《生物化学蛋白质生物合成ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学蛋白质生物合成ppt课件（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三章蛋白质的生物合成第十三章蛋白质的生物合成l第一第一节 遗传密密码l第二第二节 与蛋白与蛋白质合成有关的合成有关的细胞胞器和生物大分子器和生物大分子l第三第三节 蛋白蛋白质生物合成的机理生物合成的机理l第四第四节 多多肽链的折叠和加工的折叠和加工l第五第五节 蛋白蛋白质的投的投递和降解和降解第十三章第十三章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质是绝大多数信息途径的终产物蛋白质是绝大多数信息途径的终产物蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制虽然蛋白质的合成具有极其复杂，但还是有虽然蛋白质的合成具有极其复杂，但还是有相当高的速率相当高的速率20世纪世纪
2、50年代蛋白质生物合成年代蛋白质生物合成研讨的几个重要进展研讨的几个重要进展1.核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所Paul Zamecnic)2. tRNA的发现的发现Mahlon Hoagland and Zamecnik)3. tRNA充任适配器的作用充任适配器的作用 第一节第一节 遗传密码遗传密码一、一、 三三联体密体密码 一一遗传密密码的普通特性的普通特性1、三个碱基、三个碱基编码一个氨基酸三一个氨基酸三联体密体密码子子2、密、密码是非重叠的是非重叠的3、碱基序列被从一固定且没有、碱基序列被从一固定且没有标点点的固定位置开的固定位置开场阅读4、密、密码子是子是简并的并的5
3、、通用与例外在一些、通用与例外在一些线粒体中粒体中UGA不是不是终止密止密码子，而是色氨酸的子，而是色氨酸的密密码子子二、遗传密码词典二、遗传密码词典 一个蛋白质的氨基酸序列是由延续的三联一个蛋白质的氨基酸序列是由延续的三联体密码子的线性顺序决议的，这个序列的第体密码子的线性顺序决议的，这个序列的第一个密码子建立了一种阅读框一个密码子建立了一种阅读框reading frame)平均说来，每个阅读框中的每平均说来，每个阅读框中的每20个密码个密码子就应该有一个终止密码子。假设一个子就应该有一个终止密码子。假设一个阅读框有阅读框有50个以上的延续密码子无一个个以上的延续密码子无一个终止密码子，这段
4、顺序为开放阅读框终止密码子，这段顺序为开放阅读框open reading frame)三、三联体密码与阅读框三、三联体密码与阅读框Established the chemicalstructure oftRNAEstablished the in vitro system for revealing the genetic codesDevised methods to synthesize RNAs with definedsequencesCopolymer of repeating dinucleotides alwayslead to synthesis of polypeptides
5、 of repeatingdipeptides:ABABABABABABAB- aa1-aa2-aa1-aa2- 四、经过四、经过生物化学方法生物化学方法破解遗传密码破解遗传密码破解遗传密破解遗传密码的滤膜结码的滤膜结合实验合实验1、均聚多核苷、均聚多核苷酸链指点蛋白酸链指点蛋白质的合成质的合成2、核糖体结合、核糖体结合技术技术The filter-binding assayfor detecting the bindingof a trinucleotide to a specific aminoacyl-tRNAmolecule: about 50 codons were assigned
6、 bythis simple and elegantmethod.五、第二遗传密码：氨酰五、第二遗传密码：氨酰tRNA合成对合成对底物的正确识别底物的正确识别氨基酸一旦与氨基酸一旦与tRNA构成氨酰构成氨酰-tRNA后，后，进一步的去向就由进一步的去向就由tRNA来决议。来决议。Chapeville and Lipmann 实验实验前往第二节第二节 与蛋白质合成有关的细胞与蛋白质合成有关的细胞器和生物大分子器和生物大分子l一、核糖体和多核糖体一、核糖体和多核糖体l一、核糖体一、核糖体l 1、核糖体的构造与装配、核糖体的构造与装配l 1、原核生物核糖体组件、原核生物核糖体组件原核生物大肠杆菌核糖
7、体的组成原核生物大肠杆菌核糖体的组成30S 核糖体亚基中16SRNA构造图E.coli 的7个rRNA支配子2、真核生物核糖体组件、真核生物核糖体组件3、原核及真核核糖体的组成、原核及真核核糖体的组成与构件图示与构件图示4、核糖体、核糖体的自装配的自装配5、tRNA与核糖体能够的结合位置图与核糖体能够的结合位置图 二、多核糖体二、多核糖体 二、mRNA是蛋白质合成的模板 1、可被、可被E.coli 核糖体识别的不同核糖体识别的不同S-D序列序列 三、三、tRNA1、tRNA构造构造 2、tRNA三维构造带状图 数字代表核苷酸序列四、氨酰四、氨酰-tRNA合成酶合成酶Class Arg Cys
8、Gln Glu Ile Leu Met Trp Tyr ValClass Ala Asn Asp Gly His Lys Phe Pro Ser Thr1、氨酰-tRNA合成酶的两种类型 2、氨酰、氨酰-tRNA合成酶反响合成酶反响3、结合有合有tRNA底物的底物的类型型对类型型氨氨酰-tRNA镜像相互作用像相互作用图(a)E.coli glu-tRNA(a)E.coli glu-tRNA合成合成合成合成酶酶类酶类酶(b)Thermus thermophilus gly-tRNA(b)Thermus thermophilus gly-tRNA合成合成合成合成酶酶类酶类酶 4、氨酰、氨酰-tRN
9、A合成酶对合成酶对 tRNA的选择性识别的选择性识别E.Coli Glu-tRNA合成酶tRNA识别位点一些氨酰-tRNA合成酶所识别确实定要素在存在于反密码子中酵母tRNAphe 确实定要素为五个不同的碱基共有的12个核苷酸确定t RNAser 家族单一G:U碱基对决议tRNAAla s四种四种tRNA主要确定要素每个碱基由一圆环主要确定要素每个碱基由一圆环代表代表(a)(a)带有带有带有带有tRNAGln tRNAGln 和和和和ATPATP的的的的E.coli glu-tRNAGln E.coli glu-tRNAGln 复合酶复合物的溶剂可及图复合酶复合物的溶剂可及图复合酶复合物的溶剂
10、可及图复合酶复合物的溶剂可及图(b) tRNAGln (b) tRNAGln 构造图构造图构造图构造图被氨酰被氨酰-tRNAAla氨酰化的氨酰化的tRNAAla微螺旋模微螺旋模型型tRNA分子中相应于分子中相应于3:70位置不同的碱基配对构位置不同的碱基配对构造造五、密码五、密码-反密码子配对反密码子配对1、密码、密码-反密码子配对表示图反密码子配对表示图2、密码、密码-反密码子配对、第反密码子配对、第三碱基摆动性三碱基摆动性ICIUGUIA六、起始因子六、起始因子1、原核生物蛋白质合成中的起始因子、原核生物蛋白质合成中的起始因子2、真核生物蛋白质合成中的起始因子、真核生物蛋白质合成中的起始因
11、子leIF1 功能与原核生物功能与原核生物IF1类似。似。leIF2 引引导结合合Met-tRNA与核糖体与核糖体小小亚基基结合合l 2 与与GTP结合合l 2 功能尚不清楚功能尚不清楚l 2 结合合Met-tRNAleIF3 参与参与43S核糖体复合物的构成核糖体复合物的构成,与原核生物的与原核生物的IF3功能不同功能不同,它是第一个和它是第一个和小小亚基基结合因子。合因子。leIF4l 4A 促使促使eIF4E从从mRNA帽子构造上释帽子构造上释放出来放出来 l 4B 促进促进eIF4B与与mRNA结合结合 l 4C 参与参与43S核糖体复合物的构成核糖体复合物的构成l 4E 与与P220
12、一同和一同和eIF4A, mRNA结合结合构成复合物构成复合物l 4F 是是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA复合复合物，特称为帽子构造结合蛋白复合物物，特称为帽子构造结合蛋白复合物CBPC，具，具ATP酶活力酶活力lP220 促使促使eIF4A在帽子构造附近寻觅在帽子构造附近寻觅结合位结合位,引导引导 eIF4F-mRNA复合物的生成。复合物的生成。leIF5 促使促使eIF4E 、eIF2、 eIF3分开分开48S起始复合物起始复合物,引导引导60S大亚基与大亚基与40S小亚基小亚基结合结合,生成生成80S起始复合物。起始复合物。leIF6 加速失活的加速失活的80S解离。解离。七
13、、蛋白质生物合成的延伸因子七、蛋白质生物合成的延伸因子l1、原核生物蛋白、原核生物蛋白质生物合成的延伸因子生物合成的延伸因子l EFTu 构成构成AAtRNA-GTP-EFTU复合物，引复合物，引导AAtRNA结合在核糖体合在核糖体的的A位。位。l EFTs 协助助EFTU构成构成AAtRNA-GTP-EFTu复合物。复合物。l EFG 移位因子，移位因子，协助移位助移位过程的程的进展。展。 2、真核生物蛋白质生物合成的、真核生物蛋白质生物合成的延伸因子延伸因子lEF1 促促进AA-酰tRNA与核糖体与核糖体结合合lEF1 促使促使EF1 再循再循环lEF2 作用与原核生物的作用与原核生物的E
14、F-G类似似八、蛋白质生物合成的终止和八、蛋白质生物合成的终止和释放因子释放因子l1、原核生物蛋白、原核生物蛋白质生物合成的生物合成的终止和止和释放因子放因子lRF1 识别UAA、UAG终止密止密码子子lRF2 识别UAA、UGA终止密止密码子子lRF3 加加强RF1 和和RF2 的作用的作用l2、真核生物蛋白、真核生物蛋白质生物合成的生物合成的终止和止和释放因子放因子lRF 具有三种原核因子的功能具有三种原核因子的功能前往第三节、蛋白质生物合成的机理第三节、蛋白质生物合成的机理 多多肽链合成的起始合成的起始 多多肽链的延伸的延伸 多多肽链终止和止和释放放一、原核生物蛋白质合成的分子机制一、原
15、核生物蛋白质合成的分子机制1、起始事件、起始事件1、70S核糖体的解聚核糖体的解聚2、30S核糖体核糖体IF1.3复合物的构成复合物的构成3、 30S核糖体起始复合物的构成核糖体起始复合物的构成4、 70S核糖体起始复合物的构成核糖体起始复合物的构成一原核生物中多一原核生物中多肽链的起始的起始2、多肽链起始事件的顺序过程、多肽链起始事件的顺序过程起始起始RNA甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA转移酶以转移酶以转移酶以转移酶以N10-N10-甲酰基四氢叶甲酰基四氢叶甲酰基四氢叶甲酰基四氢叶酸为甲基供体催化甲酰甲硫氨酸酸为甲基供体催化甲酰甲硫氨酸酸为甲基供体催化甲
16、酰甲硫氨酸酸为甲基供体催化甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA的甲酰化的甲酰化的甲酰化的甲酰化mRNA识别与对准识别与对准可被可被E.coli 核糖体识别的不同核糖体识别的不同S-D序列序列3、多肽链的延伸、多肽链的延伸1、氨基酸的进位、氨基酸的进位2、转肽、转肽3、移位、移位1、氨基酸的进位、氨基酸的进位E.coli 核糖体中多肽链延伸事情的循环图解核糖体中多肽链延伸事情的循环图解(2)、肽基转移、肽基转移3、移位、移位使使70S核糖体与核糖体与mRNA复合物前往到延伸循复合物前往到延伸循环起点的三个步起点的三个步骤：脱脱酰基基tRNA自自P位点的脱离位点的脱离肽基基-tRNA从从A位点移到位点
17、移到P位点位点23SRNA是本质的是本质的肽基移位酶肽基移位酶23SRNA的的肽基基转移中心移中心核糖体向后挪核糖体向后挪动，使下一密子使下一密子进 入入A位点位点该过程需求程需求EFG的的协助助结合形状模型肽基转移与移位中核糖体两tRNA分子相对位置模型GTP水解刺激核糖体构象的改动水解刺激核糖体构象的改动进而实施其功能进而实施其功能蛋白质合成的能量耗费为每个氨基酸至少需四蛋白质合成的能量耗费为每个氨基酸至少需四个高能磷酸键，此外还需两个个高能磷酸键，此外还需两个GTP，运于氨酰，运于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化合成中氨基酸的活化4、肽链的终、肽链的终止止肽链终止事件肽链终止事件核糖体的
18、生活周期多聚核糖体是蛋白质合成的活泼构造多核糖体的电子显微图多核糖体的电子显微图原核生物中转录与转译间的关系原核生物中转录与转译间的关系E.coli色氨酸支配子色氨酸支配子二、真核细胞的蛋白质合成二、真核细胞的蛋白质合成真核真核mRNA的特征构造的特征构造1、真核蛋白质起始的过程、真核蛋白质起始的过程43S前起始复合物的构成 43S起始复合物与mRNA的结合及40S核糖体亚基迁移至正确的起始密码子AUG 80S起始复合物的构成2、真核生物中肽链的延伸、真核生物中肽链的延伸 真核生物中，延伸循环与原核生物中非常类似。三个真核延伸因子称作eIF1、eIF、eIF2,它们具有与相应的细菌延伸因子EF
19、-Tu、EF-Ts、EF-G 类似的功能。3、真核肽链的终止、真核肽链的终止真核生物中一个称为真核生物中一个称为eIF的释放的释放因子识别一切的三个终止密码子因子识别一切的三个终止密码子真核细胞中转译起始的三个步骤表示图真核肽链起始的调理真核肽链起始的调理eIF2经过亚基的基的ser残基可逆磷酸残基可逆磷酸化作用化作用对其功能其功能进展展调理理三、蛋白质合成的抑制剂三、蛋白质合成的抑制剂链霉素链霉素嘌呤霉素嘌呤霉素白喉毒素白喉毒素蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白四、蛋白质的折叠四、蛋白质的折叠蛋白折叠途径蛋白折叠途径GroEL-GroES复合物E.coli分子伴侣的构造与功能五、蛋白质的翻译后加工五、蛋白
20、质的翻译后加工多肽链的蛋白酶切割蛋白转运原核蛋白转运真核蛋白分类与转运分泌性蛋白和许多膜蛋白的合成与穿过内质网膜的转运相偶联线粒体蛋白的输入E.coli转运蛋白N末端信号序列普通特征真核分泌性蛋白的合成及经过内质网的转运蛋白质的降解真核中蛋白降解的通用途径蛋白酶体泛素与蛋白质的衔接酶反响具酸性N末端的蛋白降解对tRNA需求图解T.acidophilum20S蛋白酶体构造泛素-蛋白酶体降解途径图解前往第四节第四节 多肽链的折叠和加工多肽链的折叠和加工l一、氨基末端和一、氨基末端和羧基末端的修基末端的修饰l氨基末端氨基末端fMet 和和 Met被切除被切除,在在50%的真核生的真核生物蛋白中物蛋白
21、中,其翻其翻译后氨基末端的氨基都要乙后氨基末端的氨基都要乙酰化化,羧基末端也被修基末端也被修饰。l二、信号二、信号肽的切除的切除1530AAl三、氨基酸残基的修三、氨基酸残基的修饰l1、苏、丝、酪氨酸被磷酸化、酪氨酸被磷酸化l2、天冬、谷氨酸被、天冬、谷氨酸被羧化化l3、赖氨基酸被甲基化氨基酸被甲基化l四、糖侧链的衔接四、糖侧链的衔接l1、氮连寡糖、氮连寡糖 糖和糖和Asn的氨相接的氨相接l2、氧连寡糖、氧连寡糖 糖和糖和Ser The羟基相接羟基相接 l五、异戊二烯基团的附加五、异戊二烯基团的附加l六、附基的附加六、附基的附加l七、蛋白酶水解修饰七、蛋白酶水解修饰l八、二硫键的构成八、二硫键
22、的构成前往第五节第五节 蛋白质的投递和降解蛋白质的投递和降解 蛋白质的投递 蛋白质分类并转运到它们正确的位置的过程。一、分泌到胞外的蛋白质、整合到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是一样的，来源于内质网。二、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三种独特的运转过程。三、细胞质蛋白质依然存在于细胞质一、许多真核蛋白翻译后修饰一、许多真核蛋白翻译后修饰开场于内质网开场于内质网l 分泌到胞外的蛋白分泌到胞外的蛋白质、整和到、整和到质膜和膜和进入溶入溶酶体的蛋白体的蛋白质，运，运转的前几步是一的前几步是一样的，来源的，来源于内于内质网，在氨基末端的信号网，在氨基末端的信号肽的引的引导下下进入入内内质网腔。网
23、腔。l信号信号肽的特点：的特点：l1、含有、含有1015个疏水氨基酸个疏水氨基酸l2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一个或多个、疏水氨基酸前端近氨基末端有一个或多个正正电荷的氨基酸荷的氨基酸l3、在、在羧基一端有一个极性的短序列氨基酸。基一端有一个极性的短序列氨基酸。Proteins are translocated to the ER lumenvia the guidance of their N-terminal signalsequences,which share three similar structural features.信号肽指点真核蛋白进入内质网信号肽指点真核蛋白进入内质网
24、二、糖基化在蛋白质投递过程二、糖基化在蛋白质投递过程中起重要作用中起重要作用l1、糖基化蛋白是、糖基化蛋白是经过Asn与寡糖相与寡糖相连,首先在首先在内内质网内构成中心寡糖网内构成中心寡糖,中心寡糖和蛋白中心寡糖和蛋白质结合合后后,在内在内质网和高网和高尔基体内被基体内被进一步修一步修饰,其修其修饰的程度和蛋白的程度和蛋白质的投的投递有关。有关。l2、蛋白、蛋白质经过运运输小泡小泡进入高入高尔基体，在高基体，在高尔基体中加上基体中加上O-衔接寡糖，且接寡糖，且对N衔接寡糖接寡糖进一步修一步修饰。蛋白。蛋白质被重新分被重新分类送至最送至最终的目的目的地。的地。l3、在高、在高尔基体内，区分分泌到
25、胞外的蛋白基体内，区分分泌到胞外的蛋白质、整和到整和到质膜和膜和进入溶入溶酶体的蛋白体的蛋白质的的过程，不程，不依依赖信号信号肽而是依而是依赖其构造。其构造。4、溶酶体中水解酶类的投递、溶酶体中水解酶类的投递l 在高尔基体内，磷酸转移酶可以识别寡糖链上的甘露糖并使之磷酸化，磷酸转移酶磷酸化甘露糖的根底是它可以识别水解酶中的特征性构造“信号补丁。磷酸化甘露糖酶可以被高尔基体膜上的受体识别，含有这种受体-磷酸化甘露糖酶复合体的小泡在高尔基体的反面出芽，并使它进入小泡，小泡内的低PH使受体-磷酸化甘露糖酶复合体解体，由泡内的磷酸酯酶水解磷酸基团，受体重新回到高尔基体，含有水解酶的小泡从分类小泡中出芽
26、并被送进溶酶体。An UDP-GlcNAc analog三、线粒体、叶绿体蛋白的投递三、线粒体、叶绿体蛋白的投递l1、蛋白质的氨基末端有信号肽序列、蛋白质的氨基末端有信号肽序列l2、分子伴侣伴侣蛋白可以识别、分子伴侣伴侣蛋白可以识别l3、前体蛋白和细胞器膜上的受体识别，经过、前体蛋白和细胞器膜上的受体识别，经过蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号肽序列，在分子伴侣的协助下构成空间构造。肽序列，在分子伴侣的协助下构成空间构造。l4、前体蛋白进入细胞器时，可以被、前体蛋白进入细胞器时，可以被ATP、GTP水解促进，也可以是经过跨膜的电化学势水解促进，也可
27、以是经过跨膜的电化学势促进。促进。四、通往细胞核的信号传送四、通往细胞核的信号传送l1、核糖体是在细胞核中组装的、核糖体是在细胞核中组装的l2、真核生物细胞分裂期间，核膜破裂，、真核生物细胞分裂期间，核膜破裂，一旦细胞分裂完成，核膜被重新建立，一旦细胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必需被重新输入进核中，分散的核蛋白必需被重新输入进核中，为了重新输入，使蛋白进入核的信号顺为了重新输入，使蛋白进入核的信号顺序核定位顺序序核定位顺序 NLS是不被切除的。是不被切除的。核定位顺序核定位顺序 可以在蛋白质的任何部位。可以在蛋白质的任何部位。四、通往细胞核的信号传送四、通往细胞核的信号传送l3、对
28、核的核的输入是由一批再入是由一批再细胞核和胞核和细胞胞质之之间循循环的蛋白的蛋白质介介导的。的。l4、蛋白、蛋白质包括：包括：输入蛋白入蛋白、和和Ran(GTPase)。l5、输入蛋白入蛋白、构成一个构成一个杂二聚体，作二聚体，作为输核蛋白的可溶性受体，核蛋白的可溶性受体， 亚基在基在细胞胞质中中结合合带有核定位有核定位顺序序 NLS的蛋白的蛋白质，这种核定位种核定位顺序序 NLS的蛋白复合物的蛋白复合物锚泊在核孔泊在核孔处，然后，然后在在Ran(GTPase)的的协助下助下进入核内，入核内，结合合带有有核定位核定位顺序序 NLS的蛋白的蛋白质解离，解离，输入蛋白入蛋白、被运出被运出细胞核。胞
29、核。五、细菌蛋白质投递途径的信号序列五、细菌蛋白质投递途径的信号序列l1、细菌可将一些蛋白菌可将一些蛋白质投投递到膜内、膜到膜内、膜外、膜之外、膜之间的外周空的外周空间和和细胞外部介胞外部介质。l2、投、投递过程所需信号程所需信号肽和真核生物的根和真核生物的根本本类似。似。l3、蛋白、蛋白质的的“转运感受运感受态构象和构象和“功能功能构象。构象。l4、触、触发因子因子 膜蛋白的投递膜蛋白的投递六、细胞经过受体介导的胞饮作用输六、细胞经过受体介导的胞饮作用输入蛋白质入蛋白质l1、某些蛋白质是由环境介质中输入进细胞的，、某些蛋白质是由环境介质中输入进细胞的，如：如：LDL、转铁蛋白、多肽激素和最后
30、要被降、转铁蛋白、多肽激素和最后要被降解的循环蛋白。解的循环蛋白。l2、这些蛋白的输入需求受体，而受体集中存、这些蛋白的输入需求受体，而受体集中存在于内吞小窝的内隔膜中。在于内吞小窝的内隔膜中。l3、内吞小窝用笼状蛋白组成的网格把它们包、内吞小窝用笼状蛋白组成的网格把它们包裹在细胞内侧。裹在细胞内侧。l4、笼状蛋白构成严密的多面体构造，当越来、笼状蛋白构成严密的多面体构造，当越来越多的靶蛋白结合后，笼状蛋白构成的网格也越多的靶蛋白结合后，笼状蛋白构成的网格也随之长大，直至内吞小泡出芽进入细胞质。随之长大，直至内吞小泡出芽进入细胞质。l5、笼状蛋白很快被解外套酶除去、笼状蛋白很快被解外套酶除去 ，小泡，小泡和核内体交融和核内体交融l6、核内体的、核内体的PH被膜中的被膜中的V-型型ATPase活活性降低，使受体易于和靶蛋白解离。性降低，使受体易于和靶蛋白解离。l7、一些病毒和毒素可以利用受体介导的、一些病毒和毒素可以利用受体介导的内吞作用进入细胞，如：白喉毒素、霍内吞作用进入细胞，如：白喉毒素、霍乱毒素和流感病毒和乱毒素和流感病毒和HIV。前往
