蛋白质合成与加工(翻译)(精品)

,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,第二层,第三层,第四层,第五层,*,目 录,蛋白质的合成,与加工,Protein Synthesis and Processing,第十八章,1954,年，,Paul Zamecnik,及其同事实验证明体内蛋白质是由氨基酸合成的。,1956,年，他们发现了氨基酰,-tRNA,合成酶。,1958,年，,M.B.Hoagland,和,Zamecnik,又发现蛋白质生物合成需要可溶性,RNA,为中介。,1961,年，,Howard Dintzis,证明血红蛋白肽链合成方向是从,N-,末端向,C-,末端进行。,19611966,年间，,Nirencerg,、,Matthaei,和,Khorana,先后确定了,64,个遗传密码。,19731976,年，麦胚无细胞体系、兔网织无细胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于揭晓。,蛋白质的生物合成,，即,翻译,（,translation,）,翻译的过程,就是将核酸中,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分子中,20,种,氨基酸的排列顺序,。,蛋白质合成体系的组成,Components Required for Protein Biosynthesis,第一节,参与蛋白质生物合成的三种,RNA,：,mRNA,（,messenger RNA,信使,RNA,）,rRNA,（,ribosomal RNA,核糖核蛋白体,RNA,）,tRNA,（,transfer RNA,转移,RNA,）,辅助因子包括,:,起始因子,(initiation factor,IF),延长因子,(elongation factor,EF),释放因子（终止因子）,(release factor,RF),等,氨基酰,-tRNA,合成酶,(aminoacyl-tRNA synthetase),一、,mRNA,是蛋白质,/,多肽链合成的模板,在遗传信息传递过程中，,DNA,转录生成,mRNA,，,mRNA,作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。,mRNA,包括,5,-,非翻译区,(,5,-untranslated region,5,-UTR),开放阅读框架区,(,open reading,frame,ORF),3,-,非翻译区,(,3,-untranslated region,3,-UTR),原核生物,mRNA,真核生物,mRNA,非翻译区,核蛋白体结合位点,起始密码子,终止密码子,编码序列,PPP,5,3,蛋白质,PPP,m,G-,5,3,蛋白质,AAA,目 录,（一）,mRNA,含有,64,种密码子,mRNA,分子上每,3,个核苷酸构建一个密码子，编码某一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、终止信号，称为,三联体密码,(triplet codon),，也称,遗传密码子,(genetic codon),。,起始密码,(initiation codon):AUG,终止密码,(termination codon):,UAA,、,UAG,、,UGA,遗传密码表,目 录,遗传密码具有通用性,(,universal,),（二）遗传密码具有,几个特性,从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。,已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。,密码子具有方向性,(,direction,),起始密码子总是位于,mRNA,开放阅读框架的,5,末端，终止密码子位于,3,末端。,翻译的方向是从,5,到,3,末端。,3.,遗传密码具有连续性,(commaless),密码子按,5 3,方向每,3,个一组阅读框架顺序翻译，无标点、不重叠，即,连续性,mRNA,开放阅读框架内发生一个或两个碱基插入或缺失，可引起,移码突变,(frameshift mutation),。,翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。,4.,遗传密码具有简并性,(degeneracy),目 录,简并性，即,同一种氨基酸具有多个密码子，或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。,遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅对应一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上密码子为其编码。,简并性,(degeneracy),目 录,5.,遗传密码具有摆动性,（,wobble,）,编码同一氨基酸的不同密码子互称同义密码子；同义密码子之间的差异通常只在第,3,位碱基上，密码子第,3,位碱基与,tRNA,反密码子,不严格遵守碱基配对规律,，而是,摆动,碱基配对。,U,摆动配对,目 录,密码子、反密码子配对的摆动性,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,二、,一种,tRNA,只能转运一种氨基酸但一种氨基酸可由几种,tRNA,转运,反密码环,氨基酸臂,tRNA,的三级结构示意图,三、,rRNA,与蛋白质组成核糖体,目 录,蛋白质合成场所,核糖体的组成,目 录,原核生物核糖体,70 S,Mt,2.710,6,真核生物核糖体,80S,Mt,4.2,10,6,核糖体在蛋白质合成中有主要作用：,核糖体两亚基上具有结合,mRNA,的位点，还有与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的结合位点；并且具有两个,tRNA,结合的位点；,A,位点是氨基酰,tRNA,结合位点，,P,位点是肽酰,tRNA,结合位点。,通过将,mRNA,、氨基酰,-tRNA,和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。,核糖体是合成蛋白质的场所。,20,种氨基酸（,AA,）,酶及众多蛋白因子，如,氨基酰,-tRNA,合成酶、起始因子,(initiation factor,，,IF),、,延长因子（,elongation factor,，,EF,）,、,释放因子（,release factor,，,RF,）,。,ATP,、,GTP,无机离子,四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子,大肠杆菌蛋白质合成的,5,个阶段所需化合物,1,氨基酸的活化,20,种氨基酸,20,种氨基酰,-,tRNA,合成酶,32,种（或多于,32,种）,tRNA,ATP,、,Mg,2+,2,起始,mRNA,N,-,甲酰甲硫氨酰,-,tRNA,fmer,mRNA,上的起始密码子（,AUG,）,30S,核糖体亚基,50S,核糖体亚基,起始因子（,IF,-,1,IF,-,2,IF,-,3,）,GTP,、,Mg,2+,3,延长,具有功能的,70S,核糖体（起始复合物）,密码子特异的氨基酰,-,tRNA,延长因子（,EF,-,Tu,EF,-,Ts,EF,-,G,）,GTP,、,Mg,2+,4,终止与释放,mRNA,上的终止密码,释放因子（,RF,-,1,RF,-,2,RF,-,3,）,5,折叠和翻译后的加工,特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，,水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅,基结合到蛋白质上,阶段,必需化合物,1,氨基酸的活化,20,种氨基酸,20,种氨基酰,-,tRNA,合成酶,32,种（或多于,32,种）,tRNA,ATP,、,Mg,2+,2,起始,mRNA,N,-,甲酰甲硫氨酰,-,tRNA,mRNA,上的起始密码子（,AUG,）,30S,核糖体亚基,50S,核糖体亚基,起始因子（,IF,-,1,IF,-,2,IF,-,3,）,GTP,、,Mg,2+,3,延长,具有功能的,70S,核糖体（起始复合物）,密码子特异的氨基酰,-,tRNA,延长因子（,EF,-,Tu,EF,-,Ts,EF,-,G,）,GTP,、,Mg,2+,4,终止与释放,mRNA,上的终止密码,释放因子（,RF,-,1,RF,-,2,RF,-,3,）,5,折叠和翻译后的加工,特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，,水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅,基结合到蛋白质上,阶段,必需化合物,蛋白质的合成过程,Protein Synthesis Process,第二节,氨基酸的活化,肽链合成的起始,(initiation),肽链的延长,(elongation),肽链合成的终止,(termination),及释放,整个翻译过程可分为,4,个阶段：,翻译过程从开放阅读框架的,5,-AUG,开始向,3,阅读,，按,mRNA,上三联体密码的顺序指导蛋白质从,N,端向,C,端合成，直至终止密码。,氨基酸,+,tRNA,氨基酰,-,tRNA,ATP,AMP,PPi,氨基酰,-tRNA,合成酶,（一）氨基酰,-tRNA,合成酶催化氨基酸与,tRNA,的连接,一、氨基酸活化成氨基酰,-tRNA,氨基酰,-tRNA,合成酶,(aminoacyl-tRNA synthetase),第一步反应,:,氨基酸,ATP-E,氨基酰,-AMP-E,PPi,目 录,第二步反应,:,氨基酰,-AMP-E,tRNA,氨基酰,-tRNA,AMP,E,目 录,（,型）,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,(editing activity),，即酯酶的活性 。,氨基酰,-tRNA,的表示方法：,Ser-tRNA,Ser,Met-tRNA,Met,（二）氨基酰,-tRNA,合成酶具有校读作用,二、起始阶段形成翻译起始复合物,指在起始因子的作用下，,mRNA,和起始氨基酰,-tRNA,分别与核糖体结合而形成,翻译起始复合物,(translational initiation complex),。,原核生物中有,3,种,起始因子,(initiation factor,，,IF),：,IF-1,、,IF-2,、,IF-3,真核生物起始因子被称作,eIF(eukaryotic initiation factor),eIF-1,、,-2,、,-3,、,-4,、,-5,和,-6,翻译的起始因子,真核起始因子,功能,eIF,-,1,多功能因子，参与多个翻译步骤,eIF,-,2,促进起始,Met,-,tRNA,Met,与核糖体,40S,小亚基结合,eIF,-,2B,又称鸟苷酸交换因子，将,eIF,-,2,上的,GDP,交换成,GTP,eIF,-,3,首先与,40S,小亚基结合的因子，并能加速后续步骤,eIF,-,4A,具有,RNA,解旋酶的活性，能解除,mRNA 5,端的发夹结构，,使其与,40S,小亚基结合。是,eIF-4F,的组成成分,eIF,-,4B,与,mRNA,结合，对,mRNA,进行扫描并定位第一个,AUG,eIF,-,4E,结合,mRNA,的帽子结构，是,eIF4F,的组成成分,eIF,-,4G,一种接头蛋白，能与,eIF-4E,、,eIF,-,3,和,poly A,结合蛋白结合将,40 S,的小亚基富集至,mRNA,，而刺激翻译。是,eIF4F,的组成,成分,eIF,-,5,促进上述起始因子从,40S,小亚基脱落，以便,40S,小亚基与,60S,大亚基结合形成,80S,起始复合物,eIF,-,6,促进无活性的,80S,核糖体解聚生成,40S,小亚基和,60S,大亚基,原核起始因子,功能,IF,-,1,防止,tRNA,过早地结合到,A,位,IF,-,2,促进,fMet,-,tRNA,fMet,结合到,30S,小亚基,IF,-,3,结合,30S,小亚基，防止它过早地与,50S,大亚基结合，并提高,P,位对,fMet,-,tRNA,fMet,的特异性,真核起始因子,功能,eIF,-,1,多功能因子，参与多个翻译步骤,eIF,-,2,促进起始,Met,-,tRNA,Met,与核糖体,40S,小亚基结合,eIF,-,2B,又称鸟苷酸交换因子，将,eIF,-,2,上的,GDP,GTP,eIF,-,3,首先与,40S,小亚基结合的因子，并能加速后续步骤,eIF,-,4A,具有,RNA,解旋酶的活性