生物化學(xué)-第十三章蛋白質(zhì)生物合成 課件

第十三章

蛋白質(zhì)的生物合成第十三章1學(xué)習(xí)目的與要求：1.遺傳信息傳遞方式-中心法則2.蛋白質(zhì)合成中各RNA及輔助因子的作用3.遺傳密碼及其性質(zhì)4.蛋白質(zhì)合成的機(jī)制及過程5.蛋白質(zhì)合成后的折疊與加工方式重點(diǎn)：1.中心法則2.核糖體的組成及功能3.tRNA的功能及擺動(dòng)性假說4.遺傳密碼及其性質(zhì)5.蛋白質(zhì)合成的機(jī)制及過程難點(diǎn)：1.遺傳密碼的性質(zhì)2.蛋白質(zhì)合成的過程學(xué)習(xí)目的與要求：1.遺傳信息傳遞方式-中心法則重點(diǎn)：1.中心2第一節(jié)、遺傳信息的表達(dá)方式一.中心法則生物的遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。1972年Crick將中心法則作進(jìn)一步修改，補(bǔ)充了逆轉(zhuǎn)錄。ReversetranscriptionReplication第一節(jié)、遺傳信息的表達(dá)方式一.中心法則生物的遺傳信息從DN3存在形式:核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體1.核糖體的基本功能核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”基本功能:

結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對(duì)肽鍵的形成二、核糖體存在形式:1.核糖體的基本功能核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”基4原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成2.核糖體的組成及其成分rRNA60-65%Proteins30-35%rRNA55%Proteins45%原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成2.核糖體的組成及其成分51.tRNA的功能三.tRNA結(jié)合攜帶氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，氨基酸結(jié)合在tRNA3‘-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準(zhǔn)確的在mRNA上對(duì)號(hào)入座。核糖體的識(shí)別位點(diǎn)：將氨基酸準(zhǔn)確地帶到核糖體上。氨基酰-tRNA合成酶的識(shí)別位點(diǎn)：將氨基酸準(zhǔn)確地與tRNA特異性結(jié)合。1.tRNA的功能三.tRNA結(jié)合攜帶氨基酸：一種氨基酸62.擺動(dòng)性假說

反密碼子與mRNA的第1,2個(gè)核苷酸配對(duì)時(shí)，嚴(yán)格遵從堿基配對(duì)原則,但反密碼子與mRNA的第三個(gè)核苷酸配對(duì)時(shí)，不嚴(yán)格遵從堿基配對(duì)原則,出現(xiàn)U-G,I-U.C.A配對(duì)現(xiàn)象,表現(xiàn)出一定的靈活性,擺動(dòng)性.2.擺動(dòng)性假說反密碼子與mRNA的第1,2個(gè)核苷酸配對(duì)7四.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細(xì)胞內(nèi)，存在時(shí)間短，在轉(zhuǎn)錄的同時(shí)翻譯在真核細(xì)胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時(shí)，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)，ATP供能，合成蛋白質(zhì)四.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的蛋白質(zhì)合成時(shí)81.起始(譯)因子2.延長(伸)因子3.終止因子真核生物原核生物IF1,IF2,IF3eIF1,eIF2A,eIF2B,eIF3,eIF4A-,E,eIF5EF-TU,EF-TS,EF-1,EF-2,RF1,RF2,RF3RF4.能量ATP，GTPATP，GTP5.G因子(移位酶)有EF-26.無機(jī)離子Mg2+/K+Mg2+/K+五.參與蛋白質(zhì)合成的輔助因子1.起始(譯)因子2.延長(伸)因子3.終止因子真核生物91.確立41=4,42=16,43=64,44=2562.證明UUUUUUUUUUUU----------Phe-Phe-UUCUUCUUCUUCUUCUUC---------Phe-Phe-UCU---------Ser-Ser-CUU---------Leu-Leu-第二節(jié)、遺傳密碼一.密碼子的概念mRNA分子中為一個(gè)氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個(gè)核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯(lián)體密碼或遺傳密碼。二.密碼子的確立及證明核糖體結(jié)合試驗(yàn)證明:1960-1965年，Nirenberg用polyU加入14C標(biāo)記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。1.確立41=4,42=16,43=6410遺傳密碼遺傳密碼111.方向性密碼子是不重疊的，每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現(xiàn)象。mRNA上無不編碼的核苷酸,兩個(gè)密碼子之間沒有標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。4.簡(jiǎn)并性(degeneracy)三.遺傳密碼子的特點(diǎn)幾種密碼子對(duì)應(yīng)于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子3.連續(xù)性2.不重疊從mRNA5’—3’方向閱讀。1.方向性密碼子是不重疊的，每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一125.通用性絕大多數(shù)密碼子對(duì)各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外6.起始密碼與終止密碼起始密碼:AUG-真核/原核,真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met.GUG-原核起始為fMet,翻譯中間為Val.終止密碼:

UAG、UAA、UGA5.通用性絕大多數(shù)密碼子對(duì)各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密13氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶第三節(jié)、蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)制合成體系：以mRNA為模板，20種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，酶和因子,以及無機(jī)離子，ATP、GTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。合成方向：N→C端。一.氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識(shí)別相應(yīng)的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3’-OH與氨基酸的羧基形成活化(酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一個(gè)兩步反應(yīng)過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基轉(zhuǎn)移到tRNA的3’-OH端上,形成氨基酰-tRNA。氨基酸+ATP+tRNA+H2O14--CCA-OH3’+AMPtRNA氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(一).氨基酸活化過程--CCA-OH3’+AMPtRNA氨基酰-tRNA合15(二).氨基酸活化機(jī)制(二).氨基酸活化機(jī)制161.每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基酰基轉(zhuǎn)移到tRNA。2.氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識(shí)別一種相應(yīng)的tRNA。3.tRNA分子能接受相應(yīng)的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識(shí)別。(三).氨基酰-tRNA合成酶的特點(diǎn)：1.每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它17(一).多肽鏈合成的起始二.原核生物多肽鏈的合成1.核糖體的活化2.30s起始復(fù)合物的形成

核糖體小亞基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位點(diǎn)上游4－13個(gè)核苷酸）結(jié)合,辨認(rèn)出mRNA鏈上的起始點(diǎn)（AUG）。3.70s起始復(fù)合物的形成(一).多肽鏈合成的起始二.原核生物多肽鏈的合成1.核糖體181.進(jìn)位

（氨酰tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA進(jìn)位肽鏈的形成轉(zhuǎn)肽（二）.肽鏈的延長2.轉(zhuǎn)肽---肽鏈的形成肽?；鶑腜位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)，形成新的肽鏈1.進(jìn)位（氨酰tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)）參與因子：延長因子EF19延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶新形成肽鍵延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶新形成20核糖體移位3.移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對(duì)移動(dòng)，使原來在A位點(diǎn)的肽酰－tRNA回到P位點(diǎn)核糖體移位3.移位（translocase）在移位因子（21核糖體移動(dòng)方向P位點(diǎn)A位點(diǎn)核糖體移動(dòng)方向P位點(diǎn)A位點(diǎn)22肽鏈的延伸過程肽鏈的延伸過程231.終子因子進(jìn)入P位識(shí)別mRNA的終止密碼子。RF1-UAA、UAGRF2-UAA、UGARF3影響肽鏈的釋放速度。2.水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈3.RF3幫助P位點(diǎn)的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落(三).肽鏈合成的終止與釋放活化每個(gè)氨基酸1ATP肽鏈的起始要1GTP，延長時(shí)只需2GTP，終止釋放1GTP，合成一個(gè)n肽所需能量3×nATP，真核生物中，肽鏈合成的起始需GTP外，還需ATP，則合成n肽所需能量3×n+1(四）.合成過程是一個(gè)耗能過程1.終子因子進(jìn)入P位識(shí)別mRNA的終止密碼子。RF1-UA241.核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成2.起始密碼AUG3.起始tRNA為Met－tRNA4.起始復(fù)合物結(jié)合在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）5.已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復(fù)合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC）6.肽鏈終止因子及釋放因子（RF）,只有一種,無特異性.線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成同于原核細(xì)胞三、真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)1.核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成線25生物化學(xué)-第十三章蛋白質(zhì)生物合成課件26四.多核糖體與核糖體循環(huán)在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)。每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成,所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率

四.多核糖體與核糖體循環(huán)在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合多個(gè)核糖27(一).抗生素類阻斷劑2.四環(huán)素和土霉素:抑制氨基酰tRNA與核糖體A位結(jié)合，也抑制fMet-tRNAfMet與核糖體結(jié)合3.氯霉素：作用于30S亞基五.蛋白質(zhì)合成的抑制劑鏈霉素、卡那霉素、新霉素等:主要抑制革蘭氏陰性細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的三個(gè)階段：①起始復(fù)合物的形成，使氨基酰tRNA從復(fù)合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯(cuò)配；③終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結(jié)合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離。(一).抗生素類阻斷劑2.四環(huán)素和土霉素:3.氯霉素：作用于28(三).亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）(二).白喉霉素（diphtheriatoxin）由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的白喉霉素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成抑制劑。它對(duì)真核生物的延長因子-2（EF-2）起共價(jià)修飾作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制細(xì)胞整個(gè)蛋白質(zhì)合成，而導(dǎo)致細(xì)胞死亡只抑制真核60S亞基的肽酰轉(zhuǎn)移酶活性(三).亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）(二).白喉霉素（diphth291.N端改造fMet/Met的