生物化學(xué)蛋白質(zhì)的合成

生物化學(xué)蛋白質(zhì)的合成第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成體系第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

蛋白質(zhì)生物合成系ProteinBiosynthesisSystem第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)生物合成體系基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配場所：核糖體主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)位酶、起始、延長、釋放因子等能源物質(zhì)：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+、K+第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一①mRNA(蛋白質(zhì)合成的信息模板)mRNA中每三個相鄰的的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸或起始和終止信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子（codon）。共有64中不同的密碼，起始密碼：AUG;終止密碼:UAA、UAG、UGA.從mRNA5-端的起始密碼子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5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一遺傳密碼的特點方向性(direction)：翻譯時的閱讀方向只能從5’→3’連續(xù)性(commaless):mRNA的密碼子之間沒有間隔核苷酸簡并性(degeneracy)：一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼通用性(universal)：從細(xì)菌到人類都使用著同一套遺傳密碼擺動性(wobble)：反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)性mRNA序列上的各個密碼子及密碼子的各堿基是連續(xù)排列的，之間沒有間隔，即具有無標(biāo)點性。翻譯時從AUG開始向3’-端連續(xù)讀碼，每個堿基只讀一次，不重疊閱讀，直至終止密碼子出現(xiàn)。開放閱讀框架中插入或缺失1個或2個堿基的基因突變，引起mRNA閱讀框架發(fā)生移動，編碼的蛋白質(zhì)徹底喪失功能，稱為移碼突變(frameshiftmutation)，“后果很嚴(yán)重”；如同時連續(xù)插入或缺失3個堿基，則只會在蛋白質(zhì)產(chǎn)物中增加或缺失一個氨基酸，但不會導(dǎo)致閱讀框移位，對蛋白質(zhì)的功能影響相對較小。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一簡并性64個密碼子中有61個編碼氨基酸，而氨基酸只有20種，因此有的氨基酸可由可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性。例如，UUU和UUC都是苯丙氨酸的密碼子.多數(shù)情況下，簡并性密碼子的前兩位堿基相同，僅第三位有差異，即密碼子的特異性主要由前兩位核苷酸決定，如蘇氨酸的密碼子是ACU、ACC、ACA、ACG。這意味著第三位堿基的改變往往不改變其密碼子的編碼氨基酸，合成的蛋白質(zhì)具有相同的一級結(jié)構(gòu)。因此，遺傳密碼的簡并性可低基因突變的生物學(xué)效應(yīng)第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一mRNA的功能：蛋白質(zhì)合成的直接模板，堿基排列順序決定了氨基酸的排列順序，密碼的閱讀方向為5’→3’

第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一②tRNA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應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA的3’-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上對號入座。功能通過3’-CCA-OH將氨基酸帶到蛋白質(zhì)合成場所，通過反密碼子將氨基酸正確就位。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的構(gòu)象cloverleaf11第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一③核糖體—肽鏈“裝配廠”核糖體的組成核糖體又稱核蛋白體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體，是蛋白質(zhì)生物合成的場所。核糖體的功能蛋白質(zhì)合成的場所，由大小亞基組成，小亞基與mRNA結(jié)合，核糖體上有P位和A位，是形成肽鍵的中心

第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一核蛋白體

原核生物中的蛋白體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基.核蛋白體的大小亞基分別有不同的功能：小亞基：可與mRNA、GTP和起始tRNA結(jié)合大亞基：①具有兩個不同的tRNA結(jié)合點。A位—受位，可與新進(jìn)入的氨基酰tRNA結(jié)合；P位—給位，可與延伸中的氨基酸t(yī)RNA結(jié)合。②具有轉(zhuǎn)肽酶活性。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一rRNA的結(jié)構(gòu)特點修飾堿基較少－－多為甲基化;不同來源的rRNA某些區(qū)域具有高度的同源性;含有大量的莖環(huán)結(jié)構(gòu).第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一④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)，將P位上的肽酰基轉(zhuǎn)給A位上的氨基，生成肽鍵轉(zhuǎn)位酶(translocase)，催化核糖體向mRNA的3’-端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。⑤蛋白質(zhì)因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一⑥能源物質(zhì)及離子蛋白質(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。⑦蛋白質(zhì)因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一參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位對結(jié)合起始tRNA的敏感性延長因子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特異識別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核糖體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核糖體的相互作用17第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)合成的三個過程:(1)氨基酸的活化;(2)肽鏈的合成；(3)肽鏈合成后的折疊加工、修飾、蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸?shù)?8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA，氨基酰-tRNA合成酶催化完成。氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。一、氨基酸的活化第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶*活化的部位：α-COOH*活化的形式：氨基酰-tRNA能量：-ATP①氨基酰-tRNA合成酶識別特定氨基酸和tRNA反應(yīng)過程20第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一21具有起始功能的tRNAfMet與甲硫氨酸結(jié)合后，甲硫氨酸很快被甲?；癁镹-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密碼子只能辨認(rèn)fMet-tRNAfMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet②肽鏈合成的起始需要特殊的起始氨基酰-tRNA第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二、肽鏈的生物合成過程

TheBiosynthesisProcessofPeptideChain起始(initiation)延長(elongation)終止(termination)第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

翻譯的起始是指mRNA、起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程。23①翻譯起始復(fù)合物的裝配啟動肽鏈合成第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一原核生物翻譯起始復(fù)合物的形成

核糖體大、小亞基分離；核糖體小亞基結(jié)合于mRNA的起始密碼子附近；起始氨基酰-tRNA結(jié)合在核糖體P位；核糖體大亞基結(jié)合形成起始復(fù)合物。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一肽鏈延長指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入核糖體并聚合成多肽鏈的過程。1.進(jìn)位(positioning)/注冊(registration)2.成肽(peptidebondformation)3.轉(zhuǎn)位(translocation)肽鏈延長在核糖體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，每次循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，包括以下三步：25②在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的三步反應(yīng)延長肽鏈第25頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一進(jìn)位：又稱注冊(registration)，是指一個氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核糖體A位的過程。成肽：是指在轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)的催化下，核糖體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨?；螂孽?tRNA的肽酰基轉(zhuǎn)移到A位并與A位上氨基酰