202420蛋白质合成和转运原核生物能将原核生物能将tRNAtRNAi iMetMet的氨基酸甲酰化的氨基酸甲酰化（二）起始阶段（二）起始阶段1 1、所有蛋白质翻译起始为甲硫氨酸、所有蛋白质翻译起始为甲硫氨酸一个特殊的一个特殊的tRNAtRNA启动了蛋白质的合成启动了蛋白质的合成 7/22/202421蛋白质合成和转运1 1）转运）转运MetMet的的tRNAtRNA：2 2种种（1 1）tRNAtRNAi iMetMet（原核：（原核：tRNAtRNAi ifMetfMet）：）：被起始因子识别，与起始密码被起始因子识别，与起始密码AUGAUG配对，在肽链配对，在肽链N N端端掺入掺入MetMet，启动蛋白质合成启动蛋白质合成 （2 2）tRNAtRNAMetMet：被延伸因子识别，与被延伸因子识别，与mRNAmRNA之间之间AUGAUG配对，掺配对，掺入入MetMet（延伸）（延伸）2 2）MetMet的活化产物的活化产物（1 1）起始位置：）起始位置：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet 原核：原核：fMet-tRNAfMet-tRNAMetMet（2 2）中间位置：）中间位置：Met-tRNAMet-tRNAMetMet7/22/202422蛋白质合成和转运2 2、翻译开始于、翻译开始于mRNAmRNA与核糖体的结合与核糖体的结合 原核生物的原核生物的mRNAmRNA存在富含嘌呤碱基的存在富含嘌呤碱基的SDSD序列序列 核糖体小亚基上的核糖体小亚基上的16S rRNA316S rRNA3端的富含嘧啶序列可与端的富含嘧啶序列可与SDSD序序列列 配对结合配对结合7/22/202423蛋白质合成和转运形成起始复合体形成起始复合体原核生物原核生物 起始因子起始因子IF-3IF-3、IF-1IF-1结合于小亚基结合于小亚基 （IF-3IF-3：促进上一轮蛋白质合成的核糖：促进上一轮蛋白质合成的核糖 体大小亚基解聚）体大小亚基解聚）小亚基小亚基16S rRNA16S rRNA序列与序列与mRNAmRNA的的SDSD序列互补配对使序列互补配对使 小亚基结合于小亚基结合于SDSD序列（真核生物无序列（真核生物无SDSD序列）序列）fMet-tRNA fMet-tRNAfMetfMet与起始密码与起始密码AUGAUG配对结合，与配对结合，与GTPGTP结合结合 的起始因子的起始因子IF-2IF-2同时结合同时结合,形成五元起始复合物形成五元起始复合物 GTP GTP水解释放能量，促使大亚基结合成完水解释放能量，促使大亚基结合成完 整的核糖体整的核糖体,IF-1,IF-1、IF-2IF-2、IF-3IF-3脱离复合体脱离复合体 mRNA mRNA、fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet和核糖体构成三元起始复合物和核糖体构成三元起始复合物7/22/202424蛋白质合成和转运真核生物起始阶段与原核生物的不同点真核生物起始阶段与原核生物的不同点 无无SDSD序列，但有序列，但有55帽子、帽子、3polyA3polyA尾巴尾巴 帽子结合蛋白帽子结合蛋白促使小亚基与促使小亚基与mRNAmRNA结合结合 起始因子起始因子eIFeIF，有，有1010种以上种以上 小亚基先与小亚基先与Met-tRNAMet-tRNAMetMet结合，再与结合，再与mRNAmRNA的的AUGAUG结合结合 （与原核相反）（与原核相反）注意：注意：启动过程消耗启动过程消耗GTPGTP 复合体含复合体含3 3种种RNARNA、蛋白质和、蛋白质和MetMet，无无DNADNA7/22/202425蛋白质合成和转运（三）在肽链延长过程中有（三）在肽链延长过程中有3 3个重复的延伸反应个重复的延伸反应 注册注册成肽成肽转位转位7/22/202426蛋白质合成和转运核糖体的四个活性部位转肽酶中心-E位7/22/202427蛋白质合成和转运核糖核蛋白体循环核糖核蛋白体循环注册注册7/22/202428蛋白质合成和转运核糖核蛋白体循环核糖核蛋白体循环成肽成肽7/22/202429蛋白质合成和转运核糖核蛋白体循环核糖核蛋白体循环转位转位7/22/202430蛋白质合成和转运RRF7/22/202432蛋白质合成和转运（一）肽链的翻译后的加工修饰：（一）肽链的翻译后的加工修饰：一级结构的修饰、多肽链的一级结构的修饰、多肽链的折叠、三维结构的修饰等折叠、三维结构的修饰等1.1.肽链的肽链的N N端切割：端切割：z 去除去除N N端端fMetfMet残基残基四、肽链翻译后的加工修饰与转运四、肽链翻译后的加工修饰与转运7/22/202433蛋白质合成和转运信号肽及部分肽段的切除信号肽及部分肽段的切除z 蛋白质完成跨膜运输，信号肽酶蛋白质完成跨膜运输，信号肽酶切除信号肽切除信号肽z 往往还含有一段与活性无关的往往还含有一段与活性无关的其他肽段其他肽段，切除切除后才能形后才能形 成有活性的蛋白质成有活性的蛋白质7/22/202434蛋白质合成和转运2.2.个别氨基酸的共价修饰个别氨基酸的共价修饰z 二硫键的形成：二硫键的形成：2 2个个Cys-SHCys-SH间脱氢氧化间脱氢氧化z 辅助因子的连接：辅助因子的连接：与糖、脂类、血红素等结合形成结合蛋白质与糖、脂类、血红素等结合形成结合蛋白质z 亚基聚合：亚基聚合：HbHb的的4 4个亚基聚合成四级结构个亚基聚合成四级结构z 个别氨基酸的化学修饰个别氨基酸的化学修饰编码氨基酸：编码氨基酸：2020种；蛋白质种；蛋白质AAAA：100100种种编码编码AAAA化学修饰化学修饰7/22/202435蛋白质合成和转运磷酸化磷酸化：SerSer、ThrThr、TyrTyr羟基化羟基化：ProPro、LysLys酰基化酰基化：HisHis甲基化甲基化：TrpTrp核糖基化核糖基化：ArgArg7/22/202436蛋白质合成和转运蛋白质的生物活性：蛋白质的生物活性：氨基酸顺序，空间结构氨基酸顺序，空间结构新生肽链：新生肽链：必须经过严格而复杂的折叠，才能形成正确空间结必须经过严格而复杂的折叠，才能形成正确空间结 构、活性构、活性蛋白质蛋白质多肽链的氨基酸顺序如何决定蛋白质的空间结构多肽链的氨基酸顺序如何决定蛋白质的空间结构 第二遗传密码？第二遗传密码？3.3.肽链的折叠肽链的折叠7/22/202437蛋白质合成和转运新生肽链折叠：新生肽链折叠：分子伴侣、折叠酶分子伴侣、折叠酶分子伴侣（分子伴侣（Molecular chaperoneMolecular chaperone）帮助新生肽链进行非共价折叠的一类蛋白质帮助新生肽链进行非共价折叠的一类蛋白质热休克蛋白、伴侣素等热休克蛋白、伴侣素等折叠酶（折叠酶（FoldaseFoldase）类）类催化与折叠有关的化学反应的酶催化与折叠有关的化学反应的酶目前已知：目前已知：2 2个个二硫键异构酶（二硫键异构酶（PDIPDI）、脯氨酸异构酶（）、脯氨酸异构酶（PPIPPI）7/22/202438蛋白质合成和转运分子伴侣帮助新生肽链的正确折叠分子伴侣帮助新生肽链的正确折叠7/22/202439蛋白质合成和转运蛋白质的合成部位：蛋白质的合成部位：核糖体核糖体合成后的去向合成后的去向1）保留在胞浆）保留在胞浆2）进入细胞核、线粒体或其它细胞器）进入细胞核、线粒体或其它细胞器3）分泌至体液（胞外）分泌至体液（胞外）运输到靶器官和靶细胞运输到靶器官和靶细胞靶向运输（靶向运输（Protein targeting）蛋白质合成后，定向到达其执行功能的目标地点蛋白质合成后，定向到达其执行功能的目标地点跨膜运输：跨膜运输：蛋白质运输需通过膜性结构蛋白质运输需通过膜性结构（二）肽链翻译后的转运（二）肽链翻译后的转运7/22/202440蛋白质合成和转运蛋白质通过其信号肽引导到目的地蛋白质通过其信号肽引导到目的地 氨基端碱性区氨基端碱性区中部疏水核心区中部疏水核心区羧基端加工区羧基端加工区 信号肽（信号肽（signal peptidesignal peptide）：）：每个需要转运的肽链都含有一段特异性的氨基酸序列，引导该每个需要转运的肽链都含有一段特异性的氨基酸序列，引导该肽链被输送到不同转运系统中。这一段氨基酸序列称信号肽。肽链被输送到不同转运系统中。这一段氨基酸序列称信号肽。7/22/202441蛋白质合成和转运 10 104040个个AAAA残基组成；三个区段残基组成；三个区段信号肽的共同结构信号肽的共同结构1 1）N N端带正电荷的氨基酸端带正电荷的氨基酸：LysLys、ArgArg等碱性等碱性AAAA2 2）中间）中间：10101515或更多的疏水或更多的疏水AAAA区段：区段：LeuLeu、IleIle等等 利于分泌性蛋白进入膜结构利于分泌性蛋白进入膜结构3 3）C C端能被信号肽酶裂解的部位端能被信号肽酶裂解的部位：AlaAla、GlyGly、SerSer、CysCys；跨膜运输完成，信号肽酶识别并切割信号肽跨膜运输完成，信号肽酶识别并切割信号肽7/22/202442蛋白质合成和转运游离核糖体：只合成线粒体或叶绿体的蛋白质游离核糖体：只合成线粒体或叶绿体的蛋白质粗面内质网结合的核糖体：溶酶体蛋白，分泌蛋白质和粗面内质网结合的核糖体：溶酶体蛋白，分泌蛋白质和构成质膜骨架的蛋白质构成质膜骨架的蛋白质7/22/202443蛋白质合成和转运1 1）蛋白质在核糖体合成，首先合成出信号肽）蛋白质在核糖体合成，首先合成出信号肽2 2）信号肽被信号识别体（）信号肽被信号识别体（SRPSRP）蛋白结合，肽链延伸停止）蛋白结合，肽链延伸停止3 3）SRPSRP与内质网膜与内质网膜SRPSRP受体结合，核糖体与膜上核糖体受体结合受体结合，核糖体与膜上核糖体受体结合4 4）SRPSRP释放释放5 5）肽链延长重新开始，完成蛋白质合成）肽链延长重新开始，完成蛋白质合成6 6）信号肽酶切除信号肽，蛋白质释放入内质网腔内）信号肽酶切除信号肽，蛋白质释放入内质网腔内蛋白质靶向蛋白质靶向运输到内质网运输到内质网7/22/202444蛋白质合成和转运 内质网合成的肽链经过修饰加工，内质网合成的肽链经过修饰加工，转运至高尔基体，进行多肽的糖基转运至高尔基体，进行多肽的糖基化修饰及多肽的分类、转运化修饰及多肽的分类、转运 在高尔基体中，对糖蛋白的寡在高尔基体中，对糖蛋白的寡糖链进行修饰和调整，将各种多肽糖链进行修饰和调整，将各种多肽分类送往溶酶体、分泌粒和质膜等分类送往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地。目的地。7/22/202445蛋白质合成和转运