蛋白質(zhì)合成定稿課件

2023/7/201

蛋白質(zhì)的生物合成=翻譯

proteinbiosynthesis

translation

以mRNA為直接模板合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。

將mRNA分子中核糖核酸信息轉(zhuǎn)變成氨基酸信息的過(guò)程。2023/7/202第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成需要的物質(zhì)

MaterialRequiredforProteinBiosynthesis2023/7/203.原料:20種氨基酸.各種蛋白質(zhì)因子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)⑴起始因子(initiationfactors、IF)

(eukaryote、eIF)⑵延長(zhǎng)因子(elongationfactors、EF)⑶終止因子(releasefactors、RF)

核蛋白體釋放因子

(ribosomalreleasefactors、RR)2023/7/204.三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用

mRNA(信使核糖核酸)—直接模板

tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸)—轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

rRNA(核糖體核糖核酸)—提供場(chǎng)所2023/7/2051.mRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用mRNA做直接模板，DNA為間接模板

mRNA從5ˊ端AUG開(kāi)始每三個(gè)堿基是一個(gè)遺傳密碼(geneticcodon)，代表一種氨基酸。遺傳密碼表第1個(gè)核苷酸（5’）第2個(gè)核苷酸第3個(gè)核苷酸（3’）UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸UCA絲氨酸UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷氨酰胺CAG谷氨酰胺CGU精氨酸CGC精氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AAA賴(lài)氨酸AAG賴(lài)氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG2023/7/207遺傳密碼的特點(diǎn)43=64個(gè)方向性(direction):

連續(xù)性(commaless):3個(gè)一組連續(xù)讀插入和缺少可框移簡(jiǎn)并性(degeneracy):第三位堿基改變可不影響氨基酸排列順序擺動(dòng)性(wobble):通用性(universal):高、低等生物通用2023/7/208（1）密碼的方向性和連續(xù)性：編碼區(qū)內(nèi)的密碼子是連續(xù)的不間斷的。AUGUUU

UUC

CUU

CUC

AUU

GUU

ACC

AAC

GGU2023/7/209（2）密碼的簡(jiǎn)并性：

一個(gè)氨基酸通常是由一個(gè)或一個(gè)以上的密碼子編碼,密碼子的第一位、第二位堿基多數(shù)相同，前2位堿基決定編碼氨基酸的特異性，差異出現(xiàn)在第三位堿基。2023/7/2010遺傳密碼表第1個(gè)核苷酸（5’）第2個(gè)核苷酸第3個(gè)核苷酸（3’）UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸UCA絲氨酸UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷氨酰胺CAG谷氨酰胺CGU精氨酸CGC精氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AAA賴(lài)氨酸AAG賴(lài)氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG2023/7/2011（3）擺動(dòng)性：

在翻譯過(guò)程中氨基酸能否正確的加入，需要依靠mRNA上的密碼和tRNA上的反密碼相互配對(duì)辨認(rèn)，但是在實(shí)際翻譯中也會(huì)出現(xiàn)理論上mRNA與tRNA不配對(duì)，但是實(shí)際二者仍能配對(duì)的現(xiàn)象，翻譯仍能繼續(xù)進(jìn)行，這種現(xiàn)象稱(chēng)為遺傳密碼子的擺動(dòng)性。出現(xiàn)的部位是mRNA密碼子上的第三位堿基，tRNA上的第一位堿基。2023/7/2012CC

I

GGA（C、U）3`3`5`5`2023/7/2013密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子第一位堿基IUGACmRNA密碼子第三位堿基UCAAGUCUG2023/7/2014（4）通用性：

從最簡(jiǎn)單的生物病毒到人類(lèi)。在蛋白質(zhì)合成中都使用一套通用的密碼。（除線粒體外）起始密碼：AUG

終止密碼：UAA、UAG、UGA起始密碼AUG(開(kāi)放讀碼框架

openreadingframe)

在mRNA的5`端為起始密碼，在中間代表蛋氨酸。終止密碼(stopcodon)UAAUAGUGA

位于mRNA3`端，是肽鏈合成終止信號(hào)2023/7/20162.tRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用搬運(yùn)氨基酸到合成場(chǎng)所遺傳密碼與反密碼的擺動(dòng)配對(duì)配對(duì)方式mRNA5ˊ3ˊ

123

321tRNA3ˊ5ˊ2023/7/2017tRNA與mRNA配對(duì)2023/7/2018擺動(dòng)配對(duì)規(guī)律tRNAIUCmRNAAGUAGCGU

2023/7/2019氨基酸的活化AA+tRNA氨基酰-tRNA合成酶AA-tRNAATPAMP+PPi氨基酸羧基被活化！氨基酸＋ATP＋酶→氨基酰-AMP-酶＋PPi氨基酰-AMP-酶+tRNA→氨基酰-tRNA＋AMP＋酶2023/7/2020氨基酰-tRNA合成酶促反應(yīng)2023/7/2021氨基酰-tRNA合成酶

具有高度特異性，既能識(shí)別氨基酸，也能識(shí)別相應(yīng)的tRNA。氨基酰-tRNA表示方法ala-tRNAala;arg-tRNAargtRNAimet______

起始者tRNAtRNAemet_____

攜帶延長(zhǎng)鏈上蛋氨酸的tRNAfmet-tRNAfmet

____N-甲酰蛋氨酸2023/7/20223.rRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用參與組成核蛋白體，提供合成場(chǎng)所.原核生物真核生物大亞基小亞基16SrRNA21種18SrRNA33種5SrRNA23SrRNA34種28SrRNA5.8SrRNA5SrRNA49種2023/7/2023核蛋白體(ribosomal)PAP位=肽位=給位peptidylsite,donorsite

結(jié)合肽酰tRNA的位置A位=受位=氨基酰位aminoacylsite，acceptorsite

結(jié)合氨基酰tRNA的位置

由大、小亞基組成,大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性.一個(gè)mRNA分子上可有多個(gè)核蛋白體(多聚核蛋白體)。核蛋白體（ribosome）4.參加蛋白質(zhì)生物合成的酶體系（1）氨基酰－tRNA合成酶（2）轉(zhuǎn)肽酶（3）轉(zhuǎn)位酶氨基酰－tRNA合成酶

（aminoacyl-tRNAsynthetase）

在ATP供能的情況下催化氨基酸活化成氨基酰－tRNA。轉(zhuǎn)肽酶

催化兩個(gè)氨基酸之間形成肽鍵，存在于核蛋白體大亞基上，是組成核糖體的蛋白質(zhì)成分之一。轉(zhuǎn)位酶（translocase）

催化核糖體和mRNA移位，核糖體向mRNA的3’端移動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)密碼子的距離。5.蛋白質(zhì)合成需要的其他物質(zhì)

Mg2+、K+等無(wú)機(jī)離子

ATP、GTP等供能物質(zhì)

大腸桿菌蛋白質(zhì)合成需要的物質(zhì)階段必需化合物氨基酸的活化20種氨基酸，20種氨基酰-tRNA合成酶32種（或多于32種）tRNA，ATP、Mg2+起始mRNA，N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMetmRNA上的起始密碼子（AUG）30S核糖體亞基，50S核糖體亞基起始因子(IF-2、IF-2、IF-3)、GTP、Mg2+延長(zhǎng)具有功能的70核糖體（起始復(fù)合物）密碼子特異的氨基酰-tRNA延長(zhǎng)因子(EF-Tu、EF-Ts、EF-G)、GTP、Mg2+終止與釋放mRNA上的終止密碼釋放因子（RF-1、RF-2、RF-3）折疊和翻譯后的加工特異酶、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘?hào)肽所需的化合物，水解、末端殘基修飾、磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔基結(jié)合到蛋白質(zhì)上2023/7/2031第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程

ProcessofProteinSynthesis起始階段延長(zhǎng)階段終止階段2023/7/2032一、起始階段___形成起始復(fù)合物mRNA-核蛋白體-蛋氨酰-tRNAmRNA-核蛋白體–甲酰蛋氨酰-tRNA原核與真核需要的起始因子不同,但步驟相似.起始因子(initiationfactors,IF)原核生物:有三種,IF1IF2IF3真核生物:共發(fā)現(xiàn)10+種

eIF核酸-核酸和核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn)核酸-核酸辨認(rèn):mRNA核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)(RBS)

與核蛋白體小亞基16SrRNA的堿基互補(bǔ)。RBS(ribosomalbindingsite)=S-D序列位于起始密碼AUG上游約8~13個(gè)核苷酸處,以…AGGA…為核心的富含嘌呤的4~6

個(gè)核苷酸序列,RBS與16S

rRNA3ˊ-端的…UCCU…互補(bǔ).核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn):由核蛋白體小亞基蛋白(res-1)

辨認(rèn)緊接AGGA的小段核苷酸。S-D序列2023/7/2035原核生物起始復(fù)合物的形成、核蛋白體亞基的解體

大小亞基必須解體才利于mRNA結(jié)合終止的最后一步就是下一輪起始的第一步、mRNA就位通過(guò)核酸-核酸辨認(rèn)和核酸-蛋白質(zhì)辨認(rèn)把

mRNA聯(lián)結(jié)在核蛋白體小亞基上.、fmet-tRNA-mRNA-IF2-GTP復(fù)合體形成

需要IF2先與GTP結(jié)合→fmet-tRNA再與其結(jié)合,推動(dòng)mRNA前移,tRNA達(dá)P位、大亞基結(jié)合形成起始復(fù)合物

mRNA-fmet-tRNA-核蛋白體2023/7/2036PAUGAAUGAUG30S50S30S30S30S30S50S50SIF3IF1mRNA50SIF2GTP2023/7/2037真核生物起始特點(diǎn)

核蛋白體差異:80S(40S+60S)

起始tRNA為met-tRNA

沒(méi)有PBS序列,有帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾巴

起始順序不同:先形成eIF2-tRNA-GTP,再由eIF3和eIF4C協(xié)助結(jié)合到小亞基上,然后才由mRNA的AUG辨認(rèn)met-tRNA的反密碼,eIF4

協(xié)助進(jìn)入小亞基

eIF2

是蛋白質(zhì)合成調(diào)控的關(guān)鍵物2023/7/2038帽子結(jié)合蛋白

(cap-sitebindingprotein,CBP)結(jié)合在帽子結(jié)構(gòu)上,促進(jìn)mRNA與小亞基結(jié)合已知有兩種:CBP-1=CBPa=eIF4E

CBP-2=CBPb=eIF4F

eIF4F有解螺旋酶和ATP酶活性是主要的帽子結(jié)合蛋白2023/7/2039真核生物翻譯起始過(guò)程：1、核蛋白體大小亞基分離起始因子eIF-2B、eIF-3與核蛋白體小亞基結(jié)合，在eIF-6參與下，促進(jìn)80S核蛋白體解離成大、小亞基。40S

60S

eIF-2BeIF-3eIF-62023/7/204040S

eIF-3Met-tRNAiMet-eIF-2-GTP2、起始氨基酰-tRNA結(jié)合起始Met-tRNAi和結(jié)合GTP的eIF-2共同結(jié)合于小亞基的P位的起始點(diǎn)位置上。2023/7/20413、mRNA在核蛋白體上準(zhǔn)確就位真核生物的mRNA不含類(lèi)似的原核的S-D序列，真核mRNA在核蛋白體小亞基上就位，涉及多種蛋白因子形成的復(fù)合物。首先在帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物（包括eIF-4E、eIF-4G、eIF-4A）作用下，該復(fù)合物通過(guò)eIF-4E結(jié)合mRNA5`帽子。然后在polyA結(jié)合蛋白輔助下結(jié)合3`polyA尾。最后在eIF-4F復(fù)合物的輔助下，從mRNA的5`端掃描，直到起始密碼子AUG與甲硫氨酰-tRNA的反密碼配對(duì)，mRNA最終在小亞基上定位。（該過(guò)程耗能）ATPADP+pieIF-4E，eIF-4G，eIF-4A，eIF-4B，PAB2023/7/20424、核蛋白體的大小亞基結(jié)合已經(jīng)結(jié)合了mRNA、Met-tRNAi的小亞基與大亞基結(jié)合，形成翻譯起始復(fù)合物。同時(shí)，在eIF-5作用下水解GTP，促進(jìn)各種eIF從核蛋白體釋放。eIF-5各種起始因子釋放GDP+pi2023/7/2043原核與真核起始因子的作用比較生成起始復(fù)合物IFeIF大小亞基分離

IF3(IF1)eIF3NA-NAeIF3,eIF1mRNA進(jìn)入小亞基

NA-蛋白質(zhì)eIF4AeIF4B

辨認(rèn)結(jié)合CBP1

eIF4E(CBP2)起始tRNA進(jìn)入P位IF2GTP(IF1)

eIF2eIF3eIF4c

co-eIF2-GTP

大亞基結(jié)合各種IF脫落,GTP水解eIF5eIF4D

2023/7/2044二、延長(zhǎng)階段肽鏈延長(zhǎng)=核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)

該階段核心是形成肽鍵,將單個(gè)氨基酸連接成多肽鏈.整個(gè)反應(yīng)都在核蛋白體上完成.需要的蛋白質(zhì)因子—延長(zhǎng)因子(EF)原核與真核生物

延長(zhǎng)因子的種類(lèi)和作用原核生物真核生物功能EFTuEF1-)協(xié)助氨基酰-tRNA進(jìn)入A位;EFTs結(jié)合GTPEFGEF2-

轉(zhuǎn)位酶，協(xié)助mRNA前移,A位→P位;游離tRNA釋放2023/7/2046延長(zhǎng)三步曲進(jìn)位(entrance)或注冊(cè)(registration):

氨基酰-tRNA按mRNA密碼的指導(dǎo)進(jìn)入A位,EFT協(xié)助成肽(peptidebondformation):由轉(zhuǎn)肽酶催化P位上的氨基酰基進(jìn)入A位形成肽鍵轉(zhuǎn)位(translocation):A位上的肽鏈同mRNA

一起進(jìn)入P位,核蛋白體相對(duì)移動(dòng)。反應(yīng)由轉(zhuǎn)位酶催化2023/7/2047（一）進(jìn)位進(jìn)位又稱(chēng)注冊(cè)，即是根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)的氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體的Ａ位。該過(guò)程需要延長(zhǎng)因子EF-T參與。2023/7/2048PAPAUGAGTP延長(zhǎng)因子EF-TAUG2023/7/2049（二）成肽成肽是在轉(zhuǎn)肽酶的催化下形成肽鍵的過(guò)程。轉(zhuǎn)肽酶是由數(shù)種大亞基蛋白組成的。APPAAUGAUG2023/7/2050（三）轉(zhuǎn)位AUGPA延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性GTP2023/7/2051EFTu和EFTs為延長(zhǎng)因子T的2個(gè)亞基,在肽鏈延長(zhǎng)時(shí)的程序:EFT+GTP+AA-tRNAAA-tRNA-Tu-GTPTsPi+Tu-GDP+AA-tRNA-mRNAmRNAGTP2023/7/2052轉(zhuǎn)肽酶

是核蛋白體大亞基上的核酶在成肽結(jié)束前P位上空載的tRNA從核蛋白體脫落轉(zhuǎn)位酶

轉(zhuǎn)位酶活性存在于EFG,催化A位上肽酰-tRNA-mRNA轉(zhuǎn)移到P位,A位留空肽鏈合成的方向:N→C,始終是P位氨基?；ㄟ^(guò)羧基與A位氨基酸的-氨基形成肽鍵氨基酸活化:羧基與tRNA的3ˊ-OH形成酯鍵2023/7/2053三、終止階段

包括終止密碼的辨認(rèn)、肽鏈水解、mRNA離開(kāi)核蛋白體、核蛋白體大小亞基解體。

需要的蛋白因子稱(chēng)為釋放因子(RF,RR).IF3

、eIF也參與拆開(kāi)大小亞基RF的作用

辨認(rèn)終止密碼;促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3ˊ-OH酯鍵斷裂，釋放肽鏈?，F(xiàn)知三種:

RF-1:能辨認(rèn)UAA，UAG

RF-2:能辨認(rèn)UAA，UGA

RF-3:為酯酶的激活劑,水解酯鍵RR的作用:將mRNA從核蛋白體上釋放出來(lái)2023/7/2055終止過(guò)程1.核蛋白體A位出現(xiàn)終止密碼,RF-1

和RF2

去識(shí)別,并結(jié)合在A位2.RF-3使轉(zhuǎn)肽酶變構(gòu),激活轉(zhuǎn)肽酶,水解P位肽鏈與tRNA的3ˊ-OH形成的酯鍵,釋放肽鏈3.在RR作用下,tRNA、mRNA和RF都從核蛋白體脫落,IF3

又作用,核蛋白體大小亞基解體,

可參加下一輪循環(huán)

蛋白質(zhì)合成要消耗GTP和ATP(各階段),估計(jì)每生成一個(gè)肽鍵要消耗5個(gè)高能磷酸鍵2023/7/2056PUAARF-1、RF-2RFAGTPGDP+piRFGTP2023/7/2057真核生物與原核生物翻譯過(guò)程的區(qū)別1、翻譯起始：2、肽鏈延長(zhǎng)：延長(zhǎng)因子體系不同原核生物的延長(zhǎng)因子是：EF-Tu；EF-Ts；EF-G真核生物的延長(zhǎng)因子是：EF1；EF1；EF1；EF-23、翻譯終止：真核生物只有一種釋放因子，有GTP酶的活性，能類(lèi)似原核生物3種釋放因子促進(jìn)肽鏈合成終止。2023/7/2058蛋白質(zhì)合成小結(jié)：1、參與物質(zhì)：mRNA、tRNA、核蛋白體，氨基酰-tRNA

合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、各種蛋白因子2、合成過(guò)程：起始：形成翻譯起始復(fù)合物（核蛋白體、mRNA、

fMet-tRNAifMet、起始因子）延長(zhǎng)：核蛋白體循環(huán)：進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位終止：3、耗能：合成一分子的氨基酸殘基需要消耗4個(gè)ATP4、肽鏈的合成方向：N端C端2023/7/2059第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后修飾加工

PosttranslationalProcessingandModification剛合成的蛋白質(zhì)往往需要加工修飾才會(huì)有功能翻譯后修飾加工方式很多,可分為三方面:1.一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾:多肽鏈長(zhǎng)短、氨基酸殘基2.高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾:空間結(jié)構(gòu)的加工3.靶向輸出:定向輸送到執(zhí)行作用的細(xì)胞,器官2023/7/2060一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾加工.切除N-甲酰基或N-蛋氨