生物化学课件蛋白质的生物合成

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1、第十四章 蛋白质生物合成Protein Biosynthesisq翻译（translation）：mRNA分子中的遗传 信息转变为蛋白质的氨基酸排列顺序 q基因表达（Gene expression）：转录与翻译 q中心法则 DNARNA蛋白质翻译转录反转录复制复制第一节 蛋白质的生物合成体系 q 原料：20种氨基酸 q 模板：mRNA q 场所：核蛋白体 q 氨基酸的“搬运工具”：tRNA q 酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子 q 能量：ATP、GTP q 无机离子 一、模板mRNA 1、遗传密码（genetic code） 起始密码：5端第一个AUG表示起动信号，并代表 甲酰蛋氨酸(细菌

2、)或蛋氨酸(高等动物) 2、遗传密码的特点 通用性：部分线粒体、叶绿体密码子除外 方向性：5端3端 连续性：mRNA链上碱基的插入或缺失可导致移码 不重叠性 密码子（codon）：mRNA从5端3端，每3个核 苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止 信号，统称为遗传密码。其中的单个密码字，称为密 码子 简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨基 酸遗传信息（Trp和Met除外，仅有1个密码子 ）。其 原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（ 摆动性或摇摆性）。 摇摆性（wobble）： mRNA密码子的第三个核苷 酸（3端） 与tRNA反密码子第一个核苷酸（5端）

3、 配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U 、G-C外，还可有其它配对方式。 I是最常见的摆动 现象 终止密码：UAA、UAG或UGA（不编码氨基酸） 二、氨基酸的搬运工具tRNA v 一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可 由数种tRNA携带 1、tRNA的功能区 氨基酸臂与氨基酸结合 DHU环与氨酰-tRNA合成酶结合 反密码环识别密码子 TC环.与核蛋白体结合 2、反密码子（anticodon） tRNA反密码环中间的3个核苷酸，可与mRNA密 码子配对 反密码子的第一位核苷酸（5端）常为I三、多肽链的“装配机“核蛋白体 1、组成：蛋白质rRNA 真核核蛋白体（40S+60S

4、=80S） 原核核蛋白体（30S+50S=70S） 2、功能区 受位（A位）：位于大、小亚基结合处，结合AA- tRNA 给位（P位）：主要位于大亚基，结合肽酰-tRNA 和起始Met-tRNA 转肽酶、GTP酶：位于大亚基 3、多核蛋白体：1个mRNA和多个核蛋白体的聚合 物，体现了蛋白质合成的高速、高效性第二节 蛋白质生物合成过程一、氨基酸的活化与转运（1） 氨基酰tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸、 tRNA ；校对活性 （2）能量：1个ATP（2个高能键）二、核蛋白体循环（ribosomal cycle）： 起始、延长、 终 止 1、起始复合物的生成（1）起始因子 3种IF（原核）：I

5、F1、IF2、IF3 多种eIF（真核）：eIF2是合成调控的关键物质氨基酸活化、起始复合物生成、肽链延长、终止（3） 起始AA-tRNA fMet-tRNAfmet （原核） Met-tRNAmet （真核）（4） 起始复合物组成：大、小亚基、mRNA、起始 因子、起始AA-tRNA （5）起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、mRNA 就位、起始tRNA结合、大亚基结合 小亚基先与mRNA结合（原核） 小亚基先与起始AA-tRNA结合（真核）（2） 能量：GTP（真核体系还需ATP）2、肽链延长 （1）延长因子EFT：真核为EFT1与T2，原核为 EFTu、Ts与EFG （2）能量：GTP

6、方向：N端C端（肽链）；5端3端（mRNA）（3）过程 进位：EFTu、Ts或T1、GTP；进入A位 成肽：转肽酶；P位酰基与A位氨基反应 转位、脱落、移位：EFG（转位酶）或T2、GTP ； 由A位移至P位，A位留空3、终止（1）释放因子RF：3种（原核）或1种（真核）一、蛋白质合成抑制剂：抗生素、干扰素、毒素二、真核与原核蛋白合成的不同点 1、转录与翻译不偶联2、合成体系复杂3、合成起始AA-tRNA不同4、通常需进行翻译后加工5、合成的调控更为复杂 第三节 蛋白质合成的调节（2）能量：GTP（3）转肽酶活性转变：转肽酶酯酶（水解酶 ）1、抗生素 氯霉素原核生物50S大亚基抑制转肽酶四环素

7、(金霉素 等)原核生物30S小亚基阻碍氨基酰 tRNA与小亚 基结合红霉素原核生物50S大亚基抑制转肽酶， 防碍移位 链霉素、新霉 素(卡那霉素)原核生物30S小亚基抑制起动,造成 误译抗生素抑制对象作用环节作用原理放线菌酮真核生物60S大亚基嘌呤霉素（ AA-tRNA类 似物）原、真核生 物竞争结合A位促使肽链提前终止抑制转肽酶2、干扰素（interferoninterferon，IF IF）：抗病毒 降解模板RNA：干扰素与双链RNA（病毒）共同 活化2,5-A合成酶，促使多聚2,5-A生成 ；2,5-A活化核酸内切酶，使mRNA降解 磷酸化起始因子eIF2，抑制蛋白合成的起始 3、毒素：

8、抑制真核生物（1）白喉毒素：共价修饰（ADP核糖化）延长 因子EFT2，抑制肽链延长 二、其它调节方式第四节 翻译后加工一、肽链合成后的加工 1、去除N-甲酰基（原核）或N-蛋氨酸（真核） 2、二硫键形成：生成胱氨酸 3、水解修剪 4、氨基酸侧链修饰：羟化（生成羟脯氨酸、羟赖 氨酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化与羟甲基化、加糖 、加脂，等 5、亚基聚合 6、辅基结合 解读密码解读密码DNA分子中的核苷酸只有4种，而蛋白质中 的氨基酸却有20种之多。DNA如何得以包含 蛋白质中氨基酸排列的遗传信息呢？ 1954年理论物理学家Gamov在“Nature”杂 志中明确提出遗传“密码”的概念。认为在密 码

9、翻译时3个核苷酸决定1个氨基酸。4种核苷 酸，如允许重复，则可有4364种排列组合 方式。解读密码解读密码密码特点密码特点 1、密码子不重叠2、密码子的连续性与方向性密码特点密码特点3 3、密码简并性、密码简并性密码特点密码特点4 、 密 码 配 对 的 摇 摆 性反密码码子5端的碱基 密码码子3端的碱基 GC或UCGAUUA或GIA、U或C密码特点密码特点搬运工具搬运工具tRNAtRNA搬运工具搬运工具tRNAtRNA搬运工具搬运工具tRNAtRNA核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体两类核蛋白体:结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）.

10、游离型：游离于胞质中,参与细胞固有蛋白的合成核蛋白体核蛋白体基本原理基本原理多个核蛋白体DNA（遗传信息）核膜mRNA（模板 ）（装配机）多个tRNA （搬运工具 ）多核蛋白体多个氨基酸（原料 ）蛋白质（产品） ）mRNA氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成合成氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPAMP+ppi起始复合物起始复合物起始密码子30S亚基IF3IF2-GTPIF2-GTPIF3IF3IF21、mRNA就位2、起始tRNA结合3、大亚基结合原核起始原核起始GTP-eIF2aeIF2bGDPeIF2b GDPGDP-eIF2aMet-tRNAi三元复合物40S

11、亚基eIF4cmRNAeIF4a eIF4b eIF4f前起始复合物60S eIF4D eIF5起始复合物起始因子起始因子起始因子起始因子肽链延长肽链延长1 1、 进进 位位肽链延长肽链延长进位进位肽链延长肽链延长2 2、 肽肽 键键 生生 成成肽链延长肽链延长肽链延长肽链延长转肽移位肽链终止肽链终止1、终止因子识别 、结合终止密码2、转肽酶活性转 变、肽链解离3、终止因子、 mRNA、tRNA脱离4、亚基拆离肽链终止肽链终止嘌呤霉素嘌呤霉素肽链终止肽链终止嘌呤霉素的作用机理嘌呤霉素的作用机理真核 原核 核蛋白体 80S70S含蛋白数量 多于80 少于60 小亚亚基结结 构 无嘧啶嘧啶 区和互

12、补补区 含嘧啶嘧啶 区与互补补 起始tRNA tRNAimet tRNAfmet启动动 eIF 910种,需ATP, 小亚亚基先与tRNA结结 合，再与mRNA结结合IF1、IF2、IF3， 仅仅需GTP，小亚亚 基先与mRNA结结 合 延长长 EF1，EF2 EFTu EFTs 终终止RF 需 GTP RF1、RF 2、RF3 真核生物与原核生物蛋白质合成的不同蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节1 1、肽链水解修饰、肽链水解修饰 2 2、修饰、修饰羟化：胶元蛋白前体中的羟化：胶元蛋白前体中的ProPro、LysLys。脂化：脂蛋白要加脂。脂化：脂蛋白要加脂。乙酰

13、化：组蛋白进行乙酰化。乙酰化：组蛋白进行乙酰化。甲基化：细胞色素甲基化：细胞色素C C，肌蛋白肌蛋白. .磷酸化：磷酸化酶磷酸化：磷酸化酶b b 【例例2 2】胰岛素原胰岛素原 切除肽链切除肽链 胰岛素胰岛素 【例例1 1】酶原酶原 水解水解 酶酶 【例例3 3】清蛋白原清蛋白原 水解水解5656 清蛋白清蛋白糖基化糖基化: : 在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行在粗面内质网糖苷化与肽链合成同时进行. .肽链的加工修饰肽链的加工修饰3 3、亚单位的聚合、辅基结合、亚单位的聚合、辅基结合 【例如例如】血红蛋白血红蛋白( ( 2 2 2 2) ) 链链 2血红素 二聚体 链链 2血红素 二聚体

14、血红蛋白肽链的加工修饰肽链的加工修饰糖蛋白的合成糖蛋白的合成靶向输送(protein targeting)：将合成后的蛋 白质定向运送到行使功能的目标区域分泌蛋白质的合成分泌蛋白质的合成一、信号肽1、作用：使核蛋白体与内质网上的受体结合；肽 链进入内质网腔后运至靶器官，由信号肽酶切除信 号肽。2、结构：约1540AA构成；分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸, 提供正电荷。疏水区含中性或疏水性氨基酸。加工区是信号肽酶切割信号肽的部位。二、其它 参与转运的分子1、信号肽识别粒子SRP（Signal recognition particles）：由6种蛋白质与7S-RNA组成复合体。与合成的分泌蛋白

15、中的信号肽结合。与内质网上的受体结合。2、7S-RNA:305bp,提供SRP形成的结构骨架。3、对接蛋白Dp（docking protein）：Dp 是SRP的 受体，与SRP共同催化转运携有肽链的核蛋白体到 内质网上。2、信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质 网腔。三、分泌蛋白的转运过程1、信号肽与SRP结合，SRP与Dp结合，核蛋白体 与内质网膜结合。 SRP的结合使肽链合成减速或暂停。当SRP与其受体结合时,释放信号肽,翻译又恢复进行 .分泌蛋白质的合成分泌蛋白质的合成移码突变移码突变机体自身合成蛋白质的必要性与可能性q 蛋白质是生命活动的物质基础q 蛋白质具有种属及个体特异性人体

16、不能直接利用外源性蛋白质q 遗传信息决定蛋白质氨基酸序列q 细胞具有蛋白质合成体系二、糖蛋白的合成 三、蛋白分拣细胞内运输与定位 第四节蛋白质合成与医学的关系 一、分子病(molecular diseases)v 由于基因缺陷，导致蛋白质合成异常，最终引起 机体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。1、误义突变（missense mutation） ：某一氨基酸 的密码突变为另一氨基酸的密码的现象 2、移码突变（frame-shift）：插入或缺失1个或2个 核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变1、镰刀状红细胞贫血u血红蛋白链N端第六个氨基酸残基由Glu变为Valu珠蛋白结构基因中第六个密码子由CTT变为CAT2、小儿麻痹症与翻译起动因子有关 【经典举例】