蛋白质的生物合成(1)

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1、蛋白质的生物合成 Protein Biosynthesis,一.遗传信息翻译的基本原理 二.蛋白质合成的场所核糖体 三.蛋白质合成的基本过程 四.肽链合成后的加工修饰 五.蛋白质的降解,本章主要内容,一、遗传信息翻译的基本原理,翻译（translation）是指mRNA中的遗传信息转换成为蛋白质氨基酸序列的过程。 参与翻译过程的生物大分子 mRNA：翻译的模板，决定蛋白质中的氨基酸顺序。 tRNA：运输工具，携带氨基酸进入指定位置。 核糖体：RNA与多种蛋白质组成核糖体，蛋白质的装配机器。 多种蛋白质因子,（一）mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码 在mRNA链上从5端到3端每3个相邻的核苷酸

2、可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子。除了5端和3端的非翻译区外，整个mRNA链即是由串联排列的密码子组成，这样就把mRNA上的碱基排列顺序叫做遗传密码。密码子共有64种。 遗传密码的特点：1、通用性（线粒体和叶绿体例外）2、简并性 3、连续性 4、方向性（53）,遗传密码表,（二）tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸。 因而被称为蛋白质合成的接合器。,tRNA携带特定氨基酸的过程 第一步：氨基酸与ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP，完成氨基酸的活化。 第二步：活化氨基酸的氨酰基被转移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA并释放AMP，完成氨基酸

3、与tRNA的连接。,反密码子：tRNA中位于反密码环中有一个三联核苷酸，在蛋白质合成中能通过碱基互补配对识别mRNA上的密码子，称为反密码子。,反密码子的种类少于密码子的种类，所以必然存在一种反密码子识别多种密码子的现象。 密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对具有一定的灵活性。这就是密码子和反密码子配对的摆动性。,蛋白质合成的场所核糖体,核糖体：又称核蛋白体，是合成蛋白质的机器，按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。 （一）核糖体是由rRNA和蛋白质组成的大分子复合物 核糖体均由两个大小不同的两个亚单位组成，大的称大亚基，小的称小亚基。,比较原核

4、细胞与真核细胞的核糖体成分,（二）核糖体是蛋白质合成的场所 在细胞中核糖体分为游离核糖体和附着核糖体。 游离核糖体：游离在细胞质溶胶中，主要合成结构蛋白。 附着核糖体：附着在内质网上，主要合成分泌蛋白和膜蛋白。,蛋白质合成的场所核糖体,核糖体的五个活性部位 1、mRNA结合位点（重点） 原核生物小亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的性质 30S小亚基通过其16S rRNA的3端与 mRNA5端起始密码子上游碱基配对（SD序列）结合。 SD序列：即5-AGGAGGU-3序列 SD序列指导mRNA的起始密码子正确定位在30S小亚基的P位，称为核糖体结合位点。 在真核生物中，核糖体有专一位点

5、或因子识别mRNA的帽子结构，使mRNA与核糖体结合。 2、P位 3、A位 4、转肽酶活性部位 5、参与蛋白质合成的因子的结合部位,核糖体上的主要功能位点,原核细胞与真核细胞核糖体成分的比较,蛋白质合成的一般过程（重、难点）,分为五个过程： 氨基酸活化 起始 延长 终止和释放 加工修饰 1、氨基酸活化是蛋白质生物合成的预备阶段 氨基酸+tRNA+ATP 氨酰-tRNA+AMP+PPi （耗能反应） 2、起始过程形成起始复合物 起始阶段：核糖体大、小亚基，mRNA和具有启动作用的氨酰-tRNA装配为起始复合物的过程。,蛋白质合成的一般过程（重、难点）,在原核生物中分三步 三元复合物的形成 在起始

6、因子IF-1和IF-3的作用下，mRNA与30S小亚基结合，并使AUG密码子正确置于肽链合成的起始部位。形成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。 30S前起始复合物的形成 在起始因子2作用下，甲酰蛋氨酰起始tRNA与mRNA分子中的AUG相结合（密码子与反密码子配对），同时IF3从三元复合物中脱落，形成30S前起始复合物，即IF2-3S亚基-mRNA-fMet-tRNAfMet复合物，此步需要GTP和Mg2+参与。,蛋白质合成的一般过程（重、难点）,70S起始复合物的形成 50S亚基上述的30S前起始复合物结合，同时IF2脱落，形成70S起始复合物，即30S亚基-mRNA-50S亚基-mR

7、NA-fMet-tRNAfMet复合物。此时fMet-tRNAfMet占据着50S亚基的肽酰位。而A位则空着有待于对应mRNA中第二个密码的相应氨基酰tRNA进入，从而进入延长阶段. 真核细胞蛋白质合成起始过程更为复杂,大肠杆菌翻译起始复合物的形成,蛋白质合成的一般过程（重、难点）,3、肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程 起始复合物形成后，根据mRNA上密码子序列的指导，各种氨酰-tRNA依次结合到核糖体上使肽链从N端向C端逐渐延长，这个过程称为核糖体循环。每经过一个循环肽链增加一个氨基酸残基。 核糖体循环的三个步骤：进位、成肽、转位 （1）进位:根据mRNA密码子的指导，氨酰-tRNA进入

8、核糖体A位点。 （2）成肽：在核糖体大亚基转肽酶的作用下，P位上的氨基酸与A位上的氨基酸形成肽键。然后，P位上的tRNA从核糖体上脱落，使P位空出。A位上的结合物由氨酰-tRNA变为肽酰-tRNA。 （3）转位：核糖体延mRNA5端向3端移动一个密码子，使肽酰-tRNA移到了P位点，而A位点空出，迎接下一个氨酰-tRNA。 真核细胞的肽链延长过程与原核细胞大致相同，仅在参与的因子方面有所区别。,核糖体循环,蛋白质合成的一般过程（重、难点）,4、肽链合成终止过程包括三个步骤 （1）终止密码子的辨认：当A位上出现终止密码时，RF-1或RF-2识别并结合到A位上。 （2）肽链和mRNA等释出：RF的

9、结合使核糖体上转肽酶构象发生改变，具有水解酶活性，使P位上tRNA与肽链间酯键水解，肽链脱落。tRNA，RF，mRNA也随后从核糖体上释出。 （3）核糖体大小亚基解聚：在IF-3作用下，大小亚基解聚，重新进入循环。 （大小亚基再合成蛋白质时形成多聚核糖体，蛋白质合成后解聚为大小亚基）,肽链合成后的加工修饰,新生多肽链尚不具有生物活性，必须经过化学修饰和加工处理，使其在一级结构的基础上进一步盘曲折叠，对于含有多个亚基的蛋白质还需要亚基与亚基间的结合。 一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成 （1）肽链氨基端的修饰 （2）共价修饰：磷酸化、糖基化、羟基化、甲基化、乙酰化和二硫键形成等（修饰后

10、蛋白质可以为激活状态，也可为失活状态） （3）多肽链的水解修饰：前体蛋白水解产生活性蛋白 一种mRNA翻译后的多肽链经水解后产生几种不同的蛋白质或多肽,肽链合成后的加工修饰,高级结构的修饰 （1）多肽链的折叠：在辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象 分子伴侣：细胞中一大类蛋白质，是由不相关的蛋白质组成的一个家系，它们介导其它蛋白质的正确装配，但自己不成为最后功能结构中的组分。 分子伴侣有两类：蛋白因子、酶 （2）亚基的聚合 （3）辅基的连接,五、靶向输送 蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。 大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此

11、，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为信号肽。分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的对接蛋白（DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。,信号肽假说：信号肽位于新合成的分泌蛋白N端。对分泌蛋白的靶向运输起决定作用。 细胞内的信号肽识别颗粒（SRP）识别信号肽，使肽链合成暂时停止，SRP引导核蛋白体结合粗面内质网膜。 SRP识别、结合内质网膜上的对接蛋白，水解GTP使SRP分离，多肽链继续延长。 信号肽引导延长多肽进入内质网腔后，经信号肽酶切除。分泌蛋白在高尔基体包装成分泌颗粒出胞。,蛋白质的降解,细胞内蛋白质处于不断合成与降解的动态平衡。细胞内的蛋白质不断被降解和被新合成蛋白质取代。蛋白质的降解在细胞的生理活动中发挥着不可替代的作用 蛋白质降解的两种途径：泛素-蛋白酶体途径、溶酶体途径,