《蛋白质的生物合成2ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蛋白质的生物合成2ppt课件（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三章第十三章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 第一节第一节 蛋白质的生物合成体系蛋白质的生物合成体系 第二节第二节 核糖体核糖体 第三节第三节 转移转移RNA(tRNA) 第四节第四节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 中心法那么中心法那么1.1.复制复制:DNA:DNA复制复制 ( (反转录反转录) )和和RNARNA复制复制2.2.转录转录: :基因表达基因表达Gene expressionGene expression, ,以以DNADNA中的基由于模板中的基由于模板, ,合成合成RNA,RNA,以此将以此将DNADNA中中的遗传信息传给的遗传信息传给mRNAmRNA。3.3.翻译
2、翻译translationtranslation：mRNAmRNA分子中的遗分子中的遗传信息转变为蛋白质的氨基酸陈列顺序。传信息转变为蛋白质的氨基酸陈列顺序。DNA RNA蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录反转录反转录复制复制复制复制第一节第一节 蛋白质的生物合成体系蛋白质的生物合成体系 q 原料：原料：20种氨基酸种氨基酸q 模板：模板：mRNAq 场所：核蛋白体所：核蛋白体(核糖体核糖体)q 氨基酸的氨基酸的“搬运工具：搬运工具：tRNAq 酶与蛋白与蛋白质因子：启因子：启动、延伸、延伸、终止因子止因子 q 能量：能量：ATP、GTPq 无机离子无机离子 一、模板一、模板mRNA mRNA 1、
3、遗传密码、遗传密码genetic code 遗传密码实践上是指mRNA中的核苷酸陈列序列与蛋白质中的氨基酸陈列序列的关系。一个三联体密码密码子决议着一个氨基酸。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。mRNA中共有64种密码子，AUG(少数原核为GUG)既Met的密码，也是“起始密码,UAA、UAG、UGA是终止密码。在原核生物,在起始密码上游约10个核苷酸处，通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列。SD序列使mRNA与小亚基结合。 起始密起始密码：5端第一个端第一个AUG表示起表示起动信号
4、，并代信号，并代 表甲硫氨酸表甲硫氨酸(细菌菌) 终止密止密码：UAA、UAG或或UGA不不编码氨基酸氨基酸 2、遗传密码的特点、遗传密码的特点 通用性：部分通用性：部分线粒体、叶粒体、叶绿体密体密码子除外子除外 方向性：方向性：5端端3端端 延延续性：性：mRNA链上碱基的插入或缺失可上碱基的插入或缺失可导致移致移码 不重叠性：相不重叠性：相临密密码子子间不共用核苷酸不共用核苷酸 简并性简并性(degenerate)(degenerate)：一个以上密码子表达一个氨基：一个以上密码子表达一个氨基酸遗传信息酸遗传信息TrpTrp和和MetMet除外，仅有除外，仅有1 1个密码子个密码子 。其。
5、其缘由是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对缘由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。摆动性或摇摆性。 摇摆性性wobblewobble：mRNAmRNA密密码子的第三个核苷酸子的第三个核苷酸33端端 与与tRNAtRNA反密反密码子第一个核苷酸子第一个核苷酸55端配端配对时，有，有时不遵守不遵守严厉的碱基配的碱基配对原那么，除原那么，除A-UA-U、G-CG-C外，外，还可有其它配可有其它配对方式。方式。 I( I(次黄苷酸次黄苷酸) )是最常是最常见的的摆动景象景象, ,如如U-G U-G 、 I-U I-U 、 I-C I-C 、 I-A I-A 。遗传密码的特点遗传
6、密码的特点密码子不重叠密码子不重叠密码子的延续性与方向性密码子的延续性与方向性 遗传遗传密密密密码码的的的的简简并性并性并性并性 1966 1966年年F.CrickF.Crick提出的摆动假说提出的摆动假说wobble hypothesiswobble hypothesis 密码配对的摇摆性密码配对的摇摆性( (摆动性摆动性) )反密码子反密码子5端的碱基端的碱基 密码子密码子3端的碱基端的碱基 GC或或UCGAUUA或或GIA、U或或C密码的特点密码的特点 第二第二节 核糖体核糖体 一核糖体是蛋白一核糖体是蛋白质合成的部位合成的部位二核糖体的二核糖体的组成和构造成和构造原核原核细胞的核糖体
7、胞的核糖体真核真核细胞的核糖体胞的核糖体三核糖体的功能三核糖体的功能核糖体上有两个核糖体上有两个tRNA结合位点：合位点：肽链结合合位位P位和氨位和氨酰接受位接受位A位。位。 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 原核生物核糖体原核生物核糖体 70S50S30S5S rRNA， 23S rRNA34种蛋白种蛋白质16S rRNA21种蛋白种蛋白质真核生物核糖体真核生物核糖体 80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白种蛋白质18SrRNA33种蛋白种蛋白质 核蛋白体核蛋白体两类核蛋白体两类核蛋白体: : 结合型：位于
8、粗面内质网，合成分泌蛋白含信号肽结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白含信号肽. . 游离型：游离于胞质中游离型：游离于胞质中, ,参与细胞固有蛋白的合成参与细胞固有蛋白的合成第三节第三节 tRNA(转移转移RNA) 一一. tRNA. tRNA的构造的构造 二二. tRNA. tRNA的功能的功能搬运工具搬运工具tRNA(酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNA的二的二级构造构造)搬运工具搬运工具tRNA(tRNA(酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNAtRNA的三的三级构造构造) )搬运工具搬运工具tRNAtRNA的反密的反密码子与子与mRNAmRNA的密的密码子子 (三三) tRNA的功能的功能tRNA分子上与
9、蛋白质合成有关的位点：1. 3端-CCA上的氨基酸接受位点。2. 识别氨酰-tRNA合成酶的位点。3. 核糖体识别位点，使延伸中的肽链附着于核糖体上。4. 反密码子位点。第一套密第一套密码系系统(mRNA):决决议蛋白蛋白质肽链氨基酸排氨基酸排 列列顺序。序。第二套密第二套密码系系统(tRNA):决决议tRNA与哪种氨基酸与哪种氨基酸结合。合。 第四第四节 蛋白蛋白质生物合成的生物合成的过程程 (一一). 氨基酸活化氨基酸活化 (二二). 肽链起始起始 (三三). 肽链延伸延伸 (四四). 肽链的的终止和止和释放放 (五五). 肽链合成后的加工合成后的加工 六六). 蛋白蛋白质的分的分拣sor
10、ting 与定向保送与定向保送 七七). 蛋白蛋白质生物合成的抑制生物合成的抑制剂 蛋白质合成的根本过程蛋白质合成的根本过程多个核蛋白体多个核蛋白体DNA遗传信息遗传信息核膜核膜mRNA模板模板装配机装配机多个多个tRNA搬运工具搬运工具多核蛋白体多核蛋白体多个氨基酸原料多个氨基酸原料蛋白质产品蛋白质产品mRNA大肠杆菌蛋白质合成体系的重要组分见教材P278表133。 E.Coli蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 ( (一一).).氨基酸的活化：氨基酸的活化： 由高度特异的氨由高度特异的氨酰-tRNA-tRNA合成合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase) (aminoac
11、yl-tRNA synthetase)催化，反催化，反响分两步响分两步 总反响式反响式 (氨酰AMP)(氨酰AMP)( (氨酰氨酰-tRNA)-tRNA) 氨氨酰tRNAtRNA的分子构造的分子构造( (二二) )肽链的起始：肽链的起始： mRNA中的起始密中的起始密码是是AUG，少数是，少数是GUG。 起始密起始密码子的上游子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称呤的序列称SD序列序列Shine-Dalgarno序列，普通序列，普通为310个核苷酸，它与核糖体个核苷酸，它与核糖体16srRNA 3端的核苷酸端的核苷酸序列互序列互补，可促使核糖体与，可
12、促使核糖体与mRNA的的结合。合。 在在E.ColiE.Coli和其它原核生物中与和其它原核生物中与这起始密起始密码AUGAUG相相对应的的tRNAtRNA是甲是甲酰甲硫氨甲硫氨酰tRNAtRNAfMet-tRNAf MetfMet-tRNAf Met，这是起始是起始tRNAtRNA。 起始起始tRNAtRNA怎样构成？怎样构成？由甲硫氨酰由甲硫氨酰-tRNA-tRNA甲酰化甲酰化 tRNAMetMet-tRNA甲酰基转移酶甲酰基转移酶N10甲酰甲酰FH4 FH4fMettRNAf甲酰基甲酰基甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNAftRNAf甲酰基甲酰基Structure of N-formyl-m
13、ethionyl-tRNAMetDifferences with other tRNAs 细胞内有细胞内有2 2种可携带种可携带MetMet的的tRNAtRNA，它们都识别同样，它们都识别同样的的AUGAUG密码子，但它们的一级构造和功能不同。密码子，但它们的一级构造和功能不同。 2.tRNAmMet 2.tRNAmMet带上上MetMet后不能甲后不能甲酰化，用于化，用于肽链的内部，的内部，在在肽链延伸中起作用。延伸中起作用。 1.tRNAf Met 1.tRNAf Met 带上上MetMet后能甲后能甲酰化，是起始化，是起始tRNAtRNA，用，用于于肽链合成的起始。合成的起始。 所以所以
14、AUG和和GUG是兼是兼职密密码子，它子，它们既可以作既可以作为起始密起始密码子，作子，作为肽链合成的起始信号，合成的起始信号，这时与之与之对应的氨基酸是甲的氨基酸是甲酰Met。另外也可作。另外也可作肽链内部相内部相应氨基酸氨基酸的密的密码，这时AUG编码Met(甲硫氨酸甲硫氨酸),GUG编码val(缬氨酸氨酸)。MetATP/ Mg 2+ +tRNAm MettRNAf MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-FormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+ PPiThe same aaRSAMP/Mg2
15、+PPi 肽链合成的起始除了需求起始密码、肽链合成的起始除了需求起始密码、SD序列、起始序列、起始tRNA外还要外还要三种起始因子。三种起始因子。 initiation factor，即，即IF-1， IF-2 和和IF-3，还要，还要耗费耗费GTP，还需核糖体大小亚基参与，构成一个，还需核糖体大小亚基参与，构成一个70S的真正起始复合的真正起始复合物。物。 inactive 70S ribosomeSD sequence30S initiation complex70S initiation complex GDP + Pi肽链的延伸需求一些延伸因子或称延伸因子的延伸需求一些延伸因子或称延伸
16、因子elongation factor,EFelongation factor,EF。 原核生物的原核生物的EFEF有有EF-TEF-T和和EF-GEF-G两两类: : EF-T EF-T：延伸因子：延伸因子“T“T，开，开场误以以为这类延延伸因子有伸因子有肽基基转移移酶的活性的活性(peptidyl (peptidyl transferase)transferase)，所以取，所以取转移移酶的第一个字母的第一个字母“T“T。( (三三).).肽链的延伸：肽链的延伸： EF-T EF-T是由是由TuTu和和TsTs两个两个亚基基组成的二聚体。成的二聚体。 EF-Ts EF-Ts：s s是是st
17、ablestable的意思，是的意思，是稳定蛋白定蛋白质。 EF-Tu: u EF-Tu: u是是unstableunstable，不，不稳定蛋白定蛋白质。 EF-TuEF-Tu直接参与了氨直接参与了氨酰-tRNA-tRNA与核糖体的与核糖体的结合。合。 EF-G EF-G：这类延伸因子与核糖体延伸因子与核糖体结合合时需求需求GTPGTP，当，当GTPGTP水解水解时，这类延伸因子就从核糖延伸因子就从核糖体上解离下来，体上解离下来，总之涉及之涉及GTPGTP，所以用，所以用GTPGTP的的第一个字母第一个字母“G“G，EF-GEF-G。1.1.氨氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体的入核糖体的A
18、 A位位 2.2.肽键的构成的构成 3.3.移位移位 肽链的延伸包括肽链的延伸包括3 3步步: : 这是个比是个比较复复杂的的过程，需程，需Ts、Tu，还要耗要耗费GTP。EF-Tu与与GTP和氨和氨酰-tNRA首先构成三元复合物，才干首先构成三元复合物，才干进入入A位。位。 1. 1. 氨酰氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体的进入核糖体的A A位位2. 2. 肽键的构成肽键的构成 经过一个一个转肽transpeptidation，由，由肽酰转移移酶peptidyl transferase催化，催化，使一个使一个酯键变成了成了肽键，肽基基转移移酶的的活性由核糖体大活性由核糖体大亚基的基的23s
19、 rRNA承当承当肽基基转移移酶是一种是一种ribozyme。嘌呤霉呤霉素素对蛋白蛋白质的抑制造用就的抑制造用就发生在生在肽键构构成成这一步。一步。 3. 移位移位translocation 移位包括三种运移位包括三种运动: : (1).(1).空空载的的tRNAtRNA分开分开P P位。位。 (2).(2).二二肽基基tRNAtRNA由由A A位移到位移到P P位位(3).(3).核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA的的5353方向方向 挪挪动一个密一个密码子的子的间隔。移位需求隔。移位需求 EF-GEF-G和和GTPGTP。( (四四) )肽链的终止与释放：肽链的终止与释放： 释放因子放因子r
20、elease factor RFrelease factor RF能能识别终止密止密码子与子与终止密止密码子子结合。合。UAARF1 or RF2终止密码子终止密码子RF-1RF-1：识别UAAUAA和和UAG UAG RF-2RF-2：识别UAAUAA和和UGA UGA RF-3RF-3：RF-3RF-3和和GTPGTP构成复构成复 合物，是一种合物，是一种GTPGTP结合蛋合蛋 白，可促白，可促进核糖体与核糖体与RF-1 RF-1 和和RF-2RF-2的的结合。合。 转肽酶发扬着水解作用转肽酶发扬着水解作用 多聚核糖体多聚核糖体polyribosome, or polysomepolyri
21、bosome, or polysome 真核生物与原核生物蛋白质合成的差别真核生物与原核生物蛋白质合成的差别 真核细胞蛋白质的生物合成与原核细胞真核细胞蛋白质的生物合成与原核细胞类似，但过程更复杂，参与的因子更多。类似，但过程更复杂，参与的因子更多。 1 1核糖体：核糖体： 真核细胞核糖体更大，为真核细胞核糖体更大，为80S80S，可解离成，可解离成60S60S和和40S40S两两个亚基。个亚基。 2起始起始tRNA： 真核生物也有二种携真核生物也有二种携带Met的的tRNA，一种携，一种携带Met的的tRNA为起起始始 tRNA ，即，即tRNAiMet，起始，起始tRNA携携带 Met后，
22、并不甲后，并不甲酰化；化；另一种用于另一种用于肽链内部的内部的tRNAMet。 3.3.起始密起始密码子：子： 4.4. 真核起始密真核起始密码子子总是是AUGAUG，它的上游无，它的上游无SDSD序列，通序列，通常把常把mRNAmRNA5.5. 上最接近上最接近55端的端的AUGAUG定定为起始部位起始部位, 40S, 40S核糖体与核糖体与 mRNA 5mRNA 5一端的帽子相一端的帽子相结合，向合，向33一方向挪一方向挪动，以，以便便寻觅 AUG AUG密密码子，子，这过程要耗程要耗费ATPATP。 真核真核细胞的起始因子很多，到目前胞的起始因子很多，到目前为止止发现的至少有的至少有10
23、种，命名种，命名为eIF-n，“e代表真核，有代表真核，有eIF-1，eIF-2，eIF-2A，eIF-3，eIF4A、4B、4C、4D，eIF-5，eIF-6，其中，其中eIF-2是最重要的一种，它是一种帽是最重要的一种，它是一种帽结合蛋白合蛋白质cap-binding protein它与它与GTP与起始与起始tRNA结合构成三元复合物，起始翻合构成三元复合物，起始翻译。 4. 4. 起始因子：起始因子： 真核真核细胞的延伸因子胞的延伸因子为EF-1和和EF-1r，相当于原核相当于原核细胞中的胞中的EF-Tu和和EF-Ts。真核生。真核生物的物的EF-2相当于原核生物的相当于原核生物的EF-
24、GEF-2能催能催化化GTP水解，供能，推水解，供能，推进位移。位移。 真核真核细胞多胞多肽合成的合成的终止只需一种止只需一种释放因子放因子eRF，可，可识别3种种终止止密密码子。子。 5 5延伸因子和终止因子：延伸因子和终止因子：蛋白质合成总结蛋白质合成总结需很多酶和辅助因子参与需很多酶和辅助因子参与需很多酶和辅助因子参与需很多酶和辅助因子参与折叠和加工折叠和加工终止密码终止密码 eRF GTP终止密码终止密码 RF-1, RF-2, RF-3 GTP肽链的终止和释放肽链的终止和释放EF-1，EF-1r，GTP 肽酰转移移酶 EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTP K+, 肽酰转移酶
25、肽酰转移酶 EF-G，GTP 肽链的延伸的延伸 1氨氨酰tRNA的的结合合 2肽键的构成的构成 3位移位移 起始密码起始密码 Met-tRNAiMet eIF-1eIF-6 GTP, ATP起始密码，起始密码，SD序列序列fMet-tRNA IF-1,IF-2,IF-3 GTP肽链起始肽链起始氨氨酰tRNA合成合成酶，ATP，Mg2+氨氨酰tRNA合成合成酶，ATP，Mg2+aa的活化的活化 真核生物所需因子真核生物所需因子原核生物所需因子原核生物所需因子过程过程蛋白质生物合成所需的能量：蛋白质生物合成所需的能量： 假假设要合成要合成100100个个aaaa组成的成的肽链要耗要耗费多少能量多少
26、能量？ aa活化活化 1ATP2个个 键键 起始起始 1GTP1个个 键键 延伸延伸 2GTP2个个 键键 终止终止 1GTP1个个 键键PPPP原核生物原核生物五肽链合成后的加工：五肽链合成后的加工： 1 1N N端甲端甲酰基或基或N N端端aaaa的除去：的除去： 原核生物原核生物 fMet - (aa) n Met(aa)n aan or (aa)n-m 去甲酰基酶去甲酰基酶氨肽酶氨肽酶 多数情况下，在多数情况下，在肽链合成中，即当合成中，即当肽链的的N端游离出核糖体后，端游离出核糖体后，立刻立刻进展去甲展去甲酰化。化。 真核生物真核生物N端端Met经常在常在肽链的其他部分的其他部分还未
27、完全合成未完全合成时, 就曾就曾经水解下来。水解下来。2 2信号肽信号肽(signal peptide)(signal peptide)的切除的切除 3. 3. 二硫键的构成：二硫键的构成： 4. 4. 氨基酸的修氨基酸的修饰： 乙乙酰化、甲基化、磷酸化、化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸基化、泛酸化、糖基化等化、糖基化等 5. 5. 切去新生切去新生肽链中非功能所需的中非功能所需的肽段：段： 如胰如胰岛素原素原胰胰岛素，胰蛋白素，胰蛋白酶原原胰蛋白胰蛋白酶，胰凝乳胰凝乳 蛋白蛋白酶原原胰凝乳蛋白胰凝乳蛋白酶 6. 6. 高高级构造的构成：构造的构成： 蛋白蛋白质的一的一级构造决构造决议高高级构
28、造，多构造，多肽链的折的折叠在叠在肽链合成没有合成没有终了了时就曾就曾经开开场 1 1不需求分子伴不需求分子伴侣molecularchaperonemolecularchaperone 2 2需求分子伴需求分子伴侣 六蛋白质的分拣六蛋白质的分拣sortingsorting与定向保送与定向保送 多多肽或蛋白或蛋白质合成后要送往合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自的生物胞的各个部分，以行使各自的生物功能。功能。 真核细胞质真核细胞质 核糖体合成的蛋白质核糖体合成的蛋白质 胞浆胞浆内质网内质网线粒体线粒体细胞核细胞核高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体细胞膜细胞膜分泌到分泌到胞外胞外 原核生物如原核生物如
29、E.Coli合成的蛋白质合成的蛋白质 胞浆、质膜、外膜、质膜与外膜胞浆、质膜、外膜、质膜与外膜之间的空隙。之间的空隙。 蛋白质的分拣或称分选蛋白质的分拣或称分选: 为了能准确地运送蛋白质，在进化过程为了能准确地运送蛋白质，在进化过程中每种蛋白质构成了一种明确的地址标签中每种蛋白质构成了一种明确的地址标签address target，细胞经过对蛋白质，细胞经过对蛋白质地址标签的识别进展运送，这就是蛋白质地址标签的识别进展运送，这就是蛋白质的分拣或称分选的分拣或称分选sorting。 蛋白蛋白质的定向由蛋白的定向由蛋白质N端特殊的端特殊的aa序列序列信号信号肽决决议的，的，1975年年Blobel
30、和和Dobberstein提出了信号提出了信号肽学学说(signal peptide hypothesis)，由于，由于Blobel在在阐明蛋白明蛋白质的分的分拣与定向中所作出的与定向中所作出的出色奉献，因此出色奉献，因此获得了得了1999年年诺贝尔医学生理学医学生理学奖。 信号信号肽signal or leader sequencesignal or leader sequence：位于多：位于多肽链的的N N端，端，长约15153030个氨个氨基酸序列，大部分基酸序列，大部分为疏水性氨基酸，接近疏水性氨基酸，接近N N端有几个正端有几个正电荷的荷的Arg(Arg(精氨酸精氨酸) )和和Ly
31、sLys( (赖氨酸氨酸) ) 。 信号信号肽识别颗粒粒signal recognition particle, SRPsignal recognition particle, SRP: SRP: SRP是一个是一个RNARNA和蛋白和蛋白质组成的复合物，由成的复合物，由7SLRNA7SLRNA和和6 6种蛋白种蛋白质组成。成。 SRPSRP受体受体SRP receptorSRP receptor：是一个二聚体蛋白：是一个二聚体蛋白质，由，由亚基和基和-亚基基组成。成。 七蛋白质生物合成的抑制剂：七蛋白质生物合成的抑制剂： 许多抗菌素能抑制蛋白多抗菌素能抑制蛋白质的生物合成，如常用的的生物合成，如常用的氯霉素、霉素、链霉素、四霉素、四环素等，它素等，它们能抑制原核能抑制原核细胞如胞如细菌的蛋白菌的蛋白质的生物合的生物合成，可抑制成，可抑制细菌的生菌的生长，但不抑制真核，但不抑制真核细胞蛋白胞蛋白质的生物合成，的生物合成，所以医学上可用作所以医学上可用作药物。物。 氯霉素霉素chlorampenicol 链霉素霉素streptomycin 四四环素素Tetracycline 新霉素新霉素neomycin 嘌呤霉素呤霉素puromycin
