蛋白质的生物合成-专业知识讲解培训课件

蛋白质的生物合成 专业知识讲解翻译过程翻译过程2蛋白质的生物合成 专业知识讲解第一节 遗传密码nmRNA分子上以53方向,从AUG开始每三个连续连续的的核苷酸组成一个密密码码子子,四种碱基可以组成43计64种密码子。这些密码不不仅仅代表了代表了20种氨基酸，种氨基酸，还还决定了翻决定了翻译过译过程的起始与程的起始与终终止位置止位置。每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。n这这种代表种代表遗传遗传信息的三信息的三联联体称体称为为密密码码子，子，或或三三联联体密体密码码子子。3蛋白质的生物合成 专业知识讲解遗传密码遗传密码4蛋白质的生物合成 专业知识讲解遗传密码子的特点：遗传密码子的特点：（1）起始码与终止码nmRNA5末端的AUG（少数GUG）是起始密码，对应肽链的第一个氨基酸(蛋氨酸)的位置，因此原、真核生物合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；nUAA，UAG，UGA是是肽链成的成的终止密止密码，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA3末端。因此翻译是沿着mRNA分子53方向进行的。5蛋白质的生物合成 专业知识讲解（2 2）密码的通用性与例外）密码的通用性与例外 n生命世界从低等到高等，都使用一套密码，密码表在生物界是通用的。但不同的生物中，不同codon使用频率不同。n例外：真核生物线粒体粒体的密码子。如人线体中，UGA色氨酸(非终止密码子），AGA、AGG终止密码子（非Arg)。6蛋白质的生物合成 专业知识讲解（3 3）简并性与）简并性与防错防错n一种氨基酸有几一种氨基酸有几组组密密码码子，子，或者几或者几组组密密码码子代表一种子代表一种氨基酸的氨基酸的现现象称象称为为密密码码子子的的简简并性并性。-第三位碱基决定第三位碱基决定n对应于同种氨基酸的不同于同种氨基酸的不同密密码子称子称为同同义义密密码码子。子。n只有色氨酸和蛋氨酸只有只有色氨酸和蛋氨酸只有一个密一个密码码子。子。7蛋白质的生物合成 专业知识讲解（4 4）不重叠，无逗号）不重叠，无逗号 n两个密两个密码子之子之间没有任何核苷酸隔开，没有任何核苷酸隔开，因此从起始因此从起始码AUG开始，三个碱基代表开始，三个碱基代表一个氨基酸，一个氨基酸，这就构成了一个就构成了一个连续不断不断的的读码框框，直至，直至终止止码。n如果在如果在读码框中框中间插入或缺失一个碱基插入或缺失一个碱基就会造成就会造成移移码突突变，引起突，引起突变位点下游位点下游氨基酸排列的氨基酸排列的错误。8蛋白质的生物合成 专业知识讲解密码子的特点密码子的特点 从从55开始，三开始，三联体密体密码。有起始。有起始码与与终止止码之分，无之分，无标点，不重叠，点，不重叠，简并性、并性、摇摆性、通用性与防性、通用性与防错系系统。9蛋白质的生物合成 专业知识讲解第二节第二节 蛋白质合成的主要物质蛋白质合成的主要物质 n（一）合成原料20种基本氨基酸；n（二）mRNA是合成蛋白质的直接模板；n（三）（三）tRNA是氨基酸的运是氨基酸的运载载工具工具;n（四）核糖体是蛋白（四）核糖体是蛋白质质的合成的合成场场所所；n（五）多种蛋白因子参与蛋白合成过程起始因子；延伸因子；释放因子10蛋白质的生物合成 专业知识讲解二、二、tRNAtRNA转运氨基酸到转运氨基酸到mRNAmRNA模板模板 反密码子反密码子的摆动性的摆动性11蛋白质的生物合成 专业知识讲解反密码子与密码子配对时反密码子与密码子配对时的的摇摆现象摇摆现象n密密码子的第子的第3个碱基与反密个碱基与反密码子的第子的第1个个碱基配碱基配对，两者配，两者配对并不并不严格，反密格，反密码的第的第1位碱基常出位碱基常出现次黄次黄嘌呤呤I，与，与A、C、U结合，合，这是最常是最常见的的摆动现象。象。反密码第1位碱基 ACGUI密码第3位碱基 UGC,U A,G A,C,U12蛋白质的生物合成 专业知识讲解四、核糖体四、核糖体 n核糖体是蛋白质合成的场所，由大、小两个亚基组成，需结构完整才能发挥功能。在体内可游离或与mRNA以串状形式存在。真核生物的核糖体还可与细胞内质网结合，形成粗糙内质网。n成份：rRNA和几十种蛋白质。13蛋白质的生物合成 专业知识讲解上一页下一页章首原核生原核生物核糖物核糖体组成体组成真核生真核生物核糖物核糖体组成体组成14蛋白质的生物合成 专业知识讲解核糖体的功能区核糖体的功能区mRNA、P P、A A、E E位位点；点；转肽酶、各转肽酶、各种因子位点种因子位点15蛋白质的生物合成 专业知识讲解（1）mRNA结结合位点：合位点：在大、小在大、小亚亚基的接触面上。基的接触面上。靠靠30s小小亚亚基基头头部中的部中的16SrRNA3端与端与mRNA AUG之前的一段序列之前的一段序列(SD序列）互序列）互补补;（2）P位点：位点：又叫又叫肽酰肽酰基位点。基位点。结结合延伸的多合延伸的多肽酰肽酰tRNA;（3）A位点位点 也称氨也称氨酰酰基位点。基位点。结结合新合新进进入的氨入的氨酰酰tRNA。（4）E位点：位点：结结合空合空载载的的tRNA（5）转肽转肽酶酶活性部位：活性部位：位于位于P位和位和A位的位的连连接接处处。（6）结结合参与蛋白合参与蛋白质质合成的起始因子合成的起始因子IF、延、延长长因子因子EF和和终终止因子或止因子或释释放因子放因子RF。16蛋白质的生物合成 专业知识讲解第三节第三节 蛋白质合成机制蛋白质合成机制 n蛋白蛋白质质的合成亦称翻的合成亦称翻译译，mRNA氨基酸。氨基酸。方向：方向：53，N N端端CC端。端。n原核生物与真核生物的蛋白原核生物与真核生物的蛋白质合成合成过程中程中有很多的区有很多的区别，真核生物，真核生物过程更复程更复杂。n蛋白蛋白质生物合成可分生物合成可分为五个五个阶段，氨基酸段，氨基酸的的活化活化、多、多肽链肽链合成的合成的起始起始、肽链肽链的的延延长长、肽链肽链的的终终止和止和释释放放、蛋白、蛋白质质合成后的合成后的加工加工修修饰饰。17蛋白质的生物合成 专业知识讲解一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化氨酰氨酰tRNAn氨基酸在掺入多肽链之前必须先活化以获得额外能量。活化的氨基酸（氨酰AMP）再与其特异的tRNA结合形成氨酰tRNA。n在氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶催化下进行。18蛋白质的生物合成 专业知识讲解氨基酸活化成氨基酸活化成氨酰氨酰tRNAtRNA消耗两个消耗两个ATPATP19蛋白质的生物合成 专业知识讲解氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的特性合成酶的特性n催化反催化反应应的的专专一性。一性。该该酶酶至少有两个至少有两个识别位点，既位点，既识别氨基酸，又能氨基酸，又能识别转运运该氨基酸的一个或多个氨基酸的一个或多个tRNAtRNA。对对tRNA专专一一性极高性极高。n每种氨基酸都有每种氨基酸都有2-6种各自特异的种各自特异的tRNA，它，它们们之之间间的特异性是靠的特异性是靠氨氨酰酰tRNA合成合成酶酶来来识别识别的。的。n校正功能。校正功能。可水解可水解错错配的氨配的氨酰酰tRNA。20蛋白质的生物合成 专业知识讲解蛋氨酰蛋氨酰tRNAtRNA启动蛋白质合成启动蛋白质合成n转运蛋氨酸的转运蛋氨酸的tRNAtRNA有两种：有两种：tRNAiMet：特异识别mRNA上起始密码子AUG，掺入第一个氨基酸，启动蛋白合成；tRNA Met：与mRNA中间的AUG配对，在肽链延伸中掺入Met。n蛋氨酸的活化形式：蛋氨酸的活化形式：n 起始位置：MettRNAiMet（原核f fMet-tRNAi iMet）n中间位置：MettRNAMet21蛋白质的生物合成 专业知识讲解22蛋白质的生物合成 专业知识讲解原核细胞蛋氨酰原核细胞蛋氨酰tRNAtRNA甲酰化甲酰化n原核原核细胞中起始氨基酸活化后，细胞中起始氨基酸活化后，还要还要甲酰化甲酰化。真核细胞没有此。真核细胞没有此过程。过程。FHFH4 4供给甲基供给甲基nMet-tRNAMet-tRNAi i fMet-tRNA fMet-tRNAi i 甲酰化酶甲酰化酶 23蛋白质的生物合成 专业知识讲解二、二、大肠杆菌中大肠杆菌中肽链合成的起始肽链合成的起始(1)起始信号起始信号nSDSD序列序列：位于起始AUG上游10个碱基处一段富含嘌呤的序列。n这段序列正好与30S小亚基中的16S rRNA3端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列。这种互补就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成。24蛋白质的生物合成 专业知识讲解25蛋白质的生物合成 专业知识讲解（2 2）起始复合物的形成）起始复合物的形成：n30S起始复合物起始复合物70S起始复合物起始复合物。n在起始因子在起始因子IF1，2，3和和GTP参与下，参与下，fMet-tRNAf识别mRNA的起始密的起始密码子子AUG，与，与30S结合成合成30S起始复合物起始复合物；n50S与与30S起始复合物起始复合物结合生成合生成70S-mRNA-fMet-tRNAf复合物，并复合物，并释放各种起放各种起始因子。此始因子。此时fMet-tRNAf占据着占据着P位点，位点，A位位则空着。空着。26蛋白质的生物合成 专业知识讲解70S起始复合物30S起始复合物27蛋白质的生物合成 专业知识讲解三、多肽链的延长三、多肽链的延长 n在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位，转肽和移位三个步骤。n（1）进进位：位：为密码子所规定的氨酰tRNA结合到核糖体的A位，称为进位。需延伸因子EF-Tu、EF-Ts和GTP参与。28蛋白质的生物合成 专业知识讲解n（2）转肽转肽（肽键肽键的形成）：的形成）：P位上的位上的肽酰肽酰tRNA提供提供-COOH基，和新基，和新进进入的入的Aa的的-NH2形成形成肽键肽键，从而使，从而使P位上的位上的肽肽连连接到接到A位氨基酸的氨基上。新合成的位氨基酸的氨基上。新合成的肽肽酰酰tRNA处处于于A位位。23SRNA23SRNA催化。催化。n（3)移位移位（Translocation)：肽酰肽酰tRNA又又进进入入P 位，空位，空载载tRNA进进入入E位。位。n重复重复进进位、位、转肽转肽、移位，、移位，肽链肽链沿沿NC方向延伸。方向延伸。29蛋白质的生物合成 专业知识讲解30蛋白质的生物合成 专业知识讲解31蛋白质的生物合成 专业知识讲解四、翻译的终止及肽链的释放四、翻译的终止及肽链的释放 n当肽链延伸到终止密码子时，没有任何tRNA与之对应，故A位空出，释放因子RF识别终止密码子，进入A位，使肽酰转移酶变为水解酶活性，释放出肽链和tRNA。n生物体为了加强终止，通常设置了两个以上并排的终止密码。所以要合成含n个AA残基的肽链，mRNA至少含有3n+6个核苷酸。32蛋白质的生物合成 专业知识讲解34蛋白质的生物合成 专业知识讲解多聚核糖体多聚核糖体n上述只是上述只是单个核糖体的翻个核糖体的翻译过程，事程，事实上在上在细胞内一条胞内一条mRNA链上上结合着多个核糖体，甚至合着多个核糖体，甚至可多到几百个。第一个核糖体翻可多到几百个。第一个核糖体翻译移移动一定距一定距离后，第二个核糖体又在离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位的起始部位结合。合。n两个核糖体之两个核糖体之间有一定的有一定的长度度间隔，每个核糖隔，每个核糖体都独立完成一条多体都独立完成一条多肽链的合成，所以的合成，所以这种多种多核糖体可以在一条核糖体可以在一条mRNA链上同上同时合成多条相合成多条相同的多同的多肽链，这就大大提高了翻就大大提高了翻译的效率。的效率。35蛋白质的生物合成 专业知识讲解系列核糖体同时翻译同一条系列核糖体同时翻译同一条mRNAmRNA36蛋白质的生物合成 专业知识讲解37蛋白质的生物合成 专业知识讲解真核生物蛋白质的合成真核生物蛋白质的合成n核糖体不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40）n起始Aa不同：原核是fMet，真核是Met n起始机制不同：原核SD序列，真核5端帽子。n起始复合物的形成过程不同。n真核生物过程更复杂，需要的因子更多。38蛋白质的生物合成 专业知识讲解五、蛋白质合成的抑制剂抗生素直接抑制蛋白抗生素直接抑制蛋白质质合成：合成：n原核：氯霉素、四环素、链霉素、新霉素、卡拉霉素、红霉素、n真核：亚胺环己酮、白喉毒素n嘌呤霉素（628）对原核、真核均有抑制作用。39蛋白质的生物合成 专业知识讲解n与与DNADNA模板作用模板作用n与与RNARNA聚合酶作用聚合酶作用n原核生物原核生物n真核生物真核生物n n放线菌素放线菌素放线菌素放线菌素D-D-D-D-插入插入插入插入dG*dCdG*dCdG*dCdG*dC间间间间n n低浓度低浓度低浓度低浓度-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA延长延长延长延长n n高浓度高浓度高浓度高浓度-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA-(-)RNA起始起始起始起始 (-)DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA复制复制复制复制n利福平利福平/利福霉素利福霉素n n和和和和RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶亚基结合亚基结合亚基结合亚基结合-(-)(-)(-)(-)转录起始转录起始转录起始转录起始/延伸延伸延伸延伸n鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 -(-)RNA -(-)RNA -(-)RNA -(-)RNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶间接抑制间接抑制40蛋白质的生物合成 专业知识讲解第四节 蛋白的运输n蛋白蛋白质的合成部位在核糖体，合成后去的合成部位在核糖体，合成后去向有三个：向有三个：保留在胞保留在胞浆；进入入细胞胞核、核、线粒体或其它粒体或其它细胞器；胞器；分泌到分泌到细胞外。胞外。n跨膜运跨膜运输：去向需越去向需越过不同的膜不同的膜结构。构。信号信号肽决定了决定了肽的走向。的走向。n靶向运靶向运输：蛋白蛋白质合成后，定向到达其合成后，定向到达其执行功能的目的地点。行功能的目的地点。41蛋白质的生物合成 专业知识讲解信信号号肽肽：绝绝大大多多数数越越膜膜蛋蛋白白的的N N端端约约有有15-3015-30个个以以疏水氨基酸疏水氨基酸为主的为主的N N端信号序列。端信号序列。共共有有特特征征：N N端端碱碱性性AaAa；中中间间15153030个个疏疏水水氨基酸；氨基酸；C C端有信号肽酶切位点。端有信号肽酶切位点。42蛋白质的生物合成 专业知识讲解第五节第五节 加工修饰加工修饰n多多肽移移位位到到内内质网网后后，在在内内质网网的的小小腔腔上上被被修修饰。修修饰作作用用包包括括切切去去信信号号肽，形形成成二二硫硫键，使使线性性多多肽呈呈献献一一定定空空间结构构及及糖糖基基化化作作用用。在在高高尔基基体体中中，糖糖蛋蛋白白的的寡寡糖糖核核进一一步步修修饰，并将多并将多肽分分类输送到各送到各处。43蛋白质的生物合成 专业知识讲解加工修饰切除信号肽糖基化44蛋白质的生物合成 专业知识讲解蛋白质翻译后的折叠蛋白质翻译后的折叠 n大大多多数数蛋蛋白白质质翻翻译译后后要要进进行行不不同同形形式式的的加加工工修修饰饰，并并折叠成一定形状才有活性。折叠成一定形状才有活性。n蛋白蛋白质质分子的氨基酸序列没有改分子的氨基酸序列没有改变变，只是其，只是其高高级结构构或者或者说构象改构象改变变引起引起的疾病的疾病，那就是所，那就是所谓谓“构象病构象病”，或称或称“折叠病折叠病”，如，如疯疯牛病、老年性痴呆症、家族性高牛病、老年性痴呆症、家族性高胆固醇症、家族性淀粉胆固醇症、家族性淀粉样样蛋白症、某些蛋白症、某些肿肿瘤、白内障瘤、白内障等等。等等。n对对蛋白蛋白质质折叠机理的研究将极大地影响生物和医学的折叠机理的研究将极大地影响生物和医学的许许多多领领域，如域，如药药物物设计设计等等。等等。45蛋白质的生物合成 专业知识讲解n部分：可按照一级结构中氨基酸侧链的性质，自发卷曲，形成一定的空间结构；n而许多细胞内蛋白质正确装配都需要一类称做“分子伴侣”的蛋白质及折叠酶的帮助才能完成。n分子伴侣（molecularchaperones）：帮助新生肽链进行非共价折叠的一类蛋白质。能介导蛋白质正确装配成有活性的蛋白质，本身并不参与最终装配产物的组成，如热休克蛋白和前导肽等。46蛋白质的生物合成 专业知识讲解47蛋白质的生物合成 专业知识讲解