生物化学-第十章蛋白质的生物合成

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,*,第十章 蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成,翻译过程,十分复杂，需要,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,和多种蛋白因子参与。在此过程中,mRNA,为合成的模板，,tRNA,为运输氨基酸工具，,rRNA,和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为,N,C,端。,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,二、,t RNA,蛋白质合成体系的组分,三、,核糖体,蛋白质合成体系,一、,mRNA,和,遗传密码,四、,辅助因子,mRNA,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。,m R N A,第一节 遗传密码,遗传密码,:,DNA,（或,mRNA,）,中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。,密码子,(,codon,),：,mRNA,上每,3,个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个,密码子,或,三联体密码,。,遗传密码字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位,（,5,）,第三位,（,3,）,UCAG,UCAG,UCAG,遗传密码的性质,3,、密码的,简并性,与,摆动性,：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子,(Synonymous,codon,),。,多数情况下同义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。,1,、密码子是近于完全通用的。,2,、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。,4,、,64,组密码子中，,AUG,既是甲硫氨酸的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：,UAG,、,UAA,、,UGA,。,核糖体,第二节核 糖 体,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。,2,、,核糖体的功能,1,、,核糖体的结构,和,组成,核糖体的组成,原核生物核糖体的组成,原核生物核糖体结构示意图,多,多核糖体与核糖体循环,合成完毕的肽链,多核糖体,3,mRNA,延伸中的肽链,5,核糖体循环,原核细胞,70S,核糖体的,A,位、,P,位及,mRNA,结合部位示意图,anticodon,codon,30S,与,mRNA,结合部位,P,位,（,结合或接受肽基的部位）,A,位,（,结合或接受,AA-,tRNA,的部位）,50S,5,3,mRNA,真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子,阶段,原核,真核,功 能,IF1,IF2,eIF2,参与起始复合物的形成,IF3,eIF3,、,eIF4C,起始,CBP I,与,mRNA,帽子结合,eIF4 A B F,参与寻找第一个,AUG,eIF5,协助,eIF2,、,eIF3,、,eIF4C,的,释放,eIF6,协助,60S,亚基从无活性的核糖体上解离,EF-,Tu,eEF1,协助氨酰,-,tRNA,进入核糖体,延长,EF-Ts,eEF1,帮助,EF-,Tu,、,eEF1,周转,EF-G,eEF2,移位因子,RF-1,终止,eRF,释放完整的肽链,RF-2,t RNA,（,transfer ribonucleic,asid,）,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。,1,、,tRNA,的结构特征,三叶草型二级结构,第三节,t RNA,的功能,（,1,）被特定的氨酰,-,tRNA,合成酶识别，使,tRNA,接受,正确的活化氨基酸。,（,2,）,识别,mRNA,链上的密码子。,（,3,）在蛋白质合成过程中，,tRNA,起着连结生长的多,肽链与核 糖体的作用。,2,、,tRNA,的功能,密码子与反密码子的配对关系,反密码子,tRNA,5,3,A U C,5,mRNA,3,密码子,1 2 3,第四节 蛋白质生物合成的分子机制,一、,氨基酸的活化,二、,原核生物多肽链的合成过程,四、,真核生物多肽链的合成,三、,多核糖体与核糖体循环,氨基酸的活化,E,E,AA,E,AA,tRNA,AA,E,tRNA,AA,E,tRNA,AA,氨基酸,ATP+,氨酰腺苷酸,E,-,AMP,PPi,第一步,AMP,第二步,E,氨基酸的活化,3-,氨酰,-,tRNA,N-,甲酰甲硫氨酰,-,tRNA,f,Met,的形成,CHO,-HN-CH-COO-,tRNA,CH,2,CH,2,S,COO-,+,H,2,N-CH-COO-tRNA,CH,2,CH,2,S,COO-,Met-,tRNA,f,Met,fMet-tRNA,f,Met,N,10,-,甲酰,FH,4,FH,4,转甲酰酶,氨酰,-,tRNA,合成酶特点,a,、,专一性,：,对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于,L-,氨基酸，不作用于,D-,氨基酸。,对,t RNA,具有极高专一性。,b,、,校对作用,：,氨酰,-,tRNA,合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。,1,、,肽链合成的起始,2,、,肽链的延长,3,、,肽链合成的终止及释放,原核生物多肽链的合成过程,原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。,一、,肽链合成,的起始,翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的,tRNA,和,mRNA,结合到核糖体上形成起始复合物的过程。大肠杆菌中翻译的起始过程是：,1,、,mRNA,在,核糖体小亚基上就位,mRNA,靠,S-D,序列,同,16S,rRNA,的互补及,IF-3,的固定作用和,IF-1,的帮助，首先进入核糖体小亚基，这时候,AUG,的位置正好对应于大亚基的,P,位。,fMet,-,tRNA,fMet,在核糖体小亚基上就位,在,IF-2,和,GTP,帮助下，,fMet,-,tRNA,fMet,进入小亚基上与起始密码相应的位置，整个过程对,fMet,-,tRNA,fMet,是特异和严格的，其余的氨基酰,-,tRNA,都不能进入到这个位置上。这步还包括,IF-1,的脱落。,50S,大亚基结合到,30S,小亚基上形成,70S,起始复合物，,同时释放出,IF-2,、,IF-3,，,GTP,水解成,GDP,和,Pi,，,完成起始过程。,肽链合成的起始,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,codon,anticodon,A,位,P,位,mRNA,+,30S,亚基,-,IF3,A,位,IF-3,5,3,IF2,GTP,P,位,IF3 IF2 IF1,IF2-,GTP,-,fMet-tRNA,IF3,50S,亚基,IF2+IF1,+GDP+Pi,IF-1,IF1,70S,起始复合物,在起始复合物中，核糖体的,P,位被,mRNA,上,AUG,及其对应的,fMet,-,tRNA,f,Met,占据，而,A,位则空着，有待于对应,mRNA,上第二个密码的相应,AA-,tRNA,AA,进入，这时进入肽链的延长阶段。,二、,肽链的延长,肽链的延长,1,2,1,2,2,3,2,3,进位,肽键形成,移位,进位,(,Tu,Ts,),GTP,GTP,N-端,2,3,5,3,C-端,肽键形成,1,5,3,（EF-G）,二、肽链的延长,肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：,进位、成肽和移位,。,真核生物的肽链延长与此类似，,eEF-1,中的,eEF-1,、,eEF-1,相当于,EF-,Tu,和,EF-Ts,，,eEF-2,相当于,EF-G,。,进位,即新进入的氨基酰,-,tRNA,根据,mRNA,上密码的指引，结合到,70S,核糖体的,A,位。这一步反应需要,GTP,和延伸因子,EF-,Tu,和,EF-Ts,的参与。,Tu,Ts,循环,成肽,即,P,位上的,N-,甲酰甲硫氨酸的,C=O,在肽酰转移酶催化下与,A,位上的,AA-,tRNA,的,NH,2,发生反应，这样,N-,甲酰甲硫氨酸在,A,位,成为二肽，,P,位留下一个无负载的,tRNA,。在,成肽反应结束后，这个无负载的,tRNA,从,核糖体上脱落，使,P,位留空。,肽,键的形成,移位,指在移位酶,(,又称为延伸因子,G,，,EF-G),催化及,GTP,存在下，整个核糖体相对于,mRNA,从,5,向,3,方向的移动，移动的长度为一个密码子的距离，这时,A,位的二肽从,A,位进入,P,位。,移位的结果使二肽,-,tRNA,占据了,P,位，,A,位留空，并对应,mRNA,上第三号密码子，为第三号氨基酸按密码的指引进入,A,位进位作好了准备。,在整个肽链延长过程中，起始的,fMet,可保留至翻译终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在新生的肽链里一般并不以甲硫氨酸作为,N-,末端。,由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读,mRNA,密码是从,5,向,3,方向进行，肽链合成是从,N-,末端向,C-,末端方向进行。,原核生物,功能,真核生物,EF-,Tu,协助氨基酰,-,tRNA,进入,A,位,eEF-1,EF-Ts,结合,GTP,eEF-1,EF-G,转位酶，协助,mRNA,前移，由,A,位进入,P,位，释放无负载,tRNA,eEF-2,翻译延伸因子,三 肽链合成的终止,肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工的肽酰,-,tRNA,上水解释放出来，,mRNA,从核糖体中脱离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子,RF,的参与。,原核生物的,RF,有三种：,RF-1,能识别终止密码,UAA,和,UAG,；,RF-2,能识别,UAA,和,UGA,；,RF-3,结合,GTP,，,促进,RF-1,、,RF-2,对,核糖体的结合。,真核生物的终止过程仅有一个,eRF,。,肽链终止的具体过程：,当,mRNA,的终止密码进入,A,位时，因无,AA-,tRNA,与之对应，所以由,RF-1,或,RF-2,识别终止密码，进入,A,位。,RF-3,可加强这种作用。,RF,的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯酶活性，将,P,位上的肽链从,tRNA,上水解下来（肽链,C,端与,tRNA,3,OH,酯键的水解）。,GTP,水解为,GDP,和,Pi,，,释放的能量使留在核糖体上的,tRNA,及各种,RF,、,mRNA,脱落下来，最终核糖体也分解为大小两个亚基。,肽链合成的终止及释放,（,1,）释放因子,RF,1,或,RF,2,进入核糖体,A,位。,（,2,）多肽链的释放,（,3,）,70S,核糖体解离,5,3,UAG,30S,亚基,50S,亚基,5,3,UAG,tRNA,RF,