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1、 ProteinBiosynthesis Translation 蛋白质的生物合成 翻译 第十二章 蛋白质的生物合成过程就是将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 第一节蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem 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包括 三种RNAmRNArRNAtRNA 1961年 Nirenberg证明了mRNA的模板作用 一 翻译模板mRNA及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编
2、码一个多肽的遗传单位称为顺反子 cistron 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位 转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质 为多顺反子 polycistron 真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质 为单顺反子 singlecistron mRNA结构简图 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 tripletcodon ORF 从mRNA5 端起始密码子AUG到3 端终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 openrea
3、dingframe ORF 遗传密码表 密码子的第一个字母 密码子的第二个字母 1 连续性 commaless 遗传密码的特点 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 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 frameshiftmutation 2 简并性 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2 4个或多至6个密码子为之编码 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 GCUACUGCCACCGCAACAGCGACG Ala Thr 3 通用性 unive
4、rsal 蛋白质生物合成的整套密码 从原核生物到人类都通用 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 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 摆动配对 二 核蛋白体是多肽链合成的装置 核蛋白体的组成 原核生物核蛋白体结构模式 30S小亚基 有mRNA结合位点50S大亚基 E位 排出位 Exitsite 转肽酶活性大小亚基共同组成 A位 氨基酰位 aminoacylsite P位 肽酰位 peptidylsite 三 tR
5、NA与氨基酸的活化 反密码环 氨基酸臂 tRNA在翻译过程中起接合体 adaptor 作用 又是氨基酸的运载体 氨基酸 tRNA 氨基酰 tRNA ATP AMP PPi 氨基酰 tRNA合成酶 一 氨基酰 tRNA合成酶 aminoacyl tRNAsynthetase 氨基酸的活化 第一步反应 氨基酸 ATP E 氨基酰 AMP E AMP PPi 第二步反应 氨基酰 AMP E tRNA 氨基酰 tRNA AMP E 真核生物 Met tRNAiMet原核生物 fMet tRNAifMet 二 起始肽链合成的氨基酰 tRNA fMet tRNAifMet的生成 第二节蛋白质生物合成过程T
6、heProcessofProteinBiosynthesis 蛋白质合成中mRNA模板的方向 5 3 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 一 肽链合成起始 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 translationalinitiationcomplex 参与起始过程的蛋白质因子称起始因子 initiationfactor IF 参与起始过程的蛋白质因子称起始因子 initiationfactor IF 原核生物起始因子有三种 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 提
7、高P位对结合起始tRNA敏感性 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 IF 3 IF 1 1 核蛋白体大小亚基分离 IF 3 IF 1 2 mRNA在小亚基定位结合 S D序列 在原核生物mRNA起始密码AUG上游 存在4 9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 ribosomalbindingsite RBS S D序列 IF 3 IF 1 3 起始氨基酰tRNA与小亚基结合 IF 3 IF 1 IF 2 GTP GDP Pi 4 核蛋白体大亚基结合 IF
8、3 IF 1 IF 2 GTP GDP Pi 起始过程消耗1个GTP 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 真核生物翻译起始因子 真核生物翻译起始复合物形成过程 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3 polyA尾结构与mRNA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 二 肽链的延长 指按照mRNA密码序列的指导 依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链 直到合成终止的过程 肽链的延长是在核蛋白体上连续性
9、循环式进行 又称为核蛋白体循环 ribosomalcycle 每次循环增加一个氨基酸 分为以下三步 进位 entrance 成肽 peptidebondformation 转位 translocation 肽链合成的延长因子 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 延长因子EF T催化进位 原核生物 Tu Ts GTP GDP Tu Ts GTP 二 成肽 是由转肽酶 transpeptidase 催化的肽键形成过程 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 fMe
10、t fMet 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位 转位时卸载的tRNA直接从P位脱落 四 真核生物延长过程 三 肽链合成的终止 当mRNA上终止密码出现后 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 终止相关的蛋白因子称为释放因子 releasefactor 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
11、F 原核肽链合成终止过程 RF 核蛋白体循环 5 3 Nterminal 原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化 2个 PATP起始 1个GTP延长 2个GTP终止 1个GTP结论 每合成一个肽键至少消耗4个 P 多聚核蛋白体 polysome 一个mRNA分子可同时有多个核蛋白体在进行同一种蛋白质的合成 这种mRNA和多个核蛋白体的聚合物称为多聚核蛋白体 多聚核蛋白体 polysome 使蛋白质合成高速 高效进行 蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing ProteinTransportation 第三节 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性
12、必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白 主要包括多肽链折叠 fold 为天然的三维 threedimension 结构肽链一级结构的修饰高级结构修饰 蛋白质的成熟 一 多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 一般认为 多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息 即一级结构是空间构象的基础 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成 而需要其他酶 蛋白辅助 一级结构是空间构象的基础 蛋白质折叠的基本方式 分子伴侣热休克蛋白 hsp70 的作用 分子伴侣热休克蛋白 hsp60 的作用 二 一级结构的修饰 一 肽链N端的修饰 二 个别氨基酸的修饰 三 多肽链的水解修饰三 高级结构的修饰
13、一 亚基聚合 二 辅基连接 三 疏水脂链的共价连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制 定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位 这一过程称为蛋白质的靶向输送 四 蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送 proteintargeting 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号 主要为N末端特异氨基酸序列 可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位 这一序列称为信号序列 信号序列 signalsequence 靶向输送蛋白的信号序列或成分 一 分泌蛋白的靶向输送 真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网 再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞 信号肽 signalpeptide 各种新生分泌蛋白的
14、N端有保守的氨基酸序列称信号肽 信号肽的一级结构 N端侧碱性区 疏水核心区 C端加工区 信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 二 线粒体蛋白的靶向输送 三 细胞核蛋白的靶向输送 蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference InhibitionofProteinBiosynthesis 第四节 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点 它们就是通过阻断真核 原核生物蛋白质翻译体系某组分功能 干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的 抗生素 antibiotics 是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物 一 抗生素类 四环素族 抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 嘌呤霉素作用示意图 二
15、 其他干扰蛋白质生物合成的物质 毒素 toxin 干扰素 interferon 白喉毒素 diphtheriatoxin 的作用机理 干扰素的作用机理 复习思考题 1 概念 1 翻译 2 遗传密码 3 密码的摆动性 4 氨基酸活化 5 SD序列 6 信号肽 7 分泌性蛋白质 8 靶向输送 9 多聚核蛋白体2 简述RNA在蛋白质合成中的作用 3 简述蛋白质生物合成的大体过程 4 原核生物和真核生物的翻译起始复合物的生成有何异同 5 简单介绍信号肽假说的具体内容 6 按下列DNA单链5 TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3 试写出 1 DNA复制时另一条链的碱基顺序 2 以此为模板 转录成mRNA的碱基顺序 3 所合成肽链的氨基酸顺序
