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蛋白质的生物合成,第二级,第三级,第四级,第五级,*,蛋白质的生物合成,翻译,蛋白质的生物合成,蛋白质生物合成:,是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质,多肽链,的氨基酸排列顺序的过程。,翻译,:遗传信息（,碱基排列,顺序,，,英文,）由mRNA携带到蛋白质多肽链上体现为,氨基酸残基,排列顺序,（,中文,）,的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译。,特 点,翻译过程十分复杂,-参与因素多,-合成步骤繁,第一节 蛋白质合成体系,三、,tRNA,四、,核糖体,一、20种氨基酸,五、,酶和,辅助因子,及无机离子、以ATP、GTP,合成方向：NC端,二、mRNA和遗传密码,翻译模板mRNA及遗传密码,*,mRNA是遗传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。,原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为,多顺反子,（poly cistron）。,真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为,单顺反子,（single cistron）。,mRNA,(messenger RNA)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,蛋白质,DNA,mRNA,原核细胞mRNA的结构特点,5,3,顺反子,顺反子,顺反子,插入顺序,插入顺序,先导区,末端顺序,AGGAGGU,SD区,一,条mRNA链编码,几,种功能相关的蛋白质,真核细胞mRNA的结构特点,5,“,帽子,”,Poly,A,3,顺反子,m,7,G-5ppp-N-3 p,AAAAAAA-OH,一,条mRNA链只能为,一,种蛋白质编码,原核生物,和,真核生物,mRNA的比较,（一）密码子(codon):,mRNA自53方向每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密码体现一个氨基酸信息,密码子的数量,4,3,=64,密码子的发现:,1965年，Nirenberg用poly u加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,最后用,核苷酸的共聚物,破译了全部密码，编出遗传密码表,遗 传 密 码,遗传密码表,密码子的特点,(1),连续性,:两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移,5.UAC,G,GACAUCUG.3,5.UAC,C,GGACAUCUG.3,酪,甘,组,蛋,酪,精,苏,半胱,5.UACGACAUCUG.3,酪,天,异亮,插入,缺失,密码子的特点,(2),简并性,:,除,Met,，,Trp,外，其余氨基酸均由,2个以上,密码子编码。其中,UAG,UAA,UGA是终止密码子,AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸；但细菌例外，在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸,(3),通用性,:所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线粒体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等,密码子的特点,（四）摆动性：,一种氨基酸可有多个密码子,反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异,tRNA反密码环,5,3,UG,U,Thr,AC,G,5,3,mRNA,tRNA,（,transfer ribonucleic asid,）,tRNA,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,tRNA,的三级结构示意图,tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,A C C,1 2 3,tRNA,1.结合氨基酸:,氨基酸各有其特异的tRNA携带，一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置,2.反密码子:,每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座,同功受体tRNA：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA。,？,tRNA,3.起始密码子：,AUG表示甲硫氨酸，又是起始密码,真核生物甲硫氨酸：tRNA,met,原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tRNA,f,met,表示,tRNA,f,met,的甲酰基由N,10,-甲酰四氢叶酸提供,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蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的,组成：,大小亚基,原核：30s+50s 70s 真核:40s+60s 80s,核蛋白体的组成,原核生物核糖体的组成,核糖体,分类：,一类附着于粗面内质网参与分泌蛋白的合成；另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成,功能：,核糖体,相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,30S,与mRNA结合部位,肽位：,结合或接受肽基的部位,受位/氨基酰位：,结合或接受AA-tRNA的部位,50S,5,3,mRNA,P,A,T,转肽酶,多核蛋白体,5,3,一mRNA上可同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成,五,、辅助,因子,在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中的蛋白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别有：,起始因子（IF）,：,原核生物中有IF1、IF2、IF3,延长因子（EF）,：,原核生物中有EF-Tu、EF-Ts、EF-G,终止因子（RF）,：,原核生物中有RF1、RF2、RF3,蛋白质因子,参与翻译的蛋白质因子,阶段原核 真核 功 能,IF1,IF2,e,IF2 参与起始复合物的形成,IF3,e,IF3、,e,IF4C,起始 CBP I 与mRNA帽子结合,e,IF4A B F 参与寻找第一个AUG,e,IF5,协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放,e,IF6,协助60S亚基从无活性的核糖体上解离,EF-Tu,e,EF1,协助氨酰-tRNA进入核糖体,延长EF-Ts,e,EF1,帮助EF-Tu、eEF1,周转,EF-G,e,EF2 移位因子,终止 RF-1,e,RF 释放完整的肽链,RF-2,因子前加“,e,”表示真核生物(eukaryotic),五,、辅助,因子,ATP、GTP、Mg,2+,其它因子,第二节 蛋白质的合成过程,（以原核为例）,一、氨基酸的活化与转运,二、翻译起始,三、肽链的延长,四、肽链合成终止,一、氨基酸的活化与转运,氨基酸活化活化氨基酸的搬运活化氨基酸与核蛋白体结合,1.参与活化转运的酶,氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸有特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译,氨基酰tRNA的生成-,氨基酸的活化,氨基酰tRNA,合成酶,ATP,PPi,H,2,N-CH,-,C-OH,R,O,H,2,N-CH,-,C-AMP,-,E,R,O,H,2,N-CH,-,C,O-,ACC-tRNA,R,O,氨基酰tRNA,合成酶,tRNA,氨基酰tRNA,2.催化过程,氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+ppi,氨基酰tRNA的表示方法,丙氨基酰tRNA：,ala-tRNA,ala,精氨基酰tRNA：,arg-tRNA,arg,甲硫氨基酰tRNA：,met-tRNA,met,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。（氨基酸相应的一组同功受体tRNA),氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity)。,起始密码子AUG编码的met由tRNAmet（真核）或tRNAfmet（原核）转运,真核,细胞,起始密码子编码的met,不须,甲酰化,大肠杆菌,起始密码子编码的met须甲酰化,原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met+ATP+tRNA,Met,tRNA,+AMP+PP,i,甲硫氨(蛋氨)酰tRNA合成酶,一、氨基酸的活化,原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met-tRNA在转甲酰酶的作用下，在其Met的-NH,2,上甲酰化。,fMet,tRNA,一、氨基酸的活化,二、翻译起始,（,原核,）,30S亚基 mRNA,IF3-IF1,复合物,30S mRNA,GTP,-,fMet tRNA-,IF2-IF1,复合物,70S起始复合物,mRNA,+30S亚基-,IF3,IF2-,GTP,-,fMet-tRNA,IF3,50S亚基,IF2+IF1,+GDP+Pi,IF1,mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合,mRNA与30s形成复合物,IF,1,IF,3,参与复合物的形成,核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合,50s的结合：,50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF,1,IF,2,脱落,形成了启动复合体,fmet-tRNA的结合：与以上过程同时发生，fmet-tRNA辨认并与mRNA 模板中的AUG结合。反应需IF,2,GTP,Mg,2+,参与;而IF,3,脱落,70S启始复合物,由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成,三、肽链的延长,延长,即核蛋白体自mRNA 5端向3端推进，反应需延长因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与,狭义的核蛋白体循环,进位,成肽,转位,Tu,-GDP,GDP,Ts,Tu,-,Ts,Tu,-,GTP,GTP,Pi,Tu-GTP,氨基酰-tRNA进入,A位,p,A,AUG,AUG,Tu-GTP,三、肽链的延长,步骤,1.进位：,aa进入受位，反应需GTP,Mg2+，EF-Tu,（,EF-Ts）,Mg,2+,，,K,+,转肽酶,CH,2,CH,2,-CH,O,C,=,O,CH-R,NH,2,O,=,O,C,H,2,N,CH,3,S,AUG,UAC,给,受,O,C,O,=,R-CH,NH,OH,C,O,=,H,3,CSCH,2,CH,2,-CH,NH,2,AUG,UAC,给,受,2.成肽（转肽与脱落）：,50s大亚基上的给位有,肽酰转移酶,活性,，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落,3.转位（移位）,反应需EFG,GTP,Mg,2+,参与,核蛋白体向mRNA 3端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位 肽键每增加一个氨基酸就按 进位成肽转位 这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度,OH,EFG，GTP,AUG,A,2,1,53,OH,2,1,AUG,5,3,AUG,2,1,3,AUG,3,1,2,AUG,2,1,3,进位,成肽,转位,成肽,NC延长,转位酶,转位（移位）,四、肽链合成终止,需终止因子RF和IF,3,参与。终止信号出现，释放因子（release factor,RF）与其结合。RF有三种RF,1,，RF,2,，RF,3,1.终止密码子的辨认,RF-1,或,RF-2,UAA,O,C,O=,R-CH,A,UAA,O,C,O=,R-CH,UAA,RF,RF,1,和 RF,2,识别终止密码，进入A位,H,-,OH,转肽酶,2.,肽链的水解和脱落,OH,RF,C,O,=,R-CH,O,RF,R-CH,C-OH,O,=,RF-3,RF,3,使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出,3.,tRNA,、,RF,、,mRNA,的释放，核蛋白体大小亚基的解聚,OH,RF，,GTP,RF,OH,RF,IF-3,IF-1,在RF作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF,1,作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环,fMet,AUG,1.,起始,2.,肽链延长,3.终止,广义的,核蛋白体循环,小 结,1合成方向：,对mRNA的移动是自53肽链合成方向自N端C端,2能量计算：,活化与启动消耗2个高能键，生成一个肽键时需2个GTP,生成一个肽键的整个过程需4个高能键,3核蛋白体循环：,在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。合成速度40aa/S,真核与原核蛋白质合成的异同,真核 原核,核蛋白体,80S 70S,含蛋白数量,多于80 少于60,小亚基结构,无嘧啶区和互补区,含嘧啶区与互补,tRNA,tRNA,met,tRNA,fmet,启动,eIF 9-10种 需ATP,小亚基先与tRNA结合，在与mRNA结合,延长,EF,1,EF,2,EFTu EFTs,终止,RF 需 GTP RF,1,，RF,2,，RF,3,第三节 翻译后加工,合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合才有活性,一、翻译后的加工修饰,二、分泌蛋白的跨膜转运,一、翻译后的加工修饰,1.多肽链的折叠,蛋白质二硫键异构酶,（protein disulfide isomerase）和,肽基脯氨酸异构酶,（peptidyl prolyl isomerase）参与蛋白质的折叠过程。,前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则加速脯氨酸亚氨基肽键的顺-反异构化。,分子伴侣,一、翻译后的加工修饰,2.,N端加工,原核生物,脱甲,酰基酶,Met,-,fMet,-,氨肽酶,真核细胞,一、翻译后的加工修饰,3.,氨基酸残基的修饰：,磷酸化、羟基化、乙酰化、糖基化,4.水解加工：酶前体的活化,5.,亚基聚合,：,Hb 4亚基的聚合,蛋白质的定位,1.共翻译转移,包括：分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、内质网和高尔基体滞留蛋白。,2.翻译后转移,核基因组编码的线粒体和叶绿体蛋白。,二、分泌蛋白的跨膜转运,将合成后的蛋白质,定向到达行使功能目标地的过程为,跨,膜,转运,信号肽：,使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外,信号肽结构,由被转运多肽链的N端约10-40多个氨基酸构成。,分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸,提供正电荷中心疏水区含中性或疏水性氨基酸C末端是信号肽酶切割信号肽的部位,转运过程,（1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，此时，多肽的合成就暂时停止或放慢；SRP把核蛋白体带至内质网膜的胞浆面与对接蛋白（停泊蛋白）结合，即核蛋白体与内质网膜结合，新生肽链恢复延长。,（2）信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔,分泌蛋白的转运过程,蛋白质合成与医学的关系,一、分子病,（molecular diseases）,二、蛋白质合成的阻断剂,蛋白质生物合成自复制、转录和翻译的不同过程均有抑制剂能加以阻断。抑制剂包括抗菌素和毒素等,分子病,分子病：,因DNA分子基因的缺陷,使某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列发生改变导致的遗传病,。,例：镰刀形红细胞贫血。病因：编码血红蛋白b链的基因，其DNA上的T被A代替，导致b链氨基端第6位的谷氨酸被缬氨酸代替,蛋白质合成的阻断剂,抗生素,1.四环素：抑制氨基酰-tRNA与原核细胞的小亚基结合,2.,氯霉素：与原核细胞的大亚基结合,对真核线立体合成有阻断作用,3.链霉素：与原核细胞30S核糖体结合，引起密码错读。,白喉毒素,：,抑制哺乳类动物的延长因子EFT,2,的活性,蛋白质生物合成课堂练习,下列为终止密码子,UCA B.UAA C.UGA,UAG E.AUG,下列是关于遗传密码的论述，错误的是,低等生物和高等生物的遗传密码是不同的,B.,遗传密码阅读的方向总是从,mRNA,的,5,3,方向,阅读,mRNA,分子中的“三联体”时，相互间有标点符号隔开,每种氨基酸都有,2,个或,2,个以上的密码子,tRNA,的,1,位反密码子与,mRNA,的,3,位密码子互补配对时，不完全符合碱基配对规则,3.,核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少,包括下列因子,A.起始因子（IF）B.延长因子（EF）,C.释放因子（RF）D.,因子,E.,因子,4.,核糖体小亚基16SrRNA结合mRNA，主要是通过下列两个序列互补结合的,嘧啶碱序列与,AUG,序列,B.SD,序列与嘌呤碱序列,C.,嘌呤碱序列与,AUG,序列,D.,嘧啶碱序列与,SD,序列,E.SD,序列与,UAA,序列,
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