第14章蛋白質(zhì)的生物合成

1、第14章 蛋白質(zhì)的生物合成,教學(xué)目的： 1. 掌握核糖體的類型及結(jié)構(gòu)。 2. 掌握蛋白質(zhì)生物合成的過程。 教學(xué)重點(diǎn)： 蛋白質(zhì)的生物合成過程。,一 參與蛋白質(zhì)合成的RNA和核糖體,1 中心法則,DNA是遺傳信息的載體，蛋白質(zhì)是表現(xiàn)遺傳性狀的物質(zhì)基礎(chǔ)，RNA則是遺傳信息傳遞的中間載體。遺傳信息的傳遞過程是DNA、RNA和蛋白質(zhì)生物合成過程。,2 核糖體,核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，在蛋白質(zhì)生物合成過程中，將tRNA、mRNA及多種酶和蛋白質(zhì)因子的作用協(xié)調(diào)起來。核糖體由rRNA和蛋白質(zhì)組成，有大小兩個(gè)亞基。,核糖體的功能：識(shí)別mRNA上的起始點(diǎn)，使mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子配對(duì)，合

2、成肽鍵。,核糖體的種類、結(jié)構(gòu)和組分,3 tRNA和氨酰-tRNA合成酶,氨酰-tRNA合成酶具有高度專一性，能識(shí)別特異的氨基酸和相關(guān)tRNA，并能區(qū)分結(jié)構(gòu)極為相似的氨基酸，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤還能校正，即具有雙重校對(duì)功能；還能識(shí)別對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸的多種tRNA。 tRNA的主要功能是攜帶氨基酸到核糖體上，在蛋白質(zhì)合成中起翻譯作用，還起校正tRNA的校正作用。此外，還能進(jìn)行不依賴于核糖體的多肽合成；逆轉(zhuǎn)錄病毒以RNA基因組合成cDNA時(shí)以tRNA為引物；有些tRNA可以是植物激素；在蠶體內(nèi)，tRNALys可作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子等。,二 蛋白質(zhì)合成的步驟,蛋白質(zhì)的生物合成分為5步： 氨酰-tRNA的合成 多

3、肽鏈合成的起始 多肽鏈合成的延伸 多肽鏈合成的終止 多肽鏈的折疊與加工,1 氨酰-tRNA的合成,氨基酸在摻入蛋白質(zhì)前，先要在氨酰-tRNA合成酶的催化下進(jìn)行活化，由ATP供能。在氨酰-tRNA合成酶分子上有氨基酸和tRNA的專一結(jié)合位點(diǎn)，將特定的氨基酸和特定的tRNA通過高能磷酸鍵結(jié)合起來。在氨酰-tRNA合成酶的催化下先生成氨酰-AMP，再將活化的氨基酸轉(zhuǎn)移到專一性的tRNA分子上，生成氨酰-tRNA?？偡磻?yīng)式為：,氨酰- tRNA合成酶,2 多肽合成的起始,起始密碼為AUG(GUG), 原核生物肽鏈合成起始氨基酸都是甲酰蛋氨酸(fMet)。起始復(fù)合物的形成: 先形成30S復(fù)合物，再形成7

4、0S復(fù)合物。mRNA與30S亞基結(jié)合形成mRNA-30S復(fù)合物，mRNA上的起始密碼子AUG定位于P位上。,fMettRNAf通過其反密碼子與起始密碼子識(shí)別并結(jié)合，形成30S-mRNA-fMet-tRNAf起始復(fù)合物。 30S復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合形成有翻譯功能的70S起始復(fù)合物。在70S起始復(fù)合物上有兩個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)：A位為AA-tRNA結(jié)合位；P位為肽酰-tRNA結(jié)合位。fMet-tRNAf處于P位，空A位接受第2個(gè)AA-tRNA。,3 肽鏈的延伸,第一個(gè)新進(jìn)入的氨酰-tRNA結(jié)合到A位 由GTP供能，在延伸因子Tu和Ts參與下，新進(jìn)入的氨酰-tRNA的反密碼子與A位上mRNA的密碼

5、子互補(bǔ)。 轉(zhuǎn)肽 處于A位上的氨酰-tRNA上的-氨基與P位甲酰蛋氨酰-tRNAf上的-羧基間生成肽鍵。這時(shí)A位上的為二肽酰-tRNA，P位上的tRNA為空載。空載的tRNA從核糖體上脫離。, 移位 在延伸因子G的參與下，由GTP供能，核糖體沿mRNA53方向移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離。原來在A位上的二肽酰-tRNA移到P位，A位空出準(zhǔn)備接受下一個(gè)氨酰-tRNA。 重復(fù)以上三個(gè)步驟，直到mRNA上終止密碼子出現(xiàn)在A位。,4 肽鏈合成的終止,當(dāng)核糖體沿mRNA53方向移動(dòng)到終止密碼子時(shí)，沒有相應(yīng)的終止氨酰-tRNA進(jìn)入A位，肽鏈合成終止。有三種終止因子RF1, RF2, RF3參與終止步驟。RF1識(shí)別終

6、止密碼UAG, UAA；RF2識(shí)別UAA, UGA；RF3促進(jìn)RF1, RF2的識(shí)別。RF1, RF2結(jié)合到核糖體后，使轉(zhuǎn)肽酶構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷富钚?，催化肽酰與tRNA間的酯鍵水解，合成的肽鏈從核糖體上釋放出來?？蛰dtRNA從核糖體上脫離，核糖體解離成50S和30S兩個(gè)亞基，離開mRNA，多肽合成結(jié)束。,蛋白質(zhì)生物合成,5 多核糖體結(jié)構(gòu),在一條mRNA上可以結(jié)合多個(gè)核糖體，呈念珠狀，稱為多核糖體結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)合成中核糖體總是先結(jié)合于mRNA5-端，從起始密碼AUG開始，沿53方向翻譯密碼子，合成多肽鏈，當(dāng)移動(dòng)一段距離后，第二個(gè)核糖體又可與空出的mRNA5-端結(jié)合，沿53方向進(jìn)行翻譯。 在一條mR

7、NA鏈上可結(jié)合多個(gè)核糖體，各自獨(dú)立進(jìn)行多肽的合成，能提高mRNA的翻譯效率。,6 多肽鏈的加工,1)N-端甲?；岸嘤喟被岬那谐?按蛋白質(zhì)合成機(jī)理，蛋白質(zhì)N-端氨基酸應(yīng)是甲酰蛋氨酸(原核)或蛋氨酸(真核)，但事實(shí)上并非如此。這是由于脫甲酰酶除去了N-端的甲?；?，氨肽酶切除了N-端一或幾個(gè)多余氨基酸。此過程常在肽鏈延伸約有40個(gè)氨基酸左右就開始了。,2)蛋白質(zhì)內(nèi)部某些氨基酸的修飾,被修飾的部位通常是絲氨酸或蘇氨酸鍘鏈上的羥基；天冬氨酸、谷氨酸鍘鏈上的羧基；天冬酰胺鍘鏈上的酰胺基；精氨酸、賴氨酸上的氨基；半胱氨酸上的巰基等。修飾作用是在專一性的酶催化下進(jìn)行的。,3)切除非必需肽段,有些酶、激素等

8、要經(jīng)過此加工過程。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等，初合成的是沒有活性的酶原，在一定條件下除去一段肽才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。如胰島素，初產(chǎn)物為前胰島素原，經(jīng)切除N-端信號(hào)肽變?yōu)橐葝u素原，再切除C肽成為有活性的胰島素。,4)二硫鍵的形成,特定部位的兩個(gè)半胱氨酸側(cè)鏈上的巰基在專一性氧化酶的作用下二硫鍵。,三 蛋白質(zhì)生物合成的抑制物,1 抗菌素,抗菌素的殺菌作用表現(xiàn)在二個(gè)方面：1)破壞細(xì)菌細(xì)胞壁，引起溶菌。 2)干擾核酸和蛋白質(zhì)的生物合成。 鏈霉素、金霉素、土霉素、卡那霉素可特異結(jié)合細(xì)菌的核糖體小亞基；氯霉素、紅霉素、螺旋霉素結(jié)合細(xì)菌核糖體大亞基，從而抑制蛋白質(zhì)的合成。,2 干擾素,干擾素是病毒感染宿主細(xì)胞后，

9、宿主細(xì)胞產(chǎn)生的一種具有多功能的蛋白質(zhì)。人體被病毒感染后可產(chǎn)生3類干擾素：-干擾素(白細(xì)胞產(chǎn)生)，-干擾素(成纖細(xì)胞產(chǎn)生)，-干擾素(T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生)。每一類中又有若干亞類。 干擾素能干擾病毒蛋白質(zhì)的合成，還對(duì)病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、病毒顆粒的裝配等起抑制作用。,3 抗代謝物,抗代謝物是指在結(jié)構(gòu)上與參加反應(yīng)的天然代謝物相似的物質(zhì)，能競(jìng)爭(zhēng)性地抑制某種酶。 在結(jié)構(gòu)上類似于遺傳信息傳遞中的某些底物的物質(zhì)可用于治療腫瘤，如6-巰基嘌呤、5-氟尿嘧啶等堿基類似物可抑制DNA的復(fù)制。 嘌呤霉素的結(jié)構(gòu)與Ttr-tRNATyr(酪氨酸)相似，可代替其進(jìn)入核糖體A位，連接到延伸肽鏈的C端，造成肽鏈合成終止。,核糖體的功能：識(shí)別mR