第12章3节肽链的生物合成过程

2021/6/31大理学院基础医学院大理学院基础医学院林春榕林春榕The Biosynthesis Process of Peptide Chain2021/6/32本本节节重要知识点重要知识点 原核生物肽链合成基本过程；原核生物肽链合成基本过程； 70S 70S起始复合物的组成；起始复合物的组成； 参与原核生物肽链合成的主要蛋白质因子及其参与原核生物肽链合成的主要蛋白质因子及其生物学功能。生物学功能。2021/6/33蛋白质生物合成蛋白质生物合成 (protein biosynthesis) 以氨基酸为原料以氨基酸为原料； 以以mRNAmRNA为模板为模板； 以以tRNAtRNA为运载工具为运载工具； 以核糖体为合成场所以核糖体为合成场所； 起始、延长、终止各阶段起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与合成蛋白质蛋白因子参与合成蛋白质的过程的过程。2021/6/34 氨基酸的活化氨基酸的活化 肽链的生物合成肽链的生物合成 肽链形成后的加工肽链形成后的加工和靶向输送和靶向输送反应过程反应过程2021/6/35 翻译时，从翻译时，从mRNA的起始密的起始密码子码子AUG开始，按开始，按53方方向向逐一读码，直至终止密码逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从起始甲硫氨酸开始，从N-端端C-端端延长，直至终止密码延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨子前一位密码子所编码的氨基酸。基酸。 肽链的生物合成过程是翻译的中心环节肽链的生物合成过程是翻译的中心环节2021/6/36 起始起始(initiation) 延长延长(elongation) 终止终止(termination )n整个过程可分为整个过程可分为 ：原核生物的肽链合成过程原核生物的肽链合成过程翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 -AUG开始，按开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。至终止密码出现。 2021/6/37（一）起始（一）起始(initiation) 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。白体结合而形成翻译起始复合物的过程。1. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4. 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。2021/6/38IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离2021/6/39A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合2021/6/310原核生物原核生物mRNAmRNA在核蛋白体小亚基上的准确在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：定位和结合涉及两种机制： S-D S-D序列，又称核糖体结合位点序列，又称核糖体结合位点(ribosomal (ribosomal binding site, RBS);binding site, RBS); mRNAmRNA序列上紧接序列上紧接S-DS-D序列后的小核苷酸序列，序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1rpS-1识别并结合。识别并结合。通过通过RNA-RNARNA-RNA、RNA-RNA-蛋白质相互作用，蛋白质相互作用，mRNAmRNA序序列上的起始列上的起始AUGAUG即可在核糖体小亚基上准确定即可在核糖体小亚基上准确定位而形成复合体。位而形成复合体。2021/6/311nS-D序列序列在各种在各种mRNA起始起始AUG上游约上游约813核苷酸部位，核苷酸部位，存在一段由存在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为，称为Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又称，又称核蛋白体结合位核蛋白体结合位点点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自序列上的每个基因编码序列均拥有各自的的S-D序列和起始序列和起始AUG。2021/6/312S-D序列序列小亚基中的小亚基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶碱基端有一富含嘧啶碱基的短序列，如的短序列，如-UCCUCC-，通过与，通过与S-D序列碱序列碱基互补而使基互补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。2021/6/313IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基结合到小亚基A U G532021/6/314IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G532021/6/315IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程2021/6/316翻译翻译起始复合物的组分起始复合物的组分70S完整核糖体完整核糖体mRNAfMet-tRNAfMet2021/6/317起始因子的功能起始因子的功能 IF1-占据占据A位，防止结合其他的氨位，防止结合其他的氨基基酰酰tRNA; IF2-促进起始促进起始fMet-tRNAfMet与小亚基的结合；与小亚基的结合； IF3-促进大促进大、小亚基小亚基分离分离，提高，提高P位位对结合对结合fMet-tRNAfMet的敏感性的敏感性。2021/6/318 指在指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1. 进位进位(positioning)/注册注册(registration)2. 成肽成肽(peptide bond formation)3. 转位转位(translocation) （二）延长（二）延长(elongation) 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包括以，包括以下三步：下三步： 每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。2021/6/3191. 进位进位(positioning) 又称又称注册注册(registration)，是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核蛋白体合到核蛋白体A位的过程。位的过程。2021/6/320 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。 2021/6/3212021/6/322Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：进位的反应过程：2021/6/3232.成肽成肽(peptide bond formation) 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白体白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。 2021/6/324n成肽的反应过程成肽的反应过程2021/6/3253. 转位转位(translocation) 转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的的3 -端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体序列上的下一个密码子进入核蛋白体的的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的过程。过程。 转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G参与。参与。2021/6/326EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，可结合并活性，可结合并水解水解1分子分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向释放的能量促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进相对位移进入核蛋白体入核蛋白体P位，而卸载的位，而卸载的tRNA则移入则移入E位。位。n转位转位(translocation) 2021/6/3272021/6/328fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位2021/6/329进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长肽链合成延长(核蛋白体循环核蛋白体循环)过程过程2021/6/330延长延长因子的功能因子的功能 EF-Tu-促进促进氨氨基基酰酰-tRNA进入进入A位，结合并分位，结合并分解解GTP; EF-Ts-调节调节亚基；亚基； EF-G-有转位酶活性，有转位酶活性，促进促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放卸载与释放。2021/6/331（三）终止（三）终止(termination ) 指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA的终止密码子的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释中释出，出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。过程。 终止阶段需要释放因子终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3参与。参与。 2021/6/332原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 2021/6/333RF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。 n释放因子的功能：释放因子的功能：识别终止密码子识别终止密码子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性催化新生肽链与结合在催化新生肽链与结合在P位的位的tRNA之间之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。2021/6/334蛋白质生物合成的能耗蛋白质生物合成的能耗2021/6/335 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。合成以高速度、高效率进行。（四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体(polysome) 1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿并沿53方向读码移动，同时进行肽链合成，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体为多聚核蛋白体(polysome) 。 2021/6/336多聚核蛋白体多聚核蛋白体2021/6/337电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体2021/6/338思思 考考 题题1、试述原核生物肽链生物合成过程。试述原核生物肽链生物合成过程。2、简述参与原核生物肽链生物合成过程的蛋白质简述参与原核生物肽链生物合成过程的蛋白质因子及其生物学功能。因子及其生物学功能。3、试述原核生物试述原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确在核糖体小亚基上的准确定位的两种机制。定位的两种机制。2021/6/339部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！