7蛋白質(zhì)的生物合成課件

第十三章蛋白質(zhì)的生物合成一遺傳密碼遺傳密碼實(shí)際上是指mRNA中的核苷酸排列序列與蛋白質(zhì)中的氨基酸排列序列的關(guān)系。一個(gè)三聯(lián)體密碼（密碼子）決定著一個(gè)氨基酸。mRNA中共有64種密碼子，AUG既是Met的密碼，也是“起始”密碼。UAA、UAG、UGA是終止密碼。生物的遺傳密碼是通用的。在起始密碼上游約10個(gè)核苷酸處，通常有一段富含嘌呤的序列，稱為SD序列。SD序列使mRNA與小亞基結(jié)合。二核糖體（一）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位（二）核糖體的組成和結(jié)構(gòu)原核細(xì)胞的核糖體真核細(xì)胞的核糖體（三）核糖體的功能核糖體上有兩個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)：肽鏈結(jié)合位（P位）和氨酰接受位（A位）。真核生物核糖體

80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49種蛋白質(zhì)18SrRNA33種蛋白質(zhì)三tRNA的功能tRNA分子上與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的位點(diǎn)：1.3′端-CCA上的氨基酸接受位點(diǎn)。2.識(shí)別氨酰-tRNA合成酶的位點(diǎn)。3.核糖體識(shí)別位點(diǎn)，使延長(zhǎng)中的肽鏈附著于核糖體上。4.反密碼子位點(diǎn)。第一套密碼系統(tǒng)、第二套密碼系統(tǒng)蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制蛋白質(zhì)合成的一般特征：蛋白質(zhì)生物合成的方向：N端→C端

mRNA的翻譯方向：5ˊ→3ˊ蛋白質(zhì)合成除需要aa外，還需要ATP、GTP，一系列酶和許多輔助因子。

（一）氨基酸的激活A(yù)TP+HOOCCH(NH2)R→A—P—OCCH(NH2)R+PPiPA—P—OCCH(NH2)R+tRNA→RCH(NH2)CO-tRNA+AMPPE.Coli蛋白質(zhì)的生物合成

:1.氨基酸的活化：

由高度特異的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，反應(yīng)分兩步

總反應(yīng)式

2．肽鏈的起始：

mRNA中的起始密碼是AUG，少數(shù)是GUG。起始密碼子的上游約10個(gè)核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列稱SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般為3～10個(gè)核苷酸，它與核糖體16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互補(bǔ)，可促使核糖體與mRNA的結(jié)合。

在E.Coli和其它原核生物中與這起始密碼（AUG）相對(duì)應(yīng)的tRNA是甲酰甲硫氨?！猼RNA（fMet-tRNAf

Met），這是起始tRNA。

起始tRNA怎樣形成？由甲硫氨酰-tRNA甲?；?/p>

tRNAMetMet-tRNA甲酰基轉(zhuǎn)移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAf）甲?；鵖tructureofN-formyl-methionyl-tRNA[Met]DifferenceswithothertRNAs細(xì)胞內(nèi)有2種可攜帶Met的tRNA，它們都識(shí)別同樣的AUG密碼子，但它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)和功能不同。

（2）tRNAmMet帶上Met后不能甲酰化，用于肽鏈的內(nèi)部，在肽鏈延伸中起作用。

（1）tRNAf

Met帶上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽鏈合成的起始。所以AUG和GUG是兼職密碼子，它們既可以作為起始密碼子，作為肽鏈合成的起始信號(hào)，這時(shí)與之對(duì)應(yīng)的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽鏈內(nèi)部相應(yīng)aa的密碼，這時(shí)AUG編碼Met,GUG編碼val。MetATP/Mg2++tRNAm

MettRNAf

MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-FormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+PPiThesameaaRSNowayAMP/Mg2+PPiinactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplex70SinitiationcomplexGDP+Pi肽鏈的延長(zhǎng)需要一些延長(zhǎng)因子或稱延伸因子（elongationfactor,EF）

原核生物的EF有EF-T和EF-G兩類:

EF-T：延伸因子“T”，開(kāi)始誤認(rèn)為這類延伸因子有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性peptidyl

transferase，所以取轉(zhuǎn)移酶的第一個(gè)字母“T”。3.肽鏈的延長(zhǎng)：

氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位肽鍵的形成移位

肽鏈的延長(zhǎng)包括3步:

這是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，需Ts、Tu，還要消耗GTP。EF-Tu與GTP和氨酰-tNRA首先形成三元復(fù)合物，才能進(jìn)入A位。

（1）氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位（3）移位（translocation）

移位包括三種運(yùn)動(dòng):空載的tRNA離開(kāi)P位。二肽基tRNA由A位移到P位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離。移位需要EF-G和GTP。4．肽鏈的終止與釋放：

釋放因子（releasefactorRF）能識(shí)別終止密碼子與終止密碼子結(jié)合。UAARF1orRF2終止密碼子

RF-1：識(shí)別UAA和UAGRF-2：識(shí)別UAA和UGARF-3：RF-3和GTP形成復(fù)合物，是一種GTP結(jié)合蛋白，可促進(jìn)核糖體與RF-1

和RF-2的結(jié)合。

5．多聚核糖體（polyribosome,orpolysome）

五真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的差異真核細(xì)胞蛋白質(zhì)的生物合成與原核細(xì)胞相似，但過(guò)程更復(fù)雜，參加的因子更多。

1．核糖體：真核細(xì)胞核糖體更大，為80S，可解離成60S和40S兩個(gè)亞基。

2．起始tRNA：真核生物也有二種攜帶Met的tRNA，一種攜帶Met的tRNA為起始tRNA，即tRNAiMet，起始tRNA攜帶Met后，并不甲?；涣硪环N用于肽鏈內(nèi)部的tRNAMet。

起始密碼子：真核起始密碼子總是AUG，它的上游無(wú)SD序列，通常把mRNA上最靠近5ˊ端的AUG定為起始部位,40S核糖體與mRNA5ˊ一端的帽子相結(jié)合，向3ˊ一方向移動(dòng)，以便尋找AUG密碼子，這過(guò)程要消耗ATP。

真核細(xì)胞的起始因子很多，到目前為止發(fā)現(xiàn)的至少有10種，命名為eIF-n，“e”代表真核，有eIF-1，eIF-2，eIF-2A，eIF-3，eIF4A、4B、4C、4D，eIF-5，eIF-6，其中eIF-2是最重要的一種，它是一種帽結(jié)合蛋白質(zhì)（cap-bindingprotein）它與GTP與起始tRNA結(jié)合形成三元復(fù)合物，起始翻譯。

4.起始因子：真核細(xì)胞的延伸因子為EF-1α和EF-1βr，相當(dāng)于原核細(xì)胞中的EF-Tu和EF-Ts。真核生物的EF-2相當(dāng)于原核生物的EF-G（EF-2能催化GTP水解，供能，推動(dòng)位移）。

真核細(xì)胞多肽合成的終止只有一種釋放因子eRF，可識(shí)別3種終止密碼子。

5．延伸因子和終止因子：蛋白質(zhì)合成總結(jié)需很多酶和輔助因子參加。需很多酶和輔助因子參加。折疊和加工終止密碼eRFGTP終止密碼RF-1,RF-2,RF-3GTP肽鏈的終止和釋放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-G，GTP肽鏈的延長(zhǎng)（1）氨?！猼RNA的結(jié)合（2）肽鍵的形成（3）位移

起始密碼Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密碼，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽鏈起始氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+氨?！猼RNA合成酶，ATP，Mg2+aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子過(guò)程（四）蛋白質(zhì)生物合成所需的能量：

若要合成100個(gè)aa組成的肽鏈要消耗多少能量？

aa活化1ATP（2個(gè)～鍵）起始1GTP（1個(gè)～鍵）延長(zhǎng)2GTP（2個(gè)～鍵）終止1GTP（1個(gè)～鍵）PPPP原核生物（五）肽鏈合成后的加工：

1．N端甲?；騈端aa的除去：

原核生物fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲酰基酶氨肽酶多數(shù)情況下，在肽鏈合成中，即當(dāng)肽鏈的N端游離出核糖體后，立即進(jìn)行去甲?；?。

真核生物N端Met常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時(shí),就已經(jīng)水解下來(lái)。2．信號(hào)肽(signalpeptide)的切除

3.二硫鍵的形成：

4.氨基酸的修飾：

乙?；⒓谆?、磷酸化、羥基化、泛酸化、糖基化等

5.切去新生肽鏈中非功能所需的肽段：

如胰島素原→胰島素，胰蛋白酶原→胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶

6.高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成：

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，多肽鏈的折疊在肽鏈合成沒(méi)有結(jié)束時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始（1）不需要分子伴侶（molecularchaperone）（2）需要分子伴侶

（六）蛋白質(zhì)的分揀（sorting）與定向輸送

多肽或蛋白質(zhì)合成后要送往細(xì)胞的各個(gè)部分，以行使各自的生物功能。

真核細(xì)胞質(zhì)核糖體合成的蛋白質(zhì)

胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體細(xì)胞核高爾基體溶酶體細(xì)胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白質(zhì)胞漿、質(zhì)膜、外膜、質(zhì)膜與外膜之間的空隙。

為了能準(zhǔn)確地運(yùn)送蛋白質(zhì)，在進(jìn)化過(guò)程中每種蛋白質(zhì)形成了一種明確的地址標(biāo)簽（addresstarget），細(xì)胞通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)地址標(biāo)簽的識(shí)別進(jìn)行運(yùn)送，這就是蛋白質(zhì)的分揀或稱分選（sorting）。

蛋白質(zhì)的定向由蛋白質(zhì)N端特殊的aa序列——信號(hào)肽決定的，1975年Blobel和Dobberstein提出了信號(hào)肽學(xué)說(shuō)(signalpeptidehypothesis)，由于Blobel在闡明蛋白質(zhì)的分揀與定向中所作出的杰出貢獻(xiàn)，因而獲得了1999年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。

信號(hào)肽（signalorleadersequence）：位于多肽鏈的N端，長(zhǎng)約15～30個(gè)氨基酸序列，大部分為疏水性氨基酸，接近N端有幾個(gè)正電荷的Arg和Lys。

信號(hào)肽識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticle,SRP）SRP是一個(gè)RNA和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物，由7SLRNA和6種蛋白質(zhì)組成。

SRP受體（SRPreceptor）：是一個(gè)二聚體蛋白質(zhì)，由α亞