生物化學蛋白質生物合成

生物化學蛋白質生物合成第1頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第十三章蛋白質的生物合成蛋白質是絕大多數(shù)信息途徑的終產物蛋白質的合成機制是最復雜的生物合成機制盡管蛋白質的合成具有極其復雜，但還是有相當高的速率第2頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一20世紀50年代蛋白質生物合成研究的幾個重要進展1.核糖體是蛋白質合成的場所（PaulZamecnic)2.tRNA的發(fā)現(xiàn)（MahlonHoaglandandZamecnik)3.tRNA充當適配器的作用第3頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)遺傳密碼一、三聯(lián)體密碼

（一）遺傳密碼的一般特性■1、三個堿基編碼一個氨基酸（三聯(lián)體密碼子）■2、密碼是非重疊的■3、堿基序列被從一固定且沒有標點的固定位置開始閱讀■4、密碼子是簡并的■5、通用與例外（在一些線粒體中UGA不是終止密碼子，而是色氨酸的密碼子第4頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（二）、遺傳密碼詞典第6頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一一個蛋白質的氨基酸序列是由連續(xù)的三聯(lián)體密碼子的線性順序決定的，這個序列的第一個密碼子建立了一種閱讀框（readingframe)

平均說來，每個閱讀框中的每20個密碼子就應該有一個終止密碼子。如果一個閱讀框有50個以上的連續(xù)密碼子無一個終止密碼子，這段順序為開放閱讀框（openreadingframe)（三）、三聯(lián)體密碼與閱讀框第7頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一EstablishedthechemicalstructureoftRNAEstablishedtheinvitrosystemforrevealingthegeneticcodesDevisedmethodstosynthesizeRNAswithdefinedsequences第8頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一Copolymerofrepeatingdinucleotidesalwaysleadtosynthesisofpolypeptidesofrepeatingdipeptides: ABABABABABABAB--

aa1---aa2---aa1---aa2----第9頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（四）、通過生物化學方法破解遺傳密碼破解遺傳密碼的濾膜結合試驗1、均聚多核苷酸鏈指導蛋白質的合成2、核糖體結合技術第10頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一Thefilter-bindingassayfordetectingthebindingofatrinucleotidetoaspecificaminoacyl-tRNAmolecule:about50

codonswereassignedbythissimpleandelegantmethod.第11頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（五）、第二遺傳密碼：氨酰tRNA合成對底物的正確識別氨基酸一旦與tRNA形成氨酰-tRNA后，進一步的去向就由tRNA來決定。ChapevilleandLipmann實驗返回第12頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)與蛋白質合成有關的細胞器和生物大分子一、核糖體和多核糖體（一）、核糖體

1、核糖體的結構與裝配（1）、原核生物核糖體組件第13頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一原核生物大腸桿菌核糖體的組成第14頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一30S核糖體亞基中16SRNA結構圖第15頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一E.coli的7個rRNA操縱子第16頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（2）、真核生物核糖體組件第17頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

（3）、原核及真核核糖體的組成與構件圖示

第18頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（4）、核糖體的自裝配第19頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（5）、tRNA與核糖體可能的結合位置圖第20頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

（二）、多核糖體第21頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

二、mRNA是蛋白質合成的模板

1、可被E.coli核糖體識別的不同S-D序列第22頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一三、tRNA1、tRNA結構第23頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

2、tRNA三維結構帶狀圖

（數(shù)字代表核苷酸序列）第24頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一四、氨酰-tRNA合成酶ClassⅠArgCysGlnGluIleLeuMetTrpTyrValClassⅡAlaAsnAspGlyHisLysPheProSerThr1、氨酰-tRNA合成酶的兩種類型第25頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

2、氨酰-tRNA合成酶反應第26頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一3、結合有tRNA底物的類型Ⅰ對類型Ⅱ氨酰-tRNA鏡像相互作用圖第27頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一(a)E.coliglu-tRNA合成酶（Ⅰ類酶）(b)Thermusthermophilusgly-tRNA合成酶（Ⅱ類酶）第28頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一

4、氨酰-tRNA合成酶對

tRNA的選擇性識別▲E.ColiGlu-tRNA合成酶tRNA識別位點▲一些氨酰-tRNA合成酶所識別的確定因素在存在于反密碼子中▲酵母tRNAphe的確定因素為五個不同的堿基▲共有的12個核苷酸確定tRNAser家族▲單一G:U堿基對決定tRNAAlas第29頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一四種tRNA主要確定因素（每個堿基由一圓環(huán)代表）第30頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一(a)帶有tRNAGln和ATP的E.coliglu-tRNAGln復合酶復合物的溶劑可及圖(b)tRNAGln結構圖第31頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一被氨酰-tRNAAla氨酰化的tRNAAla微螺旋模型第32頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一tRNA分子中相應于3:70位置不同的堿基配對結構第33頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一五、密碼-反密碼子配對

1、密碼-反密碼子配對示意圖第34頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一2、密碼-反密碼子配對、第三堿基擺動性第35頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第36頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第37頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一ICIUGUIA第38頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一六、起始因子1、原核生物蛋白質合成中的起始因子第39頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一2、真核生物蛋白質合成中的起始因子eIF1

功能與原核生物IF1相似。eIF2

引導結合Met--tRNA與核糖體小亞基結合

2α

與GTP結合

2β

功能尚不清楚

2γ

結合Met--tRNAeIF3

參與43S核糖體復合物的形成,與原核生物的IF3功能不同,它是第一個和小亞基結合因子。第40頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一eIF44A促使eIF4E從mRNA帽子結構上釋放出來

4B促進eIF4B與mRNA結合

4C參與43S核糖體復合物的形成

4E與P220一起和eIF4A,mRNA結合形成復合物

4F是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA復合物，特稱為帽子結構結合蛋白復合物（CBPC），具ATP酶活力第41頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一P220促使eIF4A在帽子結構附近尋找結合位,引導eIF4F-mRNA復合物的生成。eIF5

促使eIF4E

、eIF2、

eIF3離開48S起始復合物,引導60S大亞基與40S小亞基結合,生成80S起始復合物。eIF6

加速失活的80S解離。第42頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一七、蛋白質生物合成的延伸因子1、原核生物蛋白質生物合成的延伸因子

EF—Tu形成AA—tRNA-GTP-EF—TU復合物，引導AA—tRNA結合在核糖體的A位。

EF—Ts協(xié)助EF—TU形成AA—tRNA-GTP-EF—Tu復合物。

EF—G移位因子，幫助移位過程的進行。第43頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一2、真核生物蛋白質生物合成的延伸因子EF1α

促進AA-酰tRNA與核糖體結合EF1βγ

促使EF1α再循環(huán)EF2

作用與原核生物的EF-G相似第44頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一八、蛋白質生物合成的終止和釋放因子1、原核生物蛋白質生物合成的終止和釋放因子RF—1識別UAA、UAG終止密碼子RF—2識別UAA、UGA終止密碼子RF—3加強RF—1和RF—2的作用2、真核生物蛋白質生物合成的終止和釋放因子RF具有三種原核因子的功能返回第45頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)、蛋白質生物合成的機理■

多肽鏈合成的起始■多肽鏈的延伸■多肽鏈終止和釋放一、原核生物蛋白質合成的分子機制第46頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一1、起始事件（1）、70S核糖體的解聚（2）、30S核糖體IF1.3復合物的形成（3）、30S核糖體起始復合物的形成（4）、70S核糖體起始復合物的形成（一）原核生物中多肽鏈的起始第47頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一2、多肽鏈起始事件的順序過程第48頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一起始RNA第49頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一甲酰甲硫氨酸-tRNA轉移酶以N10-甲?；臍淙~酸為甲基供體催化甲酰甲硫氨酸-tRNA的甲?；?0頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一mRNA識別與對準可被E.coli核糖體識別的不同S-D序列第51頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第52頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一3、多肽鏈的延伸（1）、氨基酸的進位（2）、轉肽（3）、移位第53頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（1）、氨基酸的進位第54頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第55頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一E.coli核糖體中多肽鏈延伸事情的循環(huán)圖解第56頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一(2)、肽基轉移第57頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一（3）、移位使70S核糖體與mRNA復合物返回到延伸循環(huán)起點的三個步驟：★脫?；鵷RNA自P位點的脫離★肽基-tRNA從A位點移到P位點第58頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第59頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一23SRNA是實質的肽基移位酶23SRNA的肽基轉移中心核糖體向后移動，使下一密子進入A位點該過程需要EF—G的幫助第60頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一結合狀態(tài)模型第61頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一肽基轉移與移位中核糖體兩tRNA分子相對位置模型第62頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一GTP水解刺激核糖體構象的改變進而實施其功能蛋白質合成的能量消耗為每個氨基酸至少需四個高能磷酸鍵，此外還需兩個GTP，運于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化第63頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一4、肽鏈的終止肽鏈終止事件第64頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第65頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第66頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一核糖體的生活周期第67頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一多聚核糖體是蛋白質合成的活躍結構多核糖體的電子顯微圖第68頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一原核生物中轉錄與轉譯間的關系E.coli色氨酸操縱子第69頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第70頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一二、真核細胞的蛋白質合成真核mRNA的特征結構第71頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一1、真核蛋白質起始的過程●43S前起始復合物的形成●

43S起始復合物與mRNA的結合及40S核糖體亞基遷移至正確的起始密碼子AUG●80S起始復合物的形成第72頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第73頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一2、真核生物中肽鏈的延伸

真核生物中，延伸循環(huán)與原核生物中非常相似。三個真核延伸因子稱作eIF1α、eIFβγ、eIF2,它們具有與相應的細菌延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G 類似的功能。第74頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一3、真核肽鏈的終止真核生物中一個稱為eIF的釋放因子識別所有的三個終止密碼子第75頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一真核細胞中轉譯起始的三個步驟示意圖第76頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一真核肽鏈起始的調節(jié)eIF2通過α亞基的ser殘基可逆磷酸化作用對其功能進行調節(jié)第77頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第78頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一三、蛋白質合成的抑制劑鏈霉素嘌呤霉素白喉毒素蓖麻毒蛋白第79頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一四、蛋白質的折疊蛋白折疊途徑第80頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一GroEL-GroES復合物（E.coli分子伴侶）的結構與功能第81頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一五、蛋白質的翻譯后加工☆多肽鏈的蛋白酶切割☆蛋白轉運☆原核蛋白轉運☆真核蛋白分類與轉運§分泌性蛋白和許多膜蛋白的合成與穿過內質網(wǎng)膜的轉運相偶聯(lián)§線粒體蛋白的輸入第82頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一E.coli轉運蛋白N末端信號序列一般特征第83頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一真核分泌性蛋白的合成及通過內質網(wǎng)的轉運第84頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質的降解真核中蛋白降解的通用途徑蛋白酶體第85頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一泛素與蛋白質的連接酶反應第86頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一具酸性N末端的蛋白降解對tRNA需求圖解第87頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一T.acidophilum20S蛋白酶體結構第88頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一泛素-蛋白酶體降解途徑圖解返回第89頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)多肽鏈的折疊和加工一、氨基末端和羧基末端的修飾氨基末端fMet和Met被切除,在50%的真核生物蛋白中,其翻譯后氨基末端的氨基都要乙?；?羧基末端也被修飾。二、信號肽的切除15—30AA三、氨基酸殘基的修飾1、蘇、絲、酪氨酸被磷酸化2、天冬、谷氨酸被羧化3、賴氨基酸被甲基化第90頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一四、糖側鏈的連接1、氮連寡糖糖和Asn的氨相接2、氧連寡糖糖和SerThe羥基相接五、異戊二烯基團的附加六、附基的附加七、蛋白酶水解修飾八、二硫鍵的形成返回第91頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)蛋白質的投遞和降解

蛋白質的投遞蛋白質分類并轉運到它們正確的位置的過程。一、分泌到胞外的蛋白質、整合到質膜和進入溶酶體的蛋白質，運轉的前幾步是相同的，起源于內質網(wǎng)。二、進入線粒體、葉綠體和細胞核有三種獨特的運轉過程。三、細胞質蛋白質仍然存在于細胞質第92頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一第93頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一一、許多真核蛋白翻譯后修飾開始于內質網(wǎng)分泌到胞外的蛋白質、整和到質膜和進入溶酶體的蛋白質，運轉的前幾步是相同的，起源于內質網(wǎng)，在氨基末端的信號肽的引導下進入內質網(wǎng)腔。信號肽的特點：1、含有10—15個疏水氨基酸2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一個或多個正電荷的氨基酸3、在羧基一端有一個極性的短序列氨基酸。第94頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一ProteinsaretranslocatedtotheERlumenviatheguidanceoftheirN-terminalsignalsequences,whichsharethreesimilarstructuralfeatures.第95頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一信號肽指導真核蛋白進入內質網(wǎng)第96頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一二、糖基化在蛋白質投遞過程中起重要作用1、糖基化蛋白是通過Asn與寡糖相連,首先在內質網(wǎng)內形成核心寡糖,核心寡糖和蛋白質結合后,在內質網(wǎng)和高爾基體內被進一步修飾,其修飾的程度和蛋白質的投遞有關。2、蛋白質通過運輸小泡進入高爾基體，在高爾基體中加上O-連接寡糖，且對N—連接寡糖進一步修飾。蛋白質被重新分類送至最終的目的地。3、在高爾基體內，區(qū)分分泌到胞外的蛋白質、整和到質膜和進入溶酶體的蛋白質的過程，不依賴信號肽而是依賴其結構。第97頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一4、溶酶體中水解酶類的投遞

在高爾基體內，磷酸轉移酶可以識別寡糖鏈上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸轉移酶磷酸化甘露糖的基礎是它可以識別水解酶中的特征性結構—“信號補丁”）。磷酸化甘露糖酶可以被高爾基體膜上的受體識別，含有這種受體-磷酸化甘露糖酶復合體的小泡在高爾基體的背面出芽，并使它進入小泡，小泡內的低PH使受體-磷酸化甘露糖酶復合體解體，由泡內的磷酸酯酶水解磷酸基團，受體重新回到高爾基體，含有水解酶的小泡從分類小泡中出芽并被送進溶酶體。第98頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一AnUDP-GlcNAcanalog第99頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一三、線粒體、葉綠體蛋白的投遞1、蛋白質的氨基末端有信號肽序列2、分子伴侶（伴侶蛋白）可以識別3、前體蛋白和細胞器膜上的受體識別，通過蛋白通道進入細胞器，在細胞器中被出去信號肽序列，在分子伴侶的幫助下形成空間結構。4、前體蛋白進入細胞器時，可以被ATP、GTP水解促進，也可以是通過跨膜的電化學勢促進。第100頁，共109頁，2023年，2月20日，星期一四、通往細胞核的信號傳遞1、核糖體是在細胞核中組裝的2、真核生物細胞分裂期間，核膜破裂，一旦細胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必須被重新輸入進核中，為了重新輸入