《{生物科技管理}第15章蛋白质的生物合成翻译》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{生物科技管理}第15章蛋白质的生物合成翻译（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Protein Biosynthesis，Translation,第15章 蛋白质的生物合成翻译,本章主要内容,1.翻译系统 2.蛋白质生物合成的过程 3.多肽链翻译后的修饰 4.蛋白质的到位,重点和难点： 原核生物蛋白质合成的过程 原核生物与真核生物蛋白质合成的区别,1 蛋白质的翻译系统,以mRNA为模板，在核糖体、tRNA和多种蛋白因子的共同作用下，将mRNA中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种氨基酸的语言，又称翻译（Translation）。,1.1 蛋白质的生物合成,原料:20种氨基酸 mRNA: 合成蛋白质的模板。 tRNA: 原料氨基酸的“搬运工”。 rRNA: 与多种蛋白质结合
2、成核糖体，为 合成多肽链的装配机。,mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密 码），是合成蛋白质的模板，它以一系列三 联体密码子的形式从DNA转录了遗传信息。 每个密码子代表一个氨基酸。,1.2 mRNA,遗传密码（genetic code）：核酸中的核苷酸碱基序列与蛋白质中的氨基酸序列之间的对应关系。 三个碱基编码一个氨基酸，三联碱基称为一个密码子（codon）。,(1) 遗传密码,1961年，M. Nirenberg等用放射性同位素标记的方法对密码子的组成进行了推测，证明mRNA中核苷酸的排列顺序与蛋白质中氨基酸之间的对应关系，是以每三个核苷酸代表一个氨基酸，又称三联体密码。 至1966年，2
3、0中氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被破译。,遗传密码的破译,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。 起始密码（initiation coden）:AUG 终止密码（termination coden）: UAA，UAG，UGA, 编码性,（2）遗传密码的主要特征：,遗传密码表,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个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。,AUG,UAA,ORF, 简并性（同一氨基酸有多个不同密码 子， 除Trp，M
4、et外）同义密码 通用性（共同使用同一套密码子） 不重叠性（三联体，连续性，无逗点， 连续阅读，5 到3） 兼职性（终止密码 编码氨基酸的密码） 例外（支原体，UGA编码Trp；纤毛 虫，UAA和UAG编码Glu）,原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70- 90个核苷酸， 并有多种稀有碱基。 tRNA是最小的RNA， 占细胞总RNA 的15% 左右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。 tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草” 形的典型 结构。,1.3 tRNA,tRNA的结构“四环一臂” 倒L形的三级结构,密码子与反密码子的配对方式,1.4 核糖体的结构和功能（ribosome）,
5、(1) 核糖体的化学组成,核糖体呈颗粒状，由大小亚基组成，每个亚基又含有不同的蛋白质和rRNA，原核和真核生物不同。,不同细胞核糖体的组成,核糖体的组成,蛋白质合成中，核糖体首先与mRNA结合，按5到3方向移动，每次移动的距离相当于一个密码子。,A位：氨酰基tRNA位 (aminoacyl tRNA site),P位：肽酰基tRNA (peptidyl tRNA site),E位：排出位 (exit site),（2）核蛋白体是肽链合成的装置,P位：即肽位(Peptidyl site)，3端连接肽链的肽 酰tRNA占据的位置。 A位：即氨基酰位(Aaminoacyl site)，氨基酰 tRN
6、A就加入到A位上， E位：tRNA释放结合位点(Exit site),（3）核蛋体的功能,（4）多核糖体,大肠杆菌由一 定数目的单个核糖 体与一个mRNA 分 子结合而成的念珠 状结构。,每个核糖体可独立完成一条肽链的合 成，所以在多核糖体上可以同时进行多条 肽链的合成，提高了翻译的效率。,2. 原核生物蛋白质合成过程,分为四个阶段： （1）活化 （2）起始 （3）延伸 （4）终止,氨基酰-tRNA合成 (aminoacyl-tRNA synthetase),（1）氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸 ATPE 氨基酰-AMP-E PPi,氨基酰tRNA合成酶,第二步反应,氨基酰-AMP-E tR
7、NA 氨基酰-tRNA AMP E,氨基酰-tRNA表示方法：Ser-tRNASer, 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。 催化氨基酰-tRNA脱酰基,具有校正活性。,（2）氨基酰-tRNA合成酶的特点,（3）密码子-反密码子的相互作用,氨基酸的加入需靠mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。,摆动学说：密码子的头两个碱基严格遵守碱基配对规律为tRNA的反密码子识别，他们中的任何不同即为不同tRNA识别，但第三个碱基不这样，有一定的自由度，即摇摆性。,反密码子 3- X-Y-Z-5 密码子 5- X- Y-Z - 3,密码子、反密码子配对的摆动现
8、象,（4）翻译的起始,大肠杆菌中, 起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸（fMet）。,Met-tRNA + N10-甲酰FH4 fMet-tRNAfmet + FH4,甲酰化酶, fMet-tRNAfmet的生成,在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸 处，有一段可与核糖体结合、富含嘌呤的 3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGAG GU，此序列称SD序列。 使得结合于小亚基上的起始tRNA能 正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。, 翻译的起始信号,shine-Dalgarno顺序, 70s起始复合物的形成,IF-1和IF-2促进fMet-tRNA与30S
9、亚基结合。 IF-3与30S亚基结合，使大小亚基分离。,需要GTP和三种起始因子（initiation factor）,IF-3,第一步: 核蛋白体大小亚基分离,E,30S亚基首先与IF1和IF3结合，IF3促进70S核糖体亚基的解离,IF-1,第二步: 30S复合物的形成,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,IF2和GTP结合后与fMet-tRNAfmet 形成复合体。,IF-3,mRNA在小亚基定位结合,E,IF-1,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,IF-3,E,IF-1,IF2和GTP结合后与fMet-tRNAfmet 形成复合体,结合在AUG上。,IF-3,IF-1,IF-2,
10、-GTP,-GDP,Pi,IF2结合的GTP被水解，三种IF脱离，50S大亚基与30S小亚基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。,第三步：核糖体大亚基结合，起始 复合物形成,E,E,IF-3,IF-1,IF-1,(5) 肽链延长,肽链在核蛋白体上连续循环式进行， 又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每 次循环增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation),延长因子（elongation factor：EF）,又称注册(registration),
11、进位,指相应氨基酰-tRNA 进入70S复合体A位的过程。,GTPase核糖体蛋白质,转肽酶催化：核蛋白体大亚基上的蛋白质。 P位-fMet-tRNAfMet+A位-aa-tRNA 肽(fMet成 （酰基） （氨基） 为N末端) （A位上） A位成肽后，P位留下空载tRNA, 成肽,E位, 转位（Translocation）, 无负荷的tRNA由E位点释放； 肽腺tRNA从A位移到P位； EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,移位的特征：,进位,转位,成肽,方向,（5）肽链合成的终止, 使肽链合成终止的信号。 有阅读终止信号的蛋白质释放因子。,RF
12、1：识别终止密码子UAA和UAG。 RF2：识别终止密码子UAA和UGA。 RF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF 2活性 协助肽链的释放。,释放因子参与（Relase factor,RF）,原核肽链合成终止过程,RF结合GTP并与终止密码结合，使肽酰转移酶活性变为水解酶活性。,30S与mRNA分离,核糖体释放因子,GTP,蛋白质合成的终止,AA活化 2个高能磷酸键（ 1 个 ATP） 起始 1个（GTP变为GDP） 进位 1个（ GTP变为GDP ） 移位 1个（ GTP变为GDP,第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）高能磷酸键,以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移
13、位1个）高能磷酸键。,蛋白质的合成是一个高耗能过程,（6）蛋白质合成抑制剂,嘌呤霉素 与氨基酰tRNA结构 竞争抑制（原核 相似 真核） 链霉素 与30S亚基结合 改变氨基酰tRNA 与密码子的配对 四环素 阻断氨基tRNA进 抑制肽链的延伸 入A位点 氯霉素 抑制50S亚基肽酰转 抑制肽链延长 移酶活性 红霉素 与50S亚基结合，抑 防碍移位 制肽酰转移酶活性,（7）真核生物蛋白质的生物合成,3 蛋白质的加工,从核糖体释放的多肽连，不一定具备生物活性。肽连从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。,加工包括：折叠和修饰,蛋白质的折叠：一级结构形成高级
14、结 构，发生在肽链刚合成时，边合 成边折叠。 蛋白质的修饰：对蛋白质的N末端、侧 链等的加工。, 酶：二硫键异构酶，促经二硫键的形成， 脯氨酰顺反异构酶，促进钛脯氨酰肽键的旋转，与新生肽链形成密切相关，加速蛋白质的折叠,（1）蛋白质的折叠, 分子伴侣：能够帮助新生肽链正确组装，成熟、自身不产生终产物的蛋白质，具有酶的特征，热休克蛋白。,(1) N端修饰： 原核生物肽甲酰基酶除去甲酰基，氨 肽酶除去甲硫氨酸（部分保存）。 真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。,（2）蛋白质的修饰,水解切除其中多余的肽段（信号态），使之折叠成为有活性的酶或蛋 白质。如酶原激活。,(2) 多肽链的水解切除,(3)氨基酸侧
15、链的修饰： 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、 甲基化、糖基化、共价交链及二硫链的形 成等。,二硫链：半胱氨酸巯基在二硫键异构酶作 用下形成。 羧 化：凝血酶原的谷氨酸羧化为-氨 基谷氨酸。 甲基化：肌肉和细胞色素含有甲基赖氨酸。 糖基化：肽链上以共价键与单糖或寡聚糖 在酶催化下连接而成。 磷酸化：丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸的羟基 与磷酸基团相连。 共价交链：胶原蛋白和弹性蛋白。,核糖体合成的蛋白质从他们合成 的地方转运到其他部位或细胞外发挥 作用，称为蛋白质的转位。 （1）共翻译转位 （2）翻译后转位,4 蛋白质的转位,信号肽（signal peptide）：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。,（1）共翻译转位,共同特点：13-36个氨基酸残基组成 N端：正电荷氨基酸 中间区：疏水活性区（10-15） C端：加工区,极性氨基酸（信号肽酶切 割信号肽的部位 ）,
