南京農(nóng)業(yè)大學(xué)考研復(fù)習(xí)-生物化學(xué)-蛋白質(zhì)的生物合成

1、蛋白質(zhì)的生物合成,翻 譯,蛋白質(zhì)的生物合成,蛋白質(zhì)生物合成:是指mRNA分子上核苷酸的遺傳信息，變成蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸排列順序的過程。翻譯:遺傳信息（堿基排列順序，英文）由mRNA攜帶到蛋白質(zhì)多肽鏈上體現(xiàn)為氨基酸殘基排列順序（中文）的過程，類似一種語言翻譯成另一種語言時的情形相似，所以稱為翻譯。,特 點,翻譯過程十分復(fù)雜 -- 參與因素多 -- 合成步驟繁,第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系,,三、tRNA,四、核糖體

2、,一、20種氨基酸,五、酶和輔助因子及無機離子、以ATP 、GTP,合成方向：N→C端,二、 mRNA和遺傳密碼,翻譯模板mRNA及遺傳密碼,* mRNA是遺傳信息的攜帶者,遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。 原核生物的一段mRNA常常編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，這種mRNA被稱為多順反子（poly cistron）。,真核生物的一段mRNA常常只能編碼一條多肽鏈，這種mRNA被稱為單順反子（single

3、cistron）。,mRNA,(messenger RNA)是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體,,,原核細胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點,,,,,,,,,5,3,先導(dǎo)區(qū),,AGGAGGU,,SD區(qū),一條mRNA鏈編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì),真核細胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點,m7G-5ppp-N-3 p,AAAAAAA-OH,一條mRNA鏈只能為一種蛋白質(zhì)編碼,原核生物和真核生物mRNA的比較,（一）密碼子(codon):

4、mRNA自5‘→3’方向每三個堿基形成一個三聯(lián)體,即一個遺傳密碼體現(xiàn)一個氨基酸信息 密碼子的數(shù)量 43 =64 密碼子的發(fā)現(xiàn) : 1965年，Nirenberg用poly u加入C14標記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,最后用核苷酸的共聚物破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表,遺 傳 密 碼,,遺傳密碼表,密碼子的特點,(1)連續(xù)性:兩個密碼子之間無任何核苷酸加以隔開和重疊，如插入/刪除

5、堿基，可發(fā)生移碼突變或框移,,密碼子的特點,(2)簡并性: 除Met，Trp外，其余氨基酸均由2個以上密碼子編碼。其中 UAG,UAA,UGA是終止密碼子,AUG是起始密碼子同時又編碼蛋氨酸；但細菌例外，在細菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸(3)通用性:所有的生物使用同一套密碼子，僅有少數(shù)例外，例如：線粒體起始密碼子為AUG、AUU;終止密碼為AGA，AGC；色氨酸為UGA等,,密碼子的特點,（四）擺動性：一種氨基酸可有多個密碼子

6、 反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則，可出現(xiàn)U-G,I-C,I-A,此種配對為不穩(wěn)定配對，又稱搖擺性。一般前兩個堿基決定其專一性，第三位堿基可有變異,,tRNA反密碼環(huán),mRNA,tRNA（transfer ribonucleic asid）,tRNA 在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體,tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖

7、,tRNA與氨基酸的活化,反密碼環(huán),氨基酸臂,A C C,,,1 2 3,tRNA,1.結(jié)合氨基酸:氨基酸各有其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3‘-CCA的位置 2.反密碼子:每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座,同功受體tRNA：攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一組tRNA。,？,tRNA,3.起始密碼子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始密碼 &

8、#160;    真核生物甲硫氨酸：tRNAmet     原核為甲酰化的甲硫氨酸，用tRNAfmet表示, tRNAfmet的甲酰基由N10-甲酰四氫葉酸提供,核糖體,是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進行的組成：大小亞基原核：30s +

9、50s ＝70s 真核: 40s + 60s ＝80s,核蛋白體的組成,原核生物核糖體的組成,核糖體,分類：一類附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與分泌蛋白的合成；另一類游離于胞質(zhì)，參與細胞固有蛋白質(zhì)的合成 功能：核糖體相當于裝配機，大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性，促進氨基酸合成肽,,原核細胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖,,30S,與mRNA結(jié)合部位,肽位：結(jié)合或接受肽基的部位,,受位/氨基酰位：結(jié)合或接受AA-tRNA的部位,,50S,

10、P,A,T,轉(zhuǎn)肽酶,,多核蛋白體,5′,3′,,一mRNA上可同時結(jié)合多個核蛋白體進行蛋白質(zhì)多肽鏈合成,五、輔助因子,在蛋白質(zhì)合成體系中，還有溶解在胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)，在蛋白質(zhì)合成的不同階段起作用，分別有：,起始因子（IF）：原核生物中有IF1、IF2、IF3,延長因子（EF）：原核生物中有EF-Tu、EF-Ts、EF-G,終止因子（RF）：原核生物中有RF1、RF2、RF3,蛋白質(zhì)因子,參與翻譯的蛋白質(zhì)因子,階段　原核 真核

11、 功 能　　　IF1　　　IF2　　 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成　　　　IF3　　 eIF3、eIF4C起始　　　　 　CBP I 與mRNA帽子結(jié)合 　　　　　　 　eIF4A B F 參與尋找第一個AUG　　　　　　 　eIF5 協(xié)助eIF2、eIF3

12、、eIF4C的釋放　　　　　　　 eIF6 協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離　　　EF-Tu　 eEF1? 協(xié)助氨酰-tRNA進入核糖體延長　EF-Ts　 eEF1 ?? 幫助EF-Tu 、 eEF1?周轉(zhuǎn) 　　　EF-G　 eEF2 移位因子　　　終止 RF-1 eRF 釋放完整的肽鏈　　 R

13、F-2,因子前加“e” 表示真核生物(eukaryotic),五、輔助因子,ATP、GTP、Mg2+,其它因子,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的合成過程（以原核為例）,一、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運二、翻譯起始三、肽鏈的延長四、肽鏈合成終止,一、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運,氨基酸活化→活化氨基酸的搬運→活化氨基酸與核蛋白體結(jié)合 1.參與活化轉(zhuǎn)運的酶    氨基酰-tRNA合成酶:特異性強,催化特定的氨基酸與特異的t

14、RNA結(jié)合，每種氨基酸有特異的合成酶催化，此種特異性保證了遺傳信息準確翻譯,氨基酰tRNA的生成--- 氨基酸的活化,,氨基酰tRNA合成酶,ATP,PPi,氨基酰tRNA,2.催化過程    氨基酸+ATP+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP+ppi,氨基酰tRNA的表示方法,丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala,精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg,甲硫氨基酰tRNA： met-t

15、RNAmet,氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。（氨基酸—相應(yīng)的一組同功受體tRNA) 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。,起始密碼子AUG編碼的met由tRNAmet （真核） 或tRNAfmet（原核）轉(zhuǎn)運,真核細胞起始密碼子編碼的met不須甲?；?大腸桿菌起始密碼子編碼的met須甲?；?原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met + ATP + tRN

16、A ? Met – tRNA + AMP + PPi,甲硫氨(蛋氨)酰tRNA合成酶,,一、氨基酸的活化,原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met-tRNA在轉(zhuǎn)甲酰酶的作用下，在其Met的-NH2上甲?；?。,fMet – tRNA,一、氨基酸的活化,二、翻譯起始（原核）,30S亞基? mRNA IF3- IF1復(fù)合物,30S? mRNA ? GTP- fMet –tRNA- IF2- IF1復(fù)合物,,70S起始復(fù)合物,,m

17、RNA +30S亞基-IF3,,mRNA中的SD序列與30s的互補序列結(jié)合,mRNA與30s形成復(fù)合物,IF1,IF3參與復(fù)合物的形成,,核蛋白體上含給位p與受位A，AUG信號與給位相對應(yīng)結(jié)合。同時fmet-tRNA的反密碼子CAU與mRNA的AUG互補結(jié)合,50s的結(jié)合：50s與30s復(fù)合物形成70s啟動前復(fù)合體,同時伴有GTP水解；IF1 IF2脫落,形成了啟動復(fù)合體,fmet-tRNA的結(jié)合：與以上過程同時發(fā)生，fmet-tRNA

18、辨認并與mRNA 模板中的AUG結(jié)合。反應(yīng)需IF2,GTP,Mg2+參與;而IF3脫落,70S啟始復(fù)合物由大、小亞基,mRNA,fmet-tRNAfmet構(gòu)成,三、肽鏈的延長,延長即核蛋白體自mRNA 5‘端向3’端推進，反應(yīng)需延長因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和無機離子參與,狹義的核蛋白體循環(huán),進位,成肽,轉(zhuǎn)位,,,,,,Tu-GDP,GDP,Ts,Tu-Ts,Tu-GTP,GTP,Pi,,,氨基

19、酰-tRNA進入A位,三、肽鏈的延長步驟,1.進位： aa進入受位，反應(yīng)需GTP, Mg2+，EF-Tu（EF-Ts）,,,Mg2+，K+,轉(zhuǎn)肽酶,,2.成肽（轉(zhuǎn)肽與脫落）：50s大亞基上的給位有肽酰轉(zhuǎn)移酶活性，催化給位的甲酰蛋氨酸與受位新進的aa結(jié)合形成肽鍵，同時給位上的tRNA脫落,3.轉(zhuǎn)位（移位）,反應(yīng)需EFG, GTP, Mg2+參與      核蛋白體向mRNA 3‘端移動一個密

20、碼子的距離，受位進入一個新密碼子，帶肽鍵的tRNA由受位移至給位     肽鍵每增加一個氨基酸就按 進位→成肽→轉(zhuǎn)位 這三步不斷重復(fù)，直到肽鏈增長到必要的長度,OH,EFG，GTP,5′→3′,,,,進位,成肽,轉(zhuǎn)位,成肽,,N→C延長,轉(zhuǎn)位（移位）,四、肽鏈合成終止,需終止因子RF和IF3參與。終止信號出現(xiàn)，釋放因子（release factor,RF）與其結(jié)合。RF有三種RF1，RF2，RF

21、3,1.終止密碼子的辨認,,RF-1或RF-2,,RF1和 RF2識別終止密碼，進入A位,,H-OH,轉(zhuǎn)肽酶,,2. 肽鏈的水解和脫落,RF3使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗庾饔?，使P位上肽鍵與tRNA之間的酯鍵被水解分離。肽鏈自核蛋白體釋出,3.tRNA、RF、mRNA的釋放，核蛋白體大小亞基的解聚,,,,,OH,,RF，GTP,RF,IF-3IF-1,在RF作用下，tRNA、核蛋白體自mRNA上脫落，在IF1作用下，核蛋白體分解為大、小亞基重新

22、進入核蛋白體循環(huán),,,,,,,,1. 起始,2. 肽鏈延長,3. 終止,廣義的核蛋白體循環(huán),小 結(jié),1．合成方向：對mRNA的移動是自5‘→3’肽鏈合成方向自N端→C端 2．能量計算：活化與啟動消耗2個高能鍵，生成一個肽鍵時需2個GTP,生成一個肽鍵的整個過程需4個高能鍵3．核蛋白體循環(huán)：在細胞內(nèi)的翻譯是以多個核蛋白體聚在一起的形式，一條mRNA上可同時合成多條同樣的多肽。合成速度40aa/S,真核與原核蛋白質(zhì)合成的異

23、同,真核               原核 核蛋白體           80S          &

24、#160;     70S 含蛋白數(shù)量        多于80             少于60 小亞基結(jié)構(gòu) 無嘧啶區(qū)和互補區(qū)  含嘧啶區(qū)與互補 tRNA   &#

25、160;           tRNAmet            tRNAfmet 啟動            

26、eIF 9-10種 需ATP            小亞基先與tRNA結(jié)合，在與mRNA結(jié)合延長              EF1,EF2       

27、60;     EFTu EFTs 終止              RF 需 GTP       RF1，RF2，RF3,第三節(jié) 翻譯后加工,合成后的多肽需經(jīng)一定的加工，修飾或互相聚合才有活性 一

28、、翻譯后的加工修飾 二、分泌蛋白的跨膜轉(zhuǎn)運,一、翻譯后的加工修飾,1. 多肽鏈的折疊,蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（protein disulfide isomerase）和肽基脯氨酸異構(gòu)酶（peptidyl prolyl isomerase）參與蛋白質(zhì)的折疊過程。,前者能加速蛋白質(zhì)正確二硫鍵的形成。后者則加速脯氨酸亞氨基肽鍵的順-反異構(gòu)化。,分子伴侶,一、翻譯后的加工修飾,2. N端加工,原核生物,,脫甲酰基酶,,氨肽酶,,,,真核細

29、胞,一、翻譯后的加工修飾,3. 氨基酸殘基的修飾： 磷酸化、羥基化、乙?；?、糖基化…4. 水解加工：酶前體的活化5. 亞基聚合：Hb 4亞基的聚合,蛋白質(zhì)的定位,1.共翻譯轉(zhuǎn)移包括：分泌蛋白、質(zhì)膜蛋白、溶酶體蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體滯留蛋白。2.翻譯后轉(zhuǎn)移核基因組編碼的線粒體和葉綠體蛋白。,二、分泌蛋白的跨膜轉(zhuǎn)運,將合成后的蛋白質(zhì),定向到達行使功能目標地的過程為跨膜轉(zhuǎn)運 信號肽：使核蛋白體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合

30、，合成的肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔運至靶器官，信號肽酶可切除信號肽，使成熟的蛋白質(zhì)釋放至胞外,信號肽結(jié)構(gòu),由被轉(zhuǎn)運多肽鏈的N端約10-40多個氨基酸構(gòu)成 。分三個區(qū)：    N端為親水區(qū)含堿性氨基酸, 提供正電荷    中心疏水區(qū)含中性或疏水性氨基酸    C末端是信號肽酶切割信號肽的部位,轉(zhuǎn)運過程,（1）信號肽被信號

31、肽識別粒子（SRP）結(jié)合，此時，多肽的合成就暫時停止或放慢；SRP把核蛋白體帶至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的胞漿面與對接蛋白（停泊蛋白）結(jié)合，即核蛋白體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合，新生肽鏈恢復(fù)延長。（2）信號肽被信號肽酶切割掉，蛋白質(zhì)分泌到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔,分泌蛋白的轉(zhuǎn)運過程,蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系,一、分子病（molecular diseases）二、蛋白質(zhì)合成的阻斷劑 蛋白質(zhì)生物合成自復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的不同過程均有抑制劑能加以阻斷。抑制劑包括抗菌素和

32、毒素等,分子病,分子?。阂駾NA分子基因的缺陷,使某種蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸序列發(fā)生改變導(dǎo)致的遺傳病。    例：鐮刀形紅細胞貧血。病因：編碼血紅蛋白b鏈的基因，其DNA上的T被A代替，導(dǎo)致b鏈氨基端第6位的谷氨酸被纈氨酸代替,蛋白質(zhì)合成的阻斷劑,抗生素 1.四環(huán)素：抑制氨基酰-tRNA與原核細胞的小亞基結(jié)合 2.氯霉素：與原核細胞的大亞基結(jié)合,對真核線立體合成有阻斷作用

33、 3.鏈霉素：與原核細胞30S核糖體結(jié)合，引起密碼錯讀。白喉毒素：抑制哺乳類動物的延長因子EFT2的活性,《蛋白質(zhì)生物合成》課堂練習(xí)下列為終止密碼子 UCA B. UAA C. UGA UAG E. AUG下列是關(guān)于遺傳密碼的論述，錯誤的是低等生物和高等生物的遺傳密碼是不同的B. 遺傳密碼閱讀的方向總是從mRNA的5′? 3′方向閱讀m

34、RNA分子中的“三聯(lián)體”時，相互間有標點符號隔開每種氨基酸都有2個或2個以上的密碼子tRNA的1位反密碼子與mRNA的3位密碼子互補配對時，不完全符合堿基配對規(guī)則,,,,,,,3. 核糖體作為蛋白質(zhì)合成的場所，其中的蛋白質(zhì)至少 包括下列因子 A. 起始因子（IF） B. 延長因子（EF） C. 釋放因子（RF） D. ?因子 E. ?因子4. 核糖體小亞基16SrRNA結(jié)合mRNA，主要