氨基酸蛋白质合成

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三、氨基酸和蛋白质的生物合成,（一）氨基酸的生物合成,1,2,3,4,5,6,（二）蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成在细胞代谢中占有十分重要的地位。以大肠肝菌为例,蛋白质占细胞干重,50%,左右,每个细胞约有,3000,种不同的蛋白质分子,每种蛋白质又有无数分子,而大肠肝菌的分裂周期不过,20,分钟,可见蛋白质合成速度之快。,按中心法则,DNA,贮存遗传信息传递给,mRNA,mRNA,是蛋白质合成的模板,但是,mRNA,蛋白质之间遗传信息的传递并不像转录的碱基配对那样简单。,从,mRNA,的核苷酸顺序到多肽链上的,AA,顺序,即蛋白质合成过程称为翻译或转译（,Translation),。,翻译的过程非常复杂,几乎涉及到细胞内所有种类的,RNA,和几十种蛋白质因子。,7,8,1、遗传密码的基本单位：密码子,密码子：编码确定一个氨基酸的核苷酸的三联体顺序。,从数理上讲，密码子必须是,3,个或,3,个以上核苷酸顺序。,密码子的确定与密码表,Nirenborg,1961,开始，,1965,完成。,1,）用随机多核苷酸顺序确定，体外翻译,2,）用,tRNA-AA-,核糖体结合法确定,3,）用重复序列多核苷酸确定。,结果：密码表,密码子的方向：,5,3,9,三联体密码的破译,1954,年,Gamov,确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸,1961,年,Crick,等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的,Nirenberg,以均聚物共聚物为模板指导多肽的合成,寻找到了破译遗传密码的途径,Khorana,以共聚物指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐,10,11,以均聚物为模板指导多肽的合成,Poly U,为模板，产生的多肽链为,Poly Phe,Poly A,为模板，产生的多肽链为,Poly Lys,Poly C,为模板，产生的多肽链为,Poly Pro,12,以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以特定的共聚物为模板指导多肽的合成,（,1,）以多聚二核苷酸作模板可合成由,2,个氨基酸组成的多肽,如以,Poly UG,为模板，合成产物为,Poly Lys-Val,。,（,2,）,以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。,13,14,遗传密码的基本特点,（1）,通用性,病毒、原核生物、真核生物都使用同样的密码子。到目前为止,只发现线粒体、叶绿体与纤毛原生动物相同，其遗传密码有个别的变化,。,（2）,简并性,多个密码子编码同一,AA. or :,一个,AA,可以被,1,个以上的密码子编码的性质。编码同一种,AA,的密码子称为同义密码子,.,e.g. Glu: CAA CAG ; Asp: GAU GAC; Leu,、,Ser,有,6,个,code.,意义：可忍受置换突变，增加遗传稳定性。,（3）,不重叠性,阅读框架确定后，相邻的密码子互不重叠。,CAA GAU GACCAG,不会读成：,C AAG AUG ACC AG,15,（4）,密码子之间无分隔,.,密码子之间没有任何信号加以隔开,如果在中间插入或减少一个碱基,就会造成这一位点以后的读码发生错误,即移码。,可解变阅读框架，增加,DNA,信息量。,（5）,特殊密码子,64,个,code,中，有,61,个编码,AA,3,个终止密码子：,UAG,、,UAA,、,UGA,起始密码子：,AUG,唯一密码子：,AUG,（,Met),、,UGG(Trp),16,17,（6）,摆动性（变偶性）,密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，,tRNA,上的反密码子与,mRNA,密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动（要求不严格）。,Crick,称这一为变偶性（,wobble,）,tRNA,的反密码子中,5,含有,I,、,I,对,mRNA,密码子的,3,碱基要求不严格。,I,能与,U,、,C,、,A,形成氢键配对，,e.g. tRNAArg5ICG3,反密码子,3,G C I G C I G C I,密码子,5,C G A C G U C G C,均为,Arg,18,通过一系列考查,Crick,得出结论,:,大多数密码子的第三个碱基与它的反密码子相对应的碱基（,5,）之间配对是比较疏松的,这些密码子的第三个碱基具有摆动性,称为,摆动假说,也叫变偶假说。,(1),密码子由前两个碱基决定专一性。,(2),反密子的第一个碱基（,5-,）决定,tRNA,识别密码的数目：,C,、,A,识别一种,G,、,U,识别二种,I,识别三种,（3,）翻译,20,种,AA,的,61,个密码子最少有,32,种,tRNA,。,19,20,2、,蛋白质合成体系的组分,细胞内蛋白质合成需要大约,200,多种生物大分子来协同完成。其中包括,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,及核糖体以及许多酶和辅助因子。,（1）mRNA,方向,5,3,与,AA,：,N,C,相对应。,多肽链的蓝图，密码子载体。,（2）tRNA,被氨酰,-,tRNA,合成酶识别，专一运载氨基酸的氨酰基,反密码子,识别,mRNA,链上的密码子,连接多肽链与核糖体,tRNA,与,mRNA,之间存在变偶性：一种,tRNA,可以识别一种以上的同一氨基酸的密码子。,21,（3）核糖体,70,S,核糖体,(30,S-50S),含有两个结合部位,:,氨酰基部位,:,A,位，氨酰,-,tRNA,结合部位,肽基部位：,P,位，多肽基,tRNA,的结合部位,A,位、,P,位有一小部分在,30,S,亚基内,大部分在,50,S,亚基内。,（4）辅助因子,起始因子：,IF1,、,IF2,、,IF3,、,e1F2 ,参与起始,延长因子,:,EF-TU,、,EF-TS,，,EF-G,参与多肽合成,终止因子：,RE1,、,RE2,、,eRF,释放完整的肽链,(,IF: Initial Factors,EF: Extent Factors,RF: Release Factors ),22,23,3、多肽链的生物合成,（1）,氨基酸的活化,两,AA,之间不能直接形成肽键,这一能障是通过活化,AA,形成活化中间体：氨酰,tRNA,加以克服。在蛋白质合成中,必须经过活化才能形成肽键。,有两个意义,:,1.,AA,只有与自已相对应的,tRNA,连接，才能运转至核糖体,才能识别,mRNA,上的密码子。运输与识别，保证合成准确性。,2.,氨酰键储存了能量，具有相当高的转移势能,用于以后肽键的形成。也就降低了形成肽键的能障,。,24,25,26,27,（2）起始氨酰,-,tRNA,的形成,真核生物中起始,AA,是,Met,（,甲硫氨酸）,原核生物中起始,AA,是,fMet,（,N-,甲酰甲硫氨酸）,两类生物中，起始密码子只有,1,个：,AUG,28,原核生物,：,识别起始密码子,AUG,的,tRNA,为：,tRNAffMet,它与,fMet,组成起始氨酰,-,tRNA: fMet-tRNAf fMet,识别非起始,AUG,（,中间的）的,tRNA,表示为：,tRNAm,Met,它携带,Met,组成中间的氨酰,-,tRNA: Met-tRNAm,Met,真核生物,：起始,Met-tRNAi,Met,中间,Met-tRNAm,Met,29,fMet-tRNAf,fMet,分两步形成,:,(1),Met + tRNA,f,Met,+ ATPMet tRNAf,fMet,-AMP + Ppi,合成酶,(2),转甲酰酶、甲酰甲氢叶酸为甲酰基供体形成,fMet-tRNAf,f,fMet,两种,tRNA,者都带有相同的反密码子,3,UAC5,是如何识别起始和内部的,AUG,？,1,）,核糖体小亚基内,16,S rRNA,与起始密码子,AUG,前一段有互补的,SD,序列即,AGGAGGU,，,这样,16,S rRNA,便起着选择起始密码子的作用。,2,）转甲酰酶只能催化,fMet,与,tRNAf,f,fMet,的结合。,3,）,fMet,的,-,NH2,甲基化，不能与,AA,形成肽键，不可能在中间出现。,30,3、原核生物多肽链合成过程,（1）,肽链合成起始,形成一个具有肽链合成功能的,70,S,起始复合物：,(,mRNA-fMet-tRNAffMet-70S,核糖体,-,IF1,、,2,、,3),1） 30S-mRNA,复合物的形成,核糖体分解成,30,S,、,50S,两个亚基,;,IF3,与,30,S,亚基结合，使,30,S,与,50,S,不能结合,;,30,S.IF3,结合到,mRNA,上,使,AUG,正确定位于,P,位内,形成,30,S,、,mRNA,复合物,mRNA,的,SD,序列与,16,S rRNA 3,互补,确定起始,AUG,。,31,2）30,S,预起始复合物的形成,fMet-tRNAffMet,与,GTP+IF2,结合到,30,S,mRNA,的复合物上,形成预起始复合物。,fMet-tRNAffMet,座落在,P,位,起始,tRNA,的反密码子与,mRNA,的,AUG,配对。,IF1,协助,GTP-IF2,再生,32,3）70,S,起始复合物的形成,50,S,结合到,30,S,预起始物上,结合在,IF2,上的,GTP,被水解成,GDP,和,Pi,并被释放。,IF3,、,IF2,也离开核糖体,结果便形成了一个包含有,mRNA,和起始,fMet-tRNAffMet,在内的有功能的,70,S,核糖体,称为,70,S,起始复合物。,此时状态：,P,位占满,A,位空着。,核糖体,A,、,P,位,占据,2,个密码子位置,33,34,35,36,（2）,肽链的延长,参与的组分,:,70,S,起始复合体；,多种氨酰,-,tRNA;,延长因子,EF-Tu, EF-Ts,、,EF-G,GTP,。,以循环的方式将,AA,加到正在合成的肽链的羧基端，形成肽键。,37,每一循环分为四步,:,进位、转肽、移位、脱落,1.,进位,：新的（第,2,个）氨酰,-,tRNA,进入核糖体,A,位,(1),EF-TU,、,GTP,与氨酰,tRNA,结合形成三元复合物：氨酰,-,tRNA.EF-Tu.GTP,然后进入,A,位,氨酰,-,tRNA,的反密码子与,mRNA,上处于,A,位的密码子配对,GTP,水解成,GDP,和,Pi,，,同时,EF-TU,、,GDP,释放出来。,38,(2),EF-TU.GTP,复合物再生,EF-TU.GDP + EF-TS ,EF-TU.EF-TS + GDP,EF-TU.EF-TS + GTP ,EF-TU.GTP + EF-TS,消耗,1,个,GTP,(3) fMet-tRNAf,fMet,不能与,EF-TU.GTP,结合,所以,fMet,不会参与到肽链的中间合成中。,39,40,2.,转肽：肽键的形成,氨酰,-,tRNA,进入核糖体,A,位以后,P,位与,A,位均被占满：,P,（,fMet-tRNAf,fMet,) A(AA2-tRNA,AA2,),P,位的,fMet-fRNAf,Met,上的,fMet,在肽基转移酶的作用下转移到,A,位上的,AA,的氨基上,从而形成第一个肽键。,结果,:,A,位上形成一个二肽基,-,tRNA, P,位是空载的,tRNAf,fMet,(,空的起始,tRNA,）,41,42,3.,移位,EF-G,、,GTP,与核糖体结合推动核糖体沿,mRNA 5,3,方向移动一个密码子的距离,.,结果：,二肽基,tRNA,从,A,位进为,P,位,仍与,mRNA,结合；,原来在,P,位中的,tRNAfMet,便离开,P,位露出；,mRNA,上的下一个,(,第,3,个）密码子恰好处于核糖体的,A,位,供下一个氨酰,-,tRNA,的进位。,EF-G,也称移位酶，消耗,1,个,GTP,。,4.,脱落：露出核糖体的空载,tRNA,从,mRNA,上脱落。,43,44,45,（3）肽链合成的终止及释放,当核糖体沿,mRNA,移动至终止密码子,(,UAA,、,UAG,、,UGA),进入,A,位时，再没有氨酰,-,tRNA,进位，肽链的延长停止。,终止因子,:,RF1,识别,UAA,、,UAG,RF2,识别,UAA,、,UGA,RF3,与,GTP,结合，并水解,GTP,用其能量促进多肽链释放。,46,分三个阶段,:,1.,终止因子,RF1 or RF2,进入,A,位与终止密码子结合。,2.,多肽链的释放：,RF1 or RF2,诱导肽基转移酶将位于,P,位,tRNA,上的多肽基转移到,H2O,分子上，,RF3-GTP,作用使多肽链与最后一个,tRNA,脱离并离开核糖体，终止因子与空载的,tRNA,也离开。,3. 70,S,核糖体解离,47,48,49,多肽合成所需的能量：,氨基酸活化,2,ATP,（,ATP,AMP,）,起始,1,GTP,延长,2,GTP,（,进位,1,、移位,1,）,终止,1,GTP,n,个,AA,的多肽：,2,N+2,（,N-1,）,+2 = 4N,50,真核生物多肽链合成的特点与原核细胞相比有如下不同：,1,）核糖体为,80,S,（,40S+60S,），,以多聚核糖体形式进行。,2,）起始,AA,、,起始,tRNA,不同，,Met-tRNAiMet,3,）,原核生物合成多肽受抗菌素抑制，真核不受抑制。,4,）真核肽链合成的起始：由,40,S,核糖体亚基首先识别,mRNA,的,5,端,-,帽子，然后沿,mRNA,移动寻找,AUG,；,5,）,能量供体不同：原核,GTP,、,真核,ATP,6,）,真核,IF,有,12,种、但只有,2,种,EF,和,1,种,RF,。,7,）,真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。,51,52,53,肽链合成后的加工,新生肽链不具有生物活性，不是最后产物,要加以修饰。,主要有以下方式,:,1.,末端修饰,原核生物中的,fMet,、,真核生物中的,Met,被酶切除,去甲酰基酶,甲酰甲硫氨酰肽,-,甲酸,+,甲硫氨酰肽,Met,氨肽酶,甲硫氨酰肽,-,多肽,+,Met,真核生物中,50%,N,端被乙酰化,C,端有时也修饰。,54,2.,信号肽的切除,多肽上,N,端一段用于多肽穿膜运输的肽链（,18-35,aa),，,由疏水,AA,组成的特殊序列。,3.,氧化形成二硫键，再形成二级或高级结构,4.,部分中间肽段的切除：有利于形成作用中心,5.,个别,AA,的修饰：甲基化、,-,OH,、,-COOH,、,磷酸化,6.,其它基团添加：糖基侧链、金属离子、辅基,55,总结：,Pro,生物合成的,5,个阶段,1.,AA,活化,ATP,AMP, AA-AMP.E,氨酰,-,tRNA,2.,形成,70,S,起始复合物：,mRNA.30S+fMet-tRNAfMet.50S,大亚基，,AUG,定位于,P,位。,3.,肽链的延长,:,进位：氨酰,-,tRNA,A,位,转肽：肽基转移到,A,位、形成肽链,移位：核糖体移动一个,code,脱落：空的,tRNA,脱离,mRNA,4.,终止与释放,:,核糖体沿,mRNA,移动至它的,A,位遇终止密码停止合成,释放新生的肽链。,5,合成后的修饰与加工,56,