第10章蛋白質(zhì)的生物合成文件 天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院 課件

第十章蛋白質(zhì)的生物合成

第十章蛋白質(zhì)的生物合成

1一、概述基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。合成體系：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和因子,以及無機離子、ATP、GTP合成方向：N→C端。一、概述基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再2二、參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA

與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”核糖體結(jié)構(gòu)組成核糖體的基本功能結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對肽鍵的形成

存在核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體二、參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA3第10章蛋白質(zhì)的生物合成文件天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院[課件]4原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成52.tRNA

結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3‘-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座。反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則

2.tRNA63.mRNA

攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細胞內(nèi)，存在時間短，在轉(zhuǎn)錄的同時翻譯在真核細胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)。3.mRNA7三、遺傳密碼子為一個氨基酸編碼進入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯(lián)體密碼。密碼子的發(fā)現(xiàn)

統(tǒng)計學方法人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測由哪一種氨基酸合成的多肽核糖體結(jié)合試驗1965年，Nirenberg用polyu加入C14標記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。三、遺傳密碼子8遺傳密碼遺傳密碼9遺傳密碼子的特點無標點、不重疊

密碼子是不重疊的，每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現(xiàn)象簡并(degeneracy)幾種密碼子對應于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子通用性絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外終止信號UAG、UAA、UGA起始信號AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）和氨酸的密碼子(GUG)(極少出現(xiàn)）遺傳密碼子的特點10四、蛋白質(zhì)生物合成過程以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，GTP、ATP供能，在核糖體中完成。1.氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識別相應的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。四、蛋白質(zhì)生物合成過程以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨11氨基酸活化圖示氨基酸活化圖示12氨基酸活化的總反應式是：

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一種氨基酸至少有一種對應的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基酰基轉(zhuǎn)移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識別一種相應的tRNA。tRNA分子能接受相應的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識別。氨基酸活化的總反應式是：13氨基酸的活化氨基酸的活化142.在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識別mRNA上相應的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。肽鏈的合成過程（以原核為例）起始延伸終止與釋放2.在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體15肽鏈合成的起始起始密碼的識別首先辨認出mRNA鏈上的起始點（AUG），核糖體小亞基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位點上游4－13個核苷酸）結(jié)合N－甲酰甲硫氨酸－tRNA的活化形成起始復合物的形成（圖示）肽鏈合成的起始起始密碼的識別16肽鏈的延長進位

（氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽鏈的形成肽?；鶑腜位點轉(zhuǎn)移到A位點，形成新的肽鏈移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使原來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點肽鏈的延長進位（氨酰tRNA進入A位點）17核糖體移動方向P位點A位點核糖體移動方向P位點A位點18進位核糖體移位肽鏈的形成進位核糖體移位肽鏈的形成19延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶20肽鏈的延伸過程肽鏈的延伸過程21肽鏈合成的終止與釋放識別mRNA的終止密碼子，水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈R1識別UAA、UAGR2識別UAA、UGAR3影響肽鏈的釋放速度RR幫助P位點的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落肽鏈合成的終止與釋放22多核糖體在細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到幾百個。蛋白質(zhì)開始合成時，第一個核糖體在mRNA的起始部位結(jié)合，引入第一個蛋氨酸，然后核糖體向mRNA的3’端移動一定距離后，第二個核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合，現(xiàn)向前移動一定的距離后，在起始部位又結(jié)合第三個核糖體，依次下去，直至終止。每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率

多核糖體在細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到23五、真核細胞蛋白質(zhì)合成的特點核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成起始密碼AUG起始tRNA為Met－tRNA起始復合物結(jié)合在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復合物（CBPC）肽鏈終止因子（EF1αEF1βγ）及釋放因子（RF）線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成同于原核細胞五、真核細胞蛋白質(zhì)合成的特點核糖體為80S，由60S的大亞基24第10章蛋白質(zhì)的生物合成文件天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院[課件]25蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證明）以mRNA的5’-3’方向閱讀遺傳密碼該合成過程是一個耗能過程

肽鏈的起始需要5ATP，延長時只需4ATP，合成一個n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3×n＋1蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證明）26六、肽鏈合成后的“加工處理”N端改造

fMet的切除信號肽（能透膜，進行蛋白質(zhì)的錨定）的切除氨基酸的修飾/改造

肽鏈內(nèi)或肽鏈間的二硫鍵的形成、乙?；⒓谆被釟埢男揎棧≒ro-OH/Cys-OH）4.糖基化

（Asp、Ser、Thr、Asn）5.某些多肽要經(jīng)特殊的酶切一段肽鏈后才有生物活性(如：胰島素)6.高級結(jié)構(gòu)的形成在分子伴侶的協(xié)助下形成正確的結(jié)構(gòu)7.錨定（定位）六、肽鏈合成后的“加工處理”N端改造fMet的切除27七、蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成抑制劑：抗生素類阻斷劑a.鏈霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革蘭氏陰性細菌蛋白質(zhì)合成的三個階段：①50S起始復合物的形成，使氨基酰tRNA從復合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯配；③在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結(jié)合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離。

七、蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)28b.四環(huán)素和土霉素c.氯霉素d.白喉霉素（diphtheriatoxin）

由白喉桿菌所產(chǎn)生的白喉霉素是真核細胞蛋白質(zhì)合成抑制劑。它對真核生物的延長因子-2（EF-2）起共價修飾作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制細胞整個蛋白質(zhì)合成，而導致細胞死亡

e.亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）只抑制真核60S亞基的肽酰轉(zhuǎn)移酶活性

干擾素對病毒蛋白合成的抑制

b.四環(huán)素和土霉素29愿生物化學為你插上翅膀在生命科學世界里展翅翱翔愿生物化學為你插上翅膀30第十章蛋白質(zhì)的生物合成

第十章蛋白質(zhì)的生物合成

31一、概述基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。合成體系：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和因子,以及無機離子、ATP、GTP合成方向：N→C端。一、概述基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再32二、參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA

與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”核糖體結(jié)構(gòu)組成核糖體的基本功能結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對肽鍵的形成

存在核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體二、參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA33第10章蛋白質(zhì)的生物合成文件天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院[課件]34原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成352.tRNA

結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3‘-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座。反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則

2.tRNA363.mRNA

攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細胞內(nèi)，存在時間短，在轉(zhuǎn)錄的同時翻譯在真核細胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)。3.mRNA37三、遺傳密碼子為一個氨基酸編碼進入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯(lián)體密碼。密碼子的發(fā)現(xiàn)

統(tǒng)計學方法人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測由哪一種氨基酸合成的多肽核糖體結(jié)合試驗1965年，Nirenberg用polyu加入C14標記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。三、遺傳密碼子38遺傳密碼遺傳密碼39遺傳密碼子的特點無標點、不重疊

密碼子是不重疊的，每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現(xiàn)象簡并(degeneracy)幾種密碼子對應于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子通用性絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外終止信號UAG、UAA、UGA起始信號AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）和氨酸的密碼子(GUG)(極少出現(xiàn)）遺傳密碼子的特點40四、蛋白質(zhì)生物合成過程以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，GTP、ATP供能，在核糖體中完成。1.氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識別相應的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。四、蛋白質(zhì)生物合成過程以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨41氨基酸活化圖示氨基酸活化圖示42氨基酸活化的總反應式是：

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一種氨基酸至少有一種對應的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識別一種相應的tRNA。tRNA分子能接受相應的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識別。氨基酸活化的總反應式是：43氨基酸的活化氨基酸的活化442.在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識別mRNA上相應的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。肽鏈的合成過程（以原核為例）起始延伸終止與釋放2.在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體45肽鏈合成的起始起始密碼的識別首先辨認出mRNA鏈上的起始點（AUG），核糖體小亞基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位點上游4－13個核苷酸）結(jié)合N－甲酰甲硫氨酸－tRNA的活化形成起始復合物的形成（圖示）肽鏈合成的起始起始密碼的識別46肽鏈的延長進位

（氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽鏈的形成肽酰基從P位點轉(zhuǎn)移到A位點，形成新的肽鏈移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使原來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點肽鏈的延長進位（氨酰tRNA進入A位點）47核糖體移動方向P位點A位點核糖體移動方向P位點A位點48進位核糖體移位肽鏈的形成進位核糖體移位肽鏈的形成49延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶50肽鏈的延伸過程肽鏈的延伸過程51肽鏈合成的終止與釋放識別mRNA的終止密碼子，水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈R1識別UAA、UAGR2識別UAA、UGAR3影響肽鏈的釋放速度RR幫助P位點的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落肽鏈合成的終止與釋放52多核糖體在細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到幾百個。蛋白質(zhì)開始合成時，第一個核糖體在mRNA的起始部位結(jié)合，引入第一個蛋氨酸，然后核糖體向mRNA的3’端移動一定距離后，第二個核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合，現(xiàn)向前移動一定的距離后，在起始部位又結(jié)合第三個核糖體，依次下去，直至終止。每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率

多核糖體在細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到53五、真核細胞蛋白質(zhì)合成的特點核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成起始密碼AUG起始tRNA為Met－tRNA起始復合物結(jié)合在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復合物（CBPC）肽鏈終止因子（EF1αEF1βγ）及釋放因子（RF）線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成同于原核細胞五、真核細胞蛋白質(zhì)合成的特點核糖體為80S，由60S的大亞基54第10章蛋白質(zhì)的生物合成文件天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院[課件]55蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證明）以mRNA的5’-3’方向閱讀遺傳密碼該合成過程是一個耗能過程

肽鏈的起始需要5ATP，延長時只需4ATP，合成一個n肽所需能量4×n＋1AT