15蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)ppt課件

1、蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)將將mRNAmRNA中核苷酸順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸順序的過程，中核苷酸順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸順序的過程，即將即將mRNAmRNA中中4 4種核苷酸的語言解讀為蛋白質(zhì)中種核苷酸的語言解讀為蛋白質(zhì)中2020種氨基酸的語種氨基酸的語言言翻譯翻譯TranslationTranslation）蛋白質(zhì)的生物合成：蛋白質(zhì)的生物合成：以以mRNAmRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程為模板合成蛋白質(zhì)的過程一、蛋白質(zhì)合成的分子體系一、蛋白質(zhì)合成的分子體系( (一一) mRNA) mRNA：蛋白質(zhì)合成的模板：蛋白質(zhì)合成的模板辨認(rèn)起始密碼子辨認(rèn)起始密碼子(AUG)(AUG)： 翻

2、譯蛋白質(zhì)合成起始的必須步驟翻譯蛋白質(zhì)合成起始的必須步驟確定閱讀框架確定閱讀框架按照不重疊的三聯(lián)體密碼子翻譯產(chǎn)生對應(yīng)的按照不重疊的三聯(lián)體密碼子翻譯產(chǎn)生對應(yīng)的AAAA并形成肽鍵并形成肽鍵終止密碼子，合成結(jié)束，肽鏈釋放終止密碼連續(xù)出現(xiàn)終止密碼子，合成結(jié)束，肽鏈釋放終止密碼連續(xù)出現(xiàn)2 23 3個）個）53AUGUAA、UGA、UAG編碼區(qū)3端非編碼區(qū)5端非編碼區(qū) mRNA mRNA分子中每三個相鄰堿基組成一個密碼子分子中每三個相鄰堿基組成一個密碼子 真核生物真核生物mRNAmRNA的成熟需要經(jīng)過剪切修飾，只編的成熟需要經(jīng)過剪切修飾，只編碼一條肽鏈，轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在不同的空間和時碼一條肽鏈，轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)

3、生在不同的空間和時間間原核生物原核生物mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎同時進(jìn)行，可以轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎同時進(jìn)行，可以編碼多條肽鏈編碼多條肽鏈mRNAmRNA：蛋白質(zhì)合成的模板：蛋白質(zhì)合成的模板1 1、引導(dǎo)氨基酸進(jìn)入核糖體、引導(dǎo)氨基酸進(jìn)入核糖體2 2、將、將mRNAmRNA的堿基序列翻譯為氨基酸序列的堿基序列翻譯為氨基酸序列3 3、tRNAtRNA的反密碼子與的反密碼子與mRNAmRNA的密碼子堿基互補(bǔ)的密碼子堿基互補(bǔ)（二（二tRNAtRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)活化的：轉(zhuǎn)運(yùn)活化的AAAA至至mRNAmRNA模板模板70709090個核苷酸，分子較小個核苷酸，分子較小三葉草形結(jié)構(gòu)三葉草形結(jié)構(gòu)1 1含稀有堿基含稀有堿基

4、2 2反密碼環(huán)有三個反密碼子反密碼環(huán)有三個反密碼子3 3氨基酸臂有氨基酸臂有CCACCA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 一種一種tRNAtRNA只與一種只與一種AAAA結(jié)合結(jié)合 一種一種AAAA可與幾種可與幾種tRNAtRNA結(jié)合結(jié)合 tRNA tRNA約約5050余種余種 密碼子第三位核苷酸擺動密碼子第三位核苷酸擺動 配對配對tRNAtRNA的關(guān)鍵部位：的關(guān)鍵部位： 氨基酸臂：氨基酸臂：AAAA結(jié)合部位結(jié)合部位 反密碼環(huán)：反密碼環(huán)：mRNAmRNA結(jié)合部位結(jié)合部位核糖體：無界膜，顆粒狀，核糖體：無界膜，顆粒狀， 大、小亞基組成大、小亞基組成亞基：含不同的亞基：含不同的PrPr、rRNArRNA， 原核和真核生物不

5、同原核和真核生物不同 1.1.核糖體的組成核糖體的組成( (三三) ) 核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠多聚核糖體多聚核糖體polgsomepolgsome）mRNAmRNA和多個核蛋白體的聚合物，一般間隔和多個核蛋白體的聚合物，一般間隔4040個核苷酸結(jié)合一個核苷酸結(jié)合一個核糖體。個核糖體。（一個（一個mRNAmRNA分子同時有多個核蛋白體在進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成）分子同時有多個核蛋白體在進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成）原核生物的原核生物的轉(zhuǎn)錄翻譯同轉(zhuǎn)錄翻譯同步進(jìn)行步進(jìn)行多聚核糖體的電鏡照片多聚核糖體的電鏡照片rRNArRNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體 細(xì)菌核糖體：細(xì)菌核糖體：3 3種

6、種rRNArRNA、5757個個PrPr，Mw 270Mw 270萬萬 真核生物核糖體：真核生物核糖體：4 4種種rRNArRNA、約、約8282個個PrPr，Mw 420Mw 420萬萬原核生物原核生物真核生物真核生物小小亞亞基基rRNArRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)16S-rRNA16S-rRNA2121種種18S-rRNA18S-rRNA3333種種大大亞亞基基rRNArRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA23S-rRNA3434種種5S-rRNA5S-rRNA28S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5.8S-rRNA4949種種 原核生物5S rRNA可與tR

7、NA互補(bǔ)，與23S rRNA互補(bǔ) 16S rRNA的3端ACCUCCUUA與mRNA的SD序列互補(bǔ)，翻譯起始定位；與23S rRNA互補(bǔ)，大小亞基結(jié)合 23S rRNA與起始tRNA互補(bǔ)2 2、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能、核糖體的結(jié)構(gòu)與功能1 1、P P位點(diǎn)肽酰基位點(diǎn)）位點(diǎn)肽?；稽c(diǎn)） 結(jié)合肽基結(jié)合肽基-tRNA-tRNA的位點(diǎn)的位點(diǎn)2 2、A A位點(diǎn)氨?；稽c(diǎn)）位點(diǎn)氨酰基位點(diǎn)） 結(jié)合氨基酰結(jié)合氨基酰-tRNA-tRNA的位點(diǎn)的位點(diǎn)3 3、轉(zhuǎn)肽酶活性、轉(zhuǎn)肽酶活性 催化肽鍵的形成催化肽鍵的形成4 4、識別、識別mRNAmRNA的位點(diǎn)的位點(diǎn) 小亞基上，可容納小亞基上，可容納2 2個密碼個密碼3 3、核糖體

8、存在場所、核糖體存在場所z 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要）粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要）z 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)z 線粒體、葉綠體線粒體、葉綠體z 細(xì)菌細(xì)胞：約細(xì)菌細(xì)胞：約2020，000000個核糖體個核糖體z 真核細(xì)胞：真核細(xì)胞：106106個個z 未成熟蟾蜍卵細(xì)胞：未成熟蟾蜍卵細(xì)胞：10121012個個密碼子的特點(diǎn) 連續(xù)性：兩個密碼之間沒有任何堿基隔開。 簡并性：64個密碼子對應(yīng)20個氨基酸，同一種氨基酸有兩個或多個密碼子的現(xiàn)象為密碼子的簡并性。 變偶性：專一性取決于頭兩個堿基，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子匹配時，第一二堿基嚴(yán)格配對，第三堿基可以變動。反密碼子第一位可為I，可識別更多簡并密碼子。這樣32種tRNA即

9、可識別61個編碼氨基酸的密碼子。 通用性：共用一套遺傳密碼。線粒體編碼方式有所不同。4種堿基，編碼20個氨基酸5 5個階段個階段合成方向：合成方向：NCNC端端翻譯方向：翻譯方向：5353二、翻譯的步驟二、翻譯的步驟在核糖體上進(jìn)行，且是一個循環(huán)過程，因此也成為核糖體循環(huán)。（一氨基酸的活化（一氨基酸的活化1 1、氨基酰、氨基酰-tRNA-tRNA合成酶：使合成酶：使AAAA結(jié)合到特定的結(jié)合到特定的tRNAtRNA上上 AA AA活化能量）活化能量） tRNA tRNA攜帶攜帶AAAA到到mRNAmRNA指定部位專一性）指定部位專一性）2 2、每個氨酰、每個氨酰-tRNA-tRNA合成酶可識別一個

10、特定的合成酶可識別一個特定的AAAA和與和與此此AAAA對應(yīng)的多個對應(yīng)的多個tRNAtRNA的特定部位的特定部位 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶具有校對功能，如果產(chǎn)物不對應(yīng)，合成酶具有校對功能，如果產(chǎn)物不對應(yīng)，則啟動校對活性，水解非正確組合的氨基酸和則啟動校對活性，水解非正確組合的氨基酸和tRNAtRNA之間形成的共價聯(lián)系。之間形成的共價聯(lián)系。原核生物能將原核生物能將tRNAiMettRNAiMet的氨基酸甲?；陌被峒柞；ǘ鹗茧A段（二起始階段1 1、所有蛋白質(zhì)翻譯起始為甲硫氨酸、所有蛋白質(zhì)翻譯起始為甲硫氨酸一個特殊的一個特殊的tRNAtRNA啟動了蛋白質(zhì)的合成啟動了蛋白質(zhì)的合成 1

11、 1轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)MetMet的的tRNAtRNA：2 2種種（1 1tRNAiMettRNAiMet原核：原核： tRNAifMet tRNAifMet）：）： 被起始因子識別，與起始密碼被起始因子識別，與起始密碼AUGAUG配對，在肽鏈配對，在肽鏈N N端端摻入摻入MetMet，啟動蛋白質(zhì)合成，啟動蛋白質(zhì)合成 （2 2tRNAMettRNAMet：被延伸因子識別，與：被延伸因子識別，與mRNAmRNA之間之間AUGAUG配對，配對，摻入摻入MetMet延伸）延伸）2 2MetMet的活化產(chǎn)物的活化產(chǎn)物（1 1起始位置：起始位置：Met-tRNAiMetMet-tRNAiMet 原核：原核：fMe

12、t-tRNAMetfMet-tRNAMet（2 2中間位置：中間位置：Met-tRNAMetMet-tRNAMet2 2、翻譯開始于、翻譯開始于mRNAmRNA與核糖體的結(jié)合與核糖體的結(jié)合 原核生物的mRNA存在富含嘌呤堿基的SD序列 核糖體小亞基上的16S rRNA3端的富含嘧啶序列可與SD序列 配對結(jié)合形成起始復(fù)合體形成起始復(fù)合體原核生物原核生物 起始因子起始因子IF-3IF-3、IF-1IF-1結(jié)合于小亞基結(jié)合于小亞基 （IF-3IF-3：促進(jìn)上一輪蛋白質(zhì)合成的核糖：促進(jìn)上一輪蛋白質(zhì)合成的核糖 體大小亞基解聚）體大小亞基解聚） 小亞基小亞基16S rRNA16S rRNA序列與序列與mR

13、NAmRNA的的SDSD序列互補(bǔ)配對使序列互補(bǔ)配對使 小亞基結(jié)合于小亞基結(jié)合于SDSD序列真核生物無序列真核生物無SDSD序列）序列） fMet-tRNAfMet fMet-tRNAfMet與起始密碼與起始密碼AUGAUG配對結(jié)合，與配對結(jié)合，與GTPGTP結(jié)結(jié)合合 的起始因子的起始因子IF-2IF-2同時結(jié)合同時結(jié)合, ,形成五元起始復(fù)合物形成五元起始復(fù)合物 GTP GTP水解釋放能量，促使大亞基結(jié)合成完水解釋放能量，促使大亞基結(jié)合成完 整的核糖體整的核糖體,IF-1,IF-1、IF-2IF-2、IF-3IF-3脫離復(fù)合體脫離復(fù)合體 mRNA mRNA、fMet-tRNAfMetfMet-t

14、RNAfMet和核糖體構(gòu)成三元起始復(fù)合和核糖體構(gòu)成三元起始復(fù)合物物真核生物起始階段與原核生物的不同點(diǎn)真核生物起始階段與原核生物的不同點(diǎn) 無無SDSD序列，但有序列，但有55帽子、帽子、3polyA3polyA尾巴尾巴 帽子結(jié)合蛋白促使小亞基與帽子結(jié)合蛋白促使小亞基與mRNAmRNA結(jié)合結(jié)合 起始因子起始因子eIFeIF，有，有1010種以上種以上 小亞基先與小亞基先與Met-tRNAMetMet-tRNAMet結(jié)合，再與結(jié)合，再與mRNAmRNA的的AUGAUG結(jié)合結(jié)合 （與原核相反）（與原核相反） 留意：留意： 啟動過程消耗啟動過程消耗GTPGTP 復(fù)合體含復(fù)合體含3 3種種RNARNA、蛋

15、白質(zhì)和、蛋白質(zhì)和MetMet，無，無DNADNA（三在肽鏈延長過程中有（三在肽鏈延長過程中有3 3個重復(fù)的延伸反應(yīng)個重復(fù)的延伸反應(yīng) 注冊注冊成肽成肽轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位核糖體的四個活性部位轉(zhuǎn)肽酶中心-E位核糖核蛋白體循環(huán)核糖核蛋白體循環(huán)注冊注冊核糖核蛋白體循環(huán)核糖核蛋白體循環(huán)成肽成肽核糖核蛋白體循環(huán)核糖核蛋白體循環(huán)轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位（四（四) ) 翻譯的終止需要釋放因子和終止密碼子的參加翻譯的終止需要釋放因子和終止密碼子的參加 釋放因子包括：釋放因子包括：RF1RF1識別識別UAAUAA和和UAGUAG，RF2RF2識別識別UAAUAA和和UGAUGA，RF3RF3刺激二者活性。刺激二者活性。 肽鏈通過注冊、成肽、

16、轉(zhuǎn)位肽鏈通過注冊、成肽、轉(zhuǎn)位3 3個步驟的循環(huán)延長肽鏈個步驟的循環(huán)延長肽鏈 當(dāng)遇到終止密碼時，肽鏈延長結(jié)束當(dāng)遇到終止密碼時，肽鏈延長結(jié)束 肽鏈釋放，大小亞基自肽鏈釋放，大小亞基自mRNAmRNA脫落脫落RRF（一肽鏈的翻譯后的加工修飾：一級結(jié)構(gòu)的修飾、多肽鏈（一肽鏈的翻譯后的加工修飾：一級結(jié)構(gòu)的修飾、多肽鏈的折疊、三維結(jié)構(gòu)的修飾等的折疊、三維結(jié)構(gòu)的修飾等1.1.肽鏈的肽鏈的N N端切割：端切割： 去除去除N N端端fMetfMet殘基殘基四、肽鏈翻譯后的加工修飾與轉(zhuǎn)運(yùn)四、肽鏈翻譯后的加工修飾與轉(zhuǎn)運(yùn)信號肽及部分肽段的切除信號肽及部分肽段的切除z 蛋白質(zhì)完成跨膜運(yùn)輸，信號肽酶切除信號肽蛋白質(zhì)完成跨

17、膜運(yùn)輸，信號肽酶切除信號肽z 往往還含有一段與活性無關(guān)的其他肽段，切除后才能形往往還含有一段與活性無關(guān)的其他肽段，切除后才能形z 成有活性的蛋白質(zhì)成有活性的蛋白質(zhì)2.2.個別氨基酸的共價修飾個別氨基酸的共價修飾z 二硫鍵的形成：二硫鍵的形成：2 2個個Cys-SHCys-SH間脫氫氧化間脫氫氧化z 輔助因子的連接：輔助因子的連接：z 與糖、脂類、血紅素等結(jié)合形成結(jié)合蛋白質(zhì)與糖、脂類、血紅素等結(jié)合形成結(jié)合蛋白質(zhì)z 亞基聚合：亞基聚合：HbHb的的4 4個亞基聚合成四級結(jié)構(gòu)個亞基聚合成四級結(jié)構(gòu)z 個別氨基酸的化學(xué)修飾個別氨基酸的化學(xué)修飾編碼氨基酸：編碼氨基酸：2020種；蛋白質(zhì)種；蛋白質(zhì)AAAA：

18、100100種種編碼編碼AAAA化學(xué)修飾化學(xué)修飾磷酸化：磷酸化：SerSer、ThrThr、TyrTyr羥基化：羥基化：ProPro、LysLys?；乎；篐isHis甲基化：甲基化：TrpTrp核糖基化：核糖基化：ArgArg蛋白質(zhì)的生物活性：氨基酸順序，空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的生物活性：氨基酸順序，空間結(jié)構(gòu)新生肽鏈：必須經(jīng)過嚴(yán)格而復(fù)雜的折疊，才能形成正確空間結(jié)新生肽鏈：必須經(jīng)過嚴(yán)格而復(fù)雜的折疊，才能形成正確空間結(jié) 構(gòu)、活性蛋白質(zhì)構(gòu)、活性蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸順序如何決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)多肽鏈的氨基酸順序如何決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 第二遺傳密碼？第二遺傳密碼？3. 3. 肽鏈的折疊肽鏈的折疊新生肽

19、鏈折疊：分子伴侶、折疊酶新生肽鏈折疊：分子伴侶、折疊酶分子伴侶分子伴侶Molecular chaperoneMolecular chaperone）幫助新生肽鏈進(jìn)行非共價折疊的一類蛋白質(zhì)幫助新生肽鏈進(jìn)行非共價折疊的一類蛋白質(zhì)熱休克蛋白、伴侶素等熱休克蛋白、伴侶素等折疊酶折疊酶FoldaseFoldase類類催化與折疊有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的酶催化與折疊有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)的酶目前已知：目前已知：2 2個個二硫鍵異構(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶PDIPDI）、脯氨酸異構(gòu)酶）、脯氨酸異構(gòu)酶PPIPPI）分子伴侶幫助新生肽鏈的正確折疊分子伴侶幫助新生肽鏈的正確折疊蛋白質(zhì)的合成部位：核糖體蛋白質(zhì)的合成部位：核糖體合成后的去向合成

20、后的去向1保留在胞漿保留在胞漿2進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其它細(xì)胞器進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其它細(xì)胞器3分泌至體液胞外）分泌至體液胞外） 運(yùn)輸?shù)桨衅鞴俸桶屑?xì)胞運(yùn)輸?shù)桨衅鞴俸桶屑?xì)胞靶向運(yùn)輸靶向運(yùn)輸Protein targeting）蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地點(diǎn)蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地點(diǎn)跨膜運(yùn)輸：蛋白質(zhì)運(yùn)輸需通過膜性結(jié)構(gòu)跨膜運(yùn)輸：蛋白質(zhì)運(yùn)輸需通過膜性結(jié)構(gòu)（二肽鏈翻譯后的轉(zhuǎn)運(yùn)（二肽鏈翻譯后的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)通過其信號肽引導(dǎo)到目的地蛋白質(zhì)通過其信號肽引導(dǎo)到目的地 氨基端堿性區(qū)氨基端堿性區(qū)中部疏水核心區(qū)中部疏水核心區(qū)羧基端加工區(qū)羧基端加工區(qū) 信號肽信號肽signal peptidesignal peptide）：）：每個需要轉(zhuǎn)運(yùn)的肽鏈都含有一段特異性的氨基酸序列，引導(dǎo)每個需要轉(zhuǎn)運(yùn)的肽鏈都含有一段特異性的氨基酸序列，引導(dǎo)該肽鏈被輸送到不同轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中。這一段氨基酸序列稱信號該肽鏈被輸送到不同轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中。這一段氨基酸序列稱信號肽。肽。 10 104040個個AAAA殘基組成；三個區(qū)段殘基組成；三個區(qū)段信號肽的共同結(jié)構(gòu)信號肽的共同結(jié)構(gòu)1 1N N端帶正電荷的氨基酸：端帶正電荷的氨基酸：LysLys、ArgArg等堿性等堿性AAAA2 2中間：中間：10101515或更多的疏水或更多的疏水AAAA區(qū)段