蛋白質(zhì)的生物合成（基因信息傳遞） PPT

蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯在多種因子輔助下，由tRNA攜帶并轉(zhuǎn)運相應(yīng)氨基酸，識別mRNA上的三聯(lián)體密碼子，在核糖體上合成具有特定序列多肽鏈的過程。中心法則：蛋白質(zhì)生物合成的過程翻譯起始、延長、終止翻譯后修飾三維結(jié)構(gòu)的折疊、一級結(jié)構(gòu)的修飾、空間結(jié)構(gòu)加工成熟蛋白質(zhì)的定向運輸信號序列第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系參與翻譯的物質(zhì)包括：三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核糖體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子ATP、GTP、無機(jī)離子起始因子：initiationfactor,IF延伸因子：elongationfactor,EF釋放因子：releasefactor，RF一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼mRNA含有從DNA轉(zhuǎn)錄的遺傳信息，是蛋白質(zhì)合成的模板。遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子.原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核糖體結(jié)合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5-3

蛋白質(zhì)PPPmG-5-3

蛋白質(zhì)遺傳密碼子(geneticcoden)mRNA分子上從5

至3

方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為遺傳密碼、密碼子（coden），也稱三聯(lián)體密碼起始密碼終止密碼氨基酸密碼子種類43遺傳密碼的特點（重點）1、連續(xù)性(commaless)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼中間無標(biāo)點，連續(xù)閱讀，無間斷也無交叉。從mRNA起始密碼子到終止密碼之間，各三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。2.簡并性(degeneracy)有多個密碼子特異地編碼同一個氨基酸除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。意義：減少有害突變，保證遺傳的穩(wěn)定性3、方向性(direction)由起始密碼AUG開始，從5

→3

方向閱讀密碼子4、通用性(universal)密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG5、擺動性(wobble)tRNA的反密碼與mRNA上的遺傳密碼反向配對，不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動性二、tRNA是氨基酸的轉(zhuǎn)運工具雙重作用：以氨基酰-tRNA的形式攜帶活化的氨基酸識別mRNA上的遺傳密碼，帶活化氨基酸對號入座反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖三、核糖體是蛋白質(zhì)合成場所原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S、23S-rRNA18S-rRNA28S、5S、5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種核糖體通過將mRNA、氨基酰-tRNA和相關(guān)的蛋白因子放置在正確的位置來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。核糖體的成分可催化翻譯過程的一部分化學(xué)反應(yīng)小亞基：容納mRNA結(jié)合起始tRNA結(jié)合、水解ATP大亞基：三個tRNA的結(jié)合位點A位：接受位（acceptorsite）P位：肽酰tRNA占據(jù)的位置（peptidylsite）E位：空載tRNA位（exitsite）催化肽鍵形成結(jié)合IF、EF、RF等因子小結(jié)：蛋白質(zhì)生物合成的體系原料：20種氨基酸模板：mRNA場所：核糖體（核蛋白體）氨基酸的“搬運工具”：tRNA酶與蛋白質(zhì)因子：EF、IF、RF等因子能量：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+,K+第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的過程蛋白質(zhì)生物合成的過程——翻譯（一）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運（二）多肽鏈的合成肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈合成的終止（一）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運氨基酰-tRNA合成酶催化活化反應(yīng)在氨基酸的羧基上進(jìn)行氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶蛋白質(zhì)合成中mRNA模板的方向：5′→3′蛋白質(zhì)的合成方向：N端→C端蛋白質(zhì)合成過程：起始

延長

終止

（二）多肽鏈的合成活化的氨基酸，由tRNA攜帶至核糖體上，以mRNA為模板合成多肽的過程1.翻譯的起始原核生物：——起始復(fù)合物的形成過程（1）核糖體亞基的拆離（2）mRNA與30S小亞基結(jié)合（3）fMet-tRNAifMet的結(jié)合（4）50S大亞基的結(jié)合甲酰甲硫氨酰tRNAformylmethionyltRNA,簡寫為fMet-tRNA,是結(jié)合著N-甲酰甲硫氨酰的起始tRNA,它參與原核生物的蛋白質(zhì)開始的合成起始復(fù)合物的形成過程（1）核糖體大小亞基分離IF-3IF-1（2）mRNA在小亞基定位結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-1S-D序列：原核生物mRNA5’端起始密碼子的上游有一段富含嘌呤的特殊序列，可被核糖體小亞基16SrRNA3’端（富含嘧啶）序列辨認(rèn)結(jié)合（3）起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAiMet)結(jié)合到小亞基IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'（4）核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'起始復(fù)合物的組裝的全過程IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi2.肽鏈的延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，按次序添加氨基酸，從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位(entrance)

成肽(peptidebondformation)

轉(zhuǎn)位(translocation)肽鏈合成的延長因子原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPeEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基eEF-1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放eEF-2肽鏈的延長（1）進(jìn)位(entrance)指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位在延長因子EF-T的介導(dǎo)下，相應(yīng)氨基酰-tRNA完成進(jìn)位（2）成肽(peptidebondformation)是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。（3）轉(zhuǎn)位(translocation)延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核糖體向mRNA的3'側(cè)移動。3.肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止只有釋放因子（RF）能識別終止密碼子，并占據(jù)A位原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3釋放因子的功能識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核糖體上釋放。RF3與GTP結(jié)合并使其水解，協(xié)助RF1與RF2與核糖體結(jié)合。UAG5'3'RFCOO-

原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計算 氨基酸活化：2個~P ATP

進(jìn)位：

1個~P

轉(zhuǎn)位：

1個~P

每一次糾錯：

1個~P

結(jié)論：每合成一個肽鍵平均消耗5個~P多聚核糖體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象肽鏈合成后加工和輸送第三節(jié)翻譯后的加工從核糖體釋放出的新生多肽鏈不一定具備蛋白質(zhì)生物活性，需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括：多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)修飾新生肽鏈的折疊新生肽鏈N端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息。細(xì)胞中大多數(shù)蛋白質(zhì)折疊不是自動完成，需酶、蛋白輔助。分子伴侶(molecularchaperon)蛋白二硫鍵異構(gòu)酶肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶分子伴侶一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。分為兩大類①核糖體結(jié)合性分子伴侶，包括觸發(fā)因子和新生鏈相關(guān)復(fù)合物；②非核糖體結(jié)合性分子伴侶，包括熱激蛋白、伴侶蛋白等。伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程伴侶蛋白的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。蛋白二硫鍵異構(gòu)酶多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。翻譯后的加工一級結(jié)構(gòu)的修飾肽鏈N端的修飾切除N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸個別氨基酸的修飾形成二硫鍵，賴氨酸、脯氨酸羥基化，絲氨酸、蘇氨酸磷酸化，組氨酸甲基化，谷氨酸羧基化多肽鏈的水解修飾去除某些肽段或氨基酸殘基肽鏈中肽鍵水解產(chǎn)生多種功能肽鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾高級結(jié)構(gòu)的修飾亞基聚合輔基連接疏水脂鏈的共價連接形成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)如，血紅蛋白（四個亞基構(gòu)成，分別為兩個α亞基和兩個β亞基

）蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送

蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。

信號序列（signalsequence）：所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一疏水的肽段稱為信號序列靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽，N端，運輸后切除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。

信號肽的一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的?？舍槍Φ鞍踪|(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物?？股?antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物，如：6巰基嘌呤（6-MP）。

毒素某些毒素也作用于基因信息傳遞過程?？股刈饔梦稽c作用原理應(yīng)用伊短菌素原核、真核核蛋白體小亞基阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成抗病毒藥四環(huán)素、土霉素原核核蛋白體小亞基抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)合抗菌藥鏈