医学课程蛋白质生物合成

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,目 录,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,*,*,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,*,*,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,*,*,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,*,*,医学课程蛋白质生物合成,蛋白质的生物合成,，即,翻译,，就是将核酸中由 4 种,核苷酸序列,编码的遗传信息，通过,遗传密码,破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种,氨基酸的排列顺序,。,2,一、遗传密码,3,mRNA,上存在遗传密码,mRNA分子上从5,至3,方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为,三联体密码(triplet coden)。,起始密码(initiation coden): AUG,终止密码(termination coden):,UAA，UAG，UGA,4,遗传密码表,目 录,5,从mRNA 5,端起始密码子AUG到3,端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为,开放阅读框架(open reading frame, ORF),。,6,1. 连续性(commaless),遗传密码的特点,编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,7,基因损伤引起,mRNA,阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变,(,frameshift,mutation),。,8,2. 简并性,(degeneracy),遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,目 录,9,2. 简并性,(degeneracy),目 录,10,3. 通用性,(universal),蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。,已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。,密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,11,4. 摆动性,(wobble),转运氨基酸的,tRNA,的反密码需要通过碱基互补与,mRNA,上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。,12,U,摆动配对,目 录,13,密码子、反密码子配对的摆动现象,tRNA反密码子,第1位碱基,I,U,G,A,C,mRNA密码子,第3位碱基,U, C, A,A, G,U, C,U,G,14,二、蛋白质合成体系,Protein Biosynthesis System,15,20种氨基酸(AA)作为原料,酶及众多蛋白因子，如,IF、eIF,ATP、GTP、无机离子,参与蛋白质生物合成的物质包括,三种,RNA,mRNA,（,messenger RNA,信使,RNA,）,rRNA,（,ribosomal RNA,核蛋白体,RNA,）,tRNA,（,transfer RNA,转移,RNA,）,16,一）、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,),。,原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的,mRNA,可编码几种功能相关的蛋白质，为,多顺反子,(,polycistron,),。,真核,mRNA,只编码一种蛋白质，为,单顺反子,(single,cistron,),。,17,二）、,tRNA,与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,18,tRNA,的三级结构示意图,19,氨基酸 +,tRNA,氨基酰-,tRNA,ATP,AMP,PPi,氨基酰-tRNA合成酶,1,氨基酰-tRNA合成酶,(aminoacyl-tRNA synthetase),氨基酸的活化,20,第一步反应,氨基酸 ,ATP-E, 氨基酰,-AMP-E,AMP PPi,目 录,21,第二步反应,氨基酰,-AMP-E,tRNA,氨基酰,-tRNA,AMP,E,目 录,22,tRNA与酶结合的模型,tRNA,氨基酰-,tRNA,合成酶,ATP,23,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。,氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性,(proofreading activity),。,氨基酰-tRNA的表示方法：,Ala-tRNA,Ala,Ser-tRNA,Ser,Met-tRNA,Met,24,真核生物,：,Met-tRNA,i,Met,原核生物,：,fMet-tRNA,i,f,Met,2,起始肽链合成的氨基酰-,tRNA,25,二、核蛋白体是多肽链合成的装置,目 录,26,原核生物,真核生物,核蛋白体,小亚基,大亚基,核蛋白体,小亚基,大亚基,S,70S,30S,50S,80S,40S,60S,rRNA,16S-rRNA,5S-rRNA,23S-rRNA,18S-rRNA,28S-rRNA,5S-rRNA,5.8S-rRNA,蛋白质,rpS 21种,rpL 36种,rpS 33种,rpL 49种,不同细胞核蛋白体的组成,27,核蛋白体的组成,目 录,28,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位,P位：肽酰位,E位：排出位,目 录,29,三、蛋白质生物合成过程,The Process of Protein Biosynthesis,30,翻译的起始(initiation),翻译的延长(elongation),翻译的终止(termination ),整个翻译过程可分为 ：,翻译过程从阅读框架的5,-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。,31,一）、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成,翻译起始复合物,(translational initiation complex),。,32,原核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；,mRNA,在小亚基定位结合；,起始氨基酰-,tRNA,的结合；,核蛋白体大亚基结合。,33,IF-3,IF-1,1. 核蛋白体大小亚基分离,34,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,2. mRNA在小亚基定位结合,35,S-D序列,36,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNA,i,met,)结合到小亚基,A,U,G,5,3,目 录,37,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,A,U,G,5,3,38,IF-3,IF-1,A,U,G,5,3,IF-2,GTP,IF-2,-GTP,GDP,Pi,39,lF1、3,met-GTP-lF2,30S,50S,GDP+Pi,lF2,fmet,fmet,30S,50S,lF1、3,mRNA,GTP,40,二）、肽链合成延长,指根据,mRNA,密码序列的指导，次序添加氨基酸从,N,端向,C,端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为,核蛋白体循环(ribosomal cycle),，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：,进位(entrance),成肽(peptide bond formation),转位(translocation),41,延伸过程所需蛋白因子称为延长因子,(,elongation factor, EF),原核生物：,EF-T (EF-Tu, EF-Ts),EF-G,真核生物：,EF-1 、EF-2,42,原核延长因子,生物功能,对应真核延长因子,EF-Tu,促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP,EF-1-,EF-Ts,调节亚基,EF-1-,EFG,有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放,EF-2,肽链合成的延长因子,43,延长过程,1 进位（注册）：,氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核蛋白体的A位。,AUG,P位 A位,EFT,44,延长因子,EFTu EFTs,AA-tRNA-Tu-GTP,EF-Tu-GTP,Ts,（EF-Tu+Ts）,GTP,+ Aa-tRNA,45,AA,tRNA-Tu-GTP,小亚基上的mRNA,AA,tRNA- mRNA,Tu-GTP,Pi,EF-T,Tu-GDP,Ts +,46,EFT,+,GTP,+,AA-tRNA,AA-tRNA-Tu-GTP,+,Ts,Pi + Tu-GDP,+,aa-tRNA-mRNA,mRNA,Ts,47,2 成肽,P位 A位,AUG,P位的fMet-tRNA,i,met,的酰基与A位上的AA-tRNA的氨基成肽键。tRNA本身则从P位脱落，使P位空出。,转肽酶,核蛋白体大亚基上的蛋白质（rpL）。,48,49,3 转位,在A位上的二肽连同tRNA从A位转移到P位。,50,P位 A位,P位 A位,51,52,三）、肽链合成的终止,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,53,终止相关的蛋白因子称为释放因子,(release factor, RF),一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。,二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。,释放因子的功能,原核生物释放因子：,RF-1，RF-2，RF-3,真核生物释放因子：,eRF,54,终止过程,1当翻译到A位mRNA出现终止密码时，由RF-1或RF-2识别终止密码进入A位。,3,激活核蛋白体上的转肽酶（具酯酶活性）。使P位上的肽与tRNA分离。,3在RR作用下，tRNA，mRNA及RF均从核蛋白体脱落，在IF作用下，核蛋白体解聚成大小亚基。,55,UAA,UAA,RF3,RF1,2,56,UAA,RR,57,四、蛋白质合成后加工和输送,Posttranslational Processing & Protein Transportation,58,一）翻译后加工修饰,1 亚基聚合,例,Hb分子由,2,2,组成,2 辅基连接,例,糖蛋白的糖基，,59,3 去除N-端的N-甲酰基或N-蛋氨酸,Met,Met,Met,脱甲酰基或氨基肽酶,60,1）,磷酸化,在含-OH基的R基团磷酸化，由激酶催化，使蛋白质活性,增高,或,降低,。,2）,羟化,结缔组织蛋白质脯氨酸残基和赖氨酸残基羟化。,3）,二硫键的形成,稳定蛋白质构象,4 个别氨基酸的修饰,61,5,水解修饰,以POMC为例,信号肽,N,C,-MSH,- MSH Endophin,103肽 ACTH,-LT,62,二）蛋白质合成后的靶向输送,蛋白质合成后从核蛋白体定向到达其执行功能的目标地。,靶细胞,靶组织,靶器官,细胞膜,63,去向,1保留在,胞浆,2进入细胞核、线粒体等,细胞器,3分泌至体液，再输送到,靶器官和靶细胞,64,1定义,穿过合成所在的细胞，到其它组织细胞去的蛋白质。,例如：肽类激素、血浆蛋白、抗体蛋白等。,2特点,（1）信号肽,分泌性蛋白质N端的一段疏水氨基酸较多的肽。,其作用是将合成的蛋白质移向胞膜，送出胞外。,（2）蛋白质的前体：,例如前胰岛素原等。,分泌性蛋白质,65,信号肽,N-端,碱性氨基酸末端区,疏水核心区,加工区,信号肽酶,66,3分泌性蛋白的转运机制,信号假说：,信号肽被信号肽识别粒子（SRP）辨认、结合，把正在合成蛋白质的核蛋白体带到细胞膜的胞浆面，与对接蛋白（DP）结合，促使膜蛋白通道开放，信号肽引导正在合成的蛋白质 穿过胞膜，信号肽折回膜内，由膜外侧的信号肽酶在加工区切断，成熟蛋白则释放至胞外。,67,SRP,DP,信号肽,信号肽酶,胞浆,胞膜,68,五、蛋白质生物合成与医学,69,蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。,可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。,70,抗生素,(antibiotics),是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。,抗代谢药物,指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如,：,6-MP,。,某些毒素也作用于基因信息传递过程,。,71,一、抗生素类,抗生素,作用点,作用原理,应用,四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）,链霉素、卡那霉素、新霉素,氯霉素、林可霉素,红霉素,梭链孢酸,放线菌酮,嘌呤霉素,原核核蛋白体小亚基,原核核蛋白体小亚基,原核核蛋白体大亚基,原核核蛋白体大亚基,原核核蛋白体大亚基,真核核蛋白体大亚基,真核、原核核蛋白体,抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合,改变构象引起读码错误、抑制起始,抑制转肽酶、阻断延长,抑制转肽酶、妨碍转位,与EFG-GTP结合，抑制肽链延长,抑制转肽酶、阻断延长,氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落,抗菌药,抗菌药,抗菌药,抗菌药,抗菌药,医学研究,抗肿瘤药,抗生素抑制蛋白质生物合成的原理,72,四环素族,氯霉素,链霉素和卡那霉素,嘌呤霉素,放线菌酮,73,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,毒素,(,toxin),干扰素,(interferon),74,白喉毒素,(diphtheria toxin),的作用机理,白喉毒素,+,+,延长因子,-2,（,有活性,）,延长因子,-2,（,无活性,）,75,干扰素的作用机理,干扰素诱导的蛋白激酶,dsRNA,1. 干扰素诱导eIF,2,磷酸化而失活,ATP,eIF,2,ADP,eIF,2,-P（失活）,Pi,磷酸酶,76,2. 干扰素诱导病毒RNA降解,降解,mRNA,dsRNA,干扰素,A,A,P,A,P,PPP,2,5,2,5,5,2,- 5,A,A,PPP,ATP,2-5A,合成酶,RNaseL,RNaseL,活化,77,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,谢谢大家！,结 语,