生化蛋白質(zhì)生物合成

生化蛋白質(zhì)生物合成第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日本章重要知識(shí)點(diǎn)蛋白質(zhì)生物合成（翻譯）的概念mRNA、tRNA、核蛋白體在翻譯過程中的作用，遺傳密碼的特點(diǎn)氨基酰-tRNA合成酶的作用特點(diǎn)原核、真核生物翻譯過程的異同分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式信號(hào)肽及其作用，各類蛋白質(zhì)靶向輸送的特點(diǎn)抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機(jī)制第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成(proteinbiosynthesis)也稱翻譯(translation)，是生物細(xì)胞以mRNA為模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。定義第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）氨基酸的活化（2）肽鏈的生物合成（3）肽鏈形成后的加工和靶向輸送反應(yīng)過程第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）維持多種生命活動(dòng)（2）適應(yīng)環(huán)境的變化（3）參與組織的更新和修復(fù)生物學(xué)意義第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成體系ProteinBiosynthesisSystem第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器（運(yùn)載體）：tRNA裝配機(jī)（合成場(chǎng)所）：核蛋白體（核糖體）主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子等能源物質(zhì)：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+、K+蛋白質(zhì)生物合成體系第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日一、mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板mRNA的基本結(jié)構(gòu)StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區(qū)533’-端非翻譯區(qū)開放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG-53蛋白質(zhì)AAA…第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日遺傳密碼在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子（三聯(lián)體密碼）。起始密碼子(initiationcodon)：AUG終止密碼子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日遺傳密碼表第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：①方向性

；

②連續(xù)性；③簡(jiǎn)并性；

④通用性；⑤

擺動(dòng)性。第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日遺傳密碼的特點(diǎn)1.方向性(directional)翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是5’→3’，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5’→3’的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日2.連續(xù)性(non-punctuated)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日許多真核生物基因轉(zhuǎn)錄后有一個(gè)對(duì)mRNA外顯子加工的過程，可通過特定堿基的插入、缺失或置換，使mRNA序列中出現(xiàn)移碼突變、錯(cuò)義突變或無義突變，導(dǎo)致mRNA與其DNA模板序列不匹配，使同一前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯（mRNAediting）。第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日3.簡(jiǎn)并性(degenerate)一種氨基酸可具有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡(jiǎn)并性密碼子，也稱同義密碼子。第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日各種氨基酸的密碼子數(shù)目第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日4.通用性(universal)從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼”基本上適用于生物界的所有物種，具有通用性。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。

通用密碼線粒體密碼AUA異亮蛋、起始AGA精終止AGG精終止UGA終止色第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日5.擺動(dòng)性(wobble)

反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配對(duì)(wobblebasepairing)。tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日U321123擺動(dòng)配對(duì)第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日二、核蛋白體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所核蛋白體的組成核蛋白體又稱核糖體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成(ribosomalprotein，rp)第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日核蛋白體的組成第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目錄第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日1．與模板mRNA和起始tRNA結(jié)合位點(diǎn)：主要與小亞基有關(guān)。2．三個(gè)不同的tRNA結(jié)合位點(diǎn)：⑴A位：又稱氨?；?，可與新進(jìn)入的氨基酰tRNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。⑵P位：又稱肽?；唬膳c延伸中的肽?；鵷RNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。⑶E位：又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白體前的結(jié)合位點(diǎn)；主要由大亞基成分構(gòu)成。核蛋白體大、小亞基的功能：第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日3.轉(zhuǎn)肽酶活性：將P位上的肽?；D(zhuǎn)移給A位上的氨基酰tRNA，形成肽鍵；由大亞基成分構(gòu)成。4.GTPase活性：水解GTP，獲得能量；分別由大、小亞基成分構(gòu)成。5.起動(dòng)因子、延長(zhǎng)因子及釋放因子的結(jié)合位點(diǎn)：分別由大、小亞基成分構(gòu)成。第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式

第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日三、tRNA是氨基酸的運(yùn)載工具及蛋白質(zhì)生物合成的適配器tRNA的作用運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對(duì)應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3ˊ-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對(duì)號(hào)入座。第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的構(gòu)象第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日四、蛋白質(zhì)生物合成需要酶類、蛋白質(zhì)因子等（一）重要的酶類氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)，催化核蛋白體P位上的肽?；D(zhuǎn)移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基結(jié)合形成肽鍵;并受釋放因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出酯酶的水解活性，使P位上的肽鏈與tRNA分離；轉(zhuǎn)位酶(translocase)，催化核蛋白體向mRNA3’-端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使下一個(gè)密碼子定位于A位。第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（二）蛋白質(zhì)因子起始因子（initiationfactor，IF）延長(zhǎng)因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA的敏感性延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識(shí)別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識(shí)別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核蛋白體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日參與真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子eIF-1多功能因子，參與多個(gè)翻譯步驟eIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2B,eIF-3最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5′-端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合eIF-4B結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5′帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E、eIF-3和PolyA結(jié)合蛋白eIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-6促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基延長(zhǎng)因子eIF1-α促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTP，相當(dāng)于EF-TueIF1-βγ調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于EF-TseIF-2有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放，相當(dāng)于EF-G釋放因子eRF識(shí)別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日蛋白質(zhì)生物合成的能源物質(zhì)為ATP和GTP;參與蛋白質(zhì)生物合成的無機(jī)離子有Mg2+、K+

等。（三）能源物質(zhì)及離子第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。氨基酰-tRNA可以攜帶活化的氨基酸，也可以識(shí)別mRNA分子上的遺傳密碼（tRNA分子的反密碼環(huán)與mRNA上的密碼配對(duì)）。tRNA分子的3’末端CCA-OH是氨基酸的結(jié)合位點(diǎn)，與氨基酸的羧基生成酯鍵。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日反應(yīng)過程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAAT