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1、Ch15Gangan生化课件蛋白质的生物合成 Protein Biosynthesis(Translation)蛋白质的生物合成(翻译)第十五章生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世大纲要求?掌握翻译、密码子的概念，蛋白质生物合成的基本过程。 ?熟悉遗传密码的特点，三种RNA在蛋白质生物合成中的作用，蛋白质的靶向输送。 ?了解翻译后的加工修饰，蛋白质生物合成的抑制剂。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世主要内容?参与蛋白质合成的主要物质?蛋白质合成的过程?蛋白质合成后加工?蛋白质合成的抑制剂蛋白质的生物合成过程是核糖体协助tRNA从mRNA读取遗传信息、用氨基酸合成蛋白
2、质的过程。 是将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因而称为翻译（translation)。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世mRNA多肽链翻译肽键生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世翻译概况生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世第一节蛋白质合成体系Protein BiosynthesisSystem生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世?20种氨基酸作为原料?酶及蛋白因子，如IF、eIF等?ATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质?三种RNAmRNA-“模板”rRNA-“场所”
3、tRNA-“搬运工”生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世1961年，Nirenberg证明了mRNA的模板作用。 一、翻译模板mRNA及遗传密码生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世mRNA结构简图生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世?mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5?至3?方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码（triplet codon）。 密码子（codon）53m7Gppp AAAA n3非非翻译区5非非翻译区编码区AUG UAAORF从mRNA5?端起始密码子AUG到3?端终
4、止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一条多肽链，称为开放阅读框架(open readingframe,ORF)。 遗传密码表密码子的第一个字母密码子的第二个字母生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世1.连续性（maless）?遗传密码的特点密码子2.兼并性（degeneracy）3.通用性（universal）4.摆动性（wobble）生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世1.连续性（maless）编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间隔也无重叠。 密码子基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(framesh
5、ift mutation)。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世2.兼并性（degeneracy）遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有24个或多至6个密码子为之编码。 密码子生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世遗传密码的兼并性生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世密码子简并性的生物学意义减少有害突变。 遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。 GCU ACU GCC ACCGCA ACAGCG ACGAla Thr密码子生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世3.通用性（universal）?蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物
6、到人类都通用。 ?有少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。 ?密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 密码子生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世4.摆动性（wobble）tRNA上反密码子的第1位碱基与mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为摆动性。 密码子生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世 二、tRNA与氨基酸的活化tRNA在翻译过程既是“读码器”，又是“搬运工”反密码环氨基酸臂读码搬运氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)
7、特异识别不同氨基酸及其相应的tRNA，从而保证了tRNA转运正确的aa?氨基酸的活化ATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶氨基酸生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世?对氨基酸和tRNA都有高度特异性。 ?氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proof-reading activity)。 ?氨基酰-tRNA的表示方法Met-tRNA iMet(真核)fMet-tRNA if Met(原核)Ser-tRNA Ser氨基酰-tRNA合成酶特点生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世 三、核蛋白体是多肽链合成的装臵原核生物核蛋白体结构模式生物化学第十五章
8、蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世第二节蛋白质生物合成过程The Processof Protein Biosynthesis生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世蛋白质合成中mRNA模板的方向53；蛋白质的合成方向N端C端。 蛋白质合成过程起始延长终止蛋白质合成过程生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世蛋白质合成过程起始延长终止生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世肽链合成起始?指指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiationplex)。 ?起始因子参与起始过程的蛋白质因子（initiati
9、on factor，IF）?IF-1占据A位防止结合其他tRNA?IF-2促进起始tRNA与小亚基结合?IF-3促进大小亚基分离生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世 一、原核生物翻译起始复合物形成?核蛋白体大小亚基分离；?mRNA在小亚基定位结合；?起始氨基酰-tRNA的结合；?核蛋白体大亚基结合。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合16S-rRNA3端可识别mRNA5端非翻译区的的SD序列并与之结合SD序列生物化学第十五章
10、蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世S-D序列在原核生物mRNA起始密码AUG上游，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，如-AGGAGG-，称为S-D序列。 又称为核蛋白体结合位点（ribosomal bindingsite，RBS)2.mRNA在小亚基定位结合生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世S-D序列生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世IF-3IF-1IF-2GTP A U G533.起始氨基酰tRNA与小亚基结合生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世IF-3IF-1IF-2GTP GDP Pi AUG534.核蛋白体大亚基结合生物化学第十五章蛋白质的生物合成
11、厚德博学精诚济世翻译起始复合物的形成生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世 二、真核生物翻译起始复合物形成?核蛋白体大小亚基分离；?起始氨基酰-tRNA结合；?mRNA在核蛋白体小亚基就位；?核蛋白体大亚基结合。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世真核生物翻译起始因子起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3促进大小亚基分离eIF-4A eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4E eIF-4F复合物成分，结合mRNA5帽子eIF-4G eIF-4F复合物成分，
12、结合eIF-4E和PAB eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基Met40S MetMet40S60S mRNAeIF-2B、eIF- 3、eIF-6elF-3GDP+Pi各种elF释放elF-5ATP ADP+Pi elF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB真核生物翻译起始复合物形成过程Met-tRNA iMet-elF-2-GTP Met60S生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世真核生物翻译起始的特点?核蛋白体是80S；?起始因子种类多；?起始tRNA的Met不需甲酰化；?mRNA的5帽子和3poly A尾结构与m
13、RNA在核蛋白体就位有关；?起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世蛋白质合成过程起始延长终止生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世?肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步?进位（entrance）?成肽（peptide bondformation）?转位（translocation） 二、肽链的延长生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解
14、GTP EF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世延长因子EF-T催化进位（原核生物）进位循环Tu TsGTP GDPAUG53Tu TsGTP生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世（二）成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽键形成过程。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精
15、诚济世（三）转位延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。 fMet AUG53fMet TuGTP进位位转位位成肽生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世翻译延长生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。 另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位时卸载的tRNA直接从PP位脱落。 （四）真核生物延长过程生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世蛋白质合成过程起始延长终止生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世 三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码（UAA、UGA、UAG）出现后，释放因子参入A位，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。 生物化学第十五章蛋白质的生物合成厚德博学精诚济世释放因子(release factor,RF)?识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。 ?诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能原核生物释放因子RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子eR
