第八版生物化學與分子生物學蛋白質生物合成.ppt

1、生物化學和分子生物學，蛋白質生物合成(翻譯)，第17章，蛋白質生物合成(翻譯)，蛋白質生物合成的概念，生物體中的蛋白質是以基因為模板合成的。在這個過程中，由基因編碼的核苷酸序列信息轉化為蛋白質中的氨基酸序列，稱為翻譯。翻譯是指在各種因素的輔助下，通過tRNA攜帶和運輸相應的氨基酸，識別mRNA上的三聯體密碼子，并在核糖體上合成具有特定序列的多肽鏈的過程。第1節(jié)蛋白質生物合成系統，蛋白質生物合成系統，基礎原料：20種編碼氨基酸模板：基因適配器：tRNA裝配機：核糖體的主要酶和蛋白質因子：氨酰-tRNA合成酶、轉肽酶、起始因子、延伸因子、釋放因子和其他能量物質：三磷酸腺苷、GTP無機離子：Mg2、

2、K，蛋白質生物合成系統；首先，基因是蛋白質合成的信息模板，是基因的基本結構，從基因的5-末端起始密碼子到3-末端終止密碼子的核苷酸序列稱為開放閱讀框。原核生物中的多順反子，真核生物中的單順反子，遺傳密碼，在mRNA的開放閱讀框區(qū)域，每三個相鄰的核苷酸被作為一個組來代表一個氨基酸(或其他信息)，并且這種三聯體形式的核苷酸序列被稱為密碼子。起始密碼子):AUG終止密碼子):UAA，UAG，UGA，密碼子，起始密碼子和終止密碼子：遺傳密碼表，遺傳密碼特征，1。方向性，翻譯中遺傳密碼的閱讀方向是53，即閱讀密碼從基因的起始密碼子AUG開始，根據，2。無間斷地，連續(xù)讀取編碼蛋白質氨基酸序列的每個三聯體編

3、碼，密碼子和密碼子的堿基之間既沒有間隔也沒有交叉。由于密碼子的連續(xù)性，在開放閱讀框中插入或刪除一個或兩個堿基的基因突變會導致mRNA閱讀框的移動，這稱為框架移位，從而使隨后的大部分氨基酸序列發(fā)生改變，編碼的蛋白質完全喪失其功能，這稱為框架移位突變。3。簡并性，一個氨基酸可以有兩個或多個密碼子來編碼。這種特性被稱為遺傳密碼的退化。除了色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子，其他氨基酸有2，3，4或多達6個三重密碼。編碼相同氨基酸的密碼子稱為簡并密碼子，也稱為同義密碼子。各種氨基酸的密碼子數，4。搖擺。有時，反密碼子和密碼子之間的配對并不嚴格遵循共同的堿基配對規(guī)則。這種現象被稱為擺動堿基配對。反密碼子和密

4、碼子的識別模式與swing成對。5.普遍性，從簡單的病毒到高等人類，使用的幾乎是同一組遺傳密碼。因此，遺傳密碼表中的這組“通用密碼”基本上適用于生物世界中的所有物種，并具有普遍性。密碼的普遍性進一步證明了不同的生物是從同一個祖先進化而來的。已經發(fā)現了一些例外，如動物細胞的線粒體和植物細胞的葉綠體。第二，氨酰tRNA通過其反密碼子與mRNA中相應的密碼子互補結合，tRNA的功能是攜帶氨基酸：氨基酸由其特定的tRNA攜帶，一個氨基酸可以有幾個相應的tRNA，氨基酸在tRNA 3-CCA的位置結合，這種結合需要ATP能量；作為一個“銜接子”:每個tRNA的反密碼子決定了它所攜帶的氨基酸可以在mRNA

5、上正確排列。二級結構，三級結構，抗密碼環(huán)，氨基酸臂，tRNA構象。第三，核糖體是肽鏈的“裝配工廠”。核糖體，也稱為核糖體，是由rRNA與各種蛋白質結合形成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質生物合成的場所。，不同細胞中核糖體的組成，核糖體在翻譯中的功能位置，4。肽鏈生物合成需要酶和蛋白質因子，氨酰tRNA合成酶催化氨基酸的活化；轉肽酶，催化核糖體p位的肽?；D移到a位的氨基?；鵷RNA的氨基，使?；c氨基結合形成肽鍵；受釋放因子影響后，它是變構的，表現出酯酶的水解活性，將p位的肽鏈與tRNA分開；轉位酶催化核糖體通過一個密碼子移動到核糖核酸3的3-末端，因此下一個密碼子位于位。起始因子(IF)、

6、延伸因子(EF)、釋放因子(RF)、原核翻譯中涉及的各種蛋白質因子及其生物學功能、真核翻譯中涉及的各種蛋白質因子及其生物學功能。第二部分是氨基酸與tRNA的聯系，氨基酸與特定tRNA結合形成氨酰tRNA的過程稱為氨基酸活化。參與氨基酸激活的酶：氨酰trna合成酶。1.氨酰trna合成酶識別特定的氨基酸和trna，氨基酸與tRNA連接的特異性由氨酰tRNA合成酶保證。氨基?；鵷RNA合成酶是高度特異的，它不僅能識別特定的氨基酸，還能識別應該與這些氨基酸結合的tRNA分子。在第一步和第二步中，氨酰tRNA合成酶還具有校對活性，可以水解并釋放錯誤的氨基酸，即水解任何錯誤的氨基酸-AMP-E復合物或氨

7、酰tRNA的酯鍵，然后用對應于密碼子的氨基酸替換，從而糾正反應中任何一步的錯配，保證氨基酸-tRNA結合反應的誤差小于10-4。氨酰-tRNA，丙氨酸-tRNA: ala -tRNA ala精氨酸-tRNA: arg-trna arg甲硫氨酰- tRNA: met -tRNAMet met，由各種氨基酸與相應tRNA結合形成的氨酰-tRNA表示為：氨基酸三字母縮寫-tRNA氨基酸三字母縮寫，例如，第二，肽鏈合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA，它與甲硫氨酸結合形成Met-tRNA，tRNAMet，它可以起始密碼子只能識別甲硫氨酸。甲硫氨酸和甲硫氨酸結合形成甲硫氨酸，并在必要時進入核糖體，將甲

8、硫氨酸添加到延伸肽鏈中。甲硫氨酸：甲硫氨酸參與肽鏈延伸，真核生物中，甲硫氨酸與具有初始功能的甲硫氨酸結合后，甲硫氨酸迅速甲酰化為N-甲酰甲硫氨酸(fMet)，從而形成N-甲酰甲硫氨酸-trn。只有fMet-tRNAfMet可以被起始密碼子識別。在原核生物中，氨酰-trna:fmet，fmet-trnamet的形成是單碳化合物轉移和利用的過程之一。該反應由反式甲?；复呋?，甲?；鶑腘10-甲?；臍淙~酸轉移到甲硫氨酸的-氨基。在第三節(jié)肽鏈的生物合成過程中，翻譯過程包括三個階段：起始、延伸和終止。真核生物的肽鏈合成過程與原核生物基本相似，但反應更復雜，涉及更多的蛋白質因子。(1)原核生物翻譯起始復

9、合物的形成是指mRNA和起始氨酰tRNA與核糖體結合形成翻譯起始復合物的過程。1.核糖體大小亞單位的分離；2.核糖體亞單位結合在基因的起始密碼子附近；3.fMet-tRNAfMet結合核糖體P；4.大型核糖體亞單位結合形成初始復合體。(1)翻譯起始復合物的組裝開始肽鏈合成，(a)起始復合物的組裝過程；核糖核酸識別核糖核酸的核糖體結合位點，確保翻譯從起始密碼子開始。核糖體大小的亞單位是分開的，IF-3，IF-1，2。核糖體小亞基結合在mRNA起始密碼子附近，原核mRNA在核糖體小亞基上的準確定位和結合涉及兩種機制，各種mRNA起始密碼子上游約813個核苷酸，有一個由49個核苷酸組成的一致序列，其

10、中富含嘌呤堿基，如-AGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，也稱為核糖體結合位點，RBS。多順反子基因序列上的每一個基因編碼序列都有自己的S-D序列和起始的AUG，S-D序列，16S-rRNA 3的3-末端小亞基有一個富含嘧啶堿基的短序列，如such，它通過補充S-D序列的堿基使基因與小亞基結合。在基因中靠近RBS下游有一個短的核苷酸序列，可以被小亞單位蛋白rpS-1識別和結合。通過上述的核糖核酸-核糖核酸和核糖核酸-蛋白質的相互作用，小亞單位可以準確地定位在mRNA上的最初的AUG。中頻-3，中頻-1，3。fMet-tRNAfMet結合核糖體p-位點，IF-3，IF-1

11、，IF-2，國內生產總值，4。大核糖體亞單位結合形成初始復合體，如-3，如果-1，如果-2，-GTP，國內生產總值，國內生產總值等2。Met-tRNAiMet定位并結合到小亞基的p位；3.基因和核糖體小亞單位被定位和結合；4.大核糖體亞單位結合。真核翻譯起始復合物的組裝，在翻譯起始復合物形成后，核糖體從mRNA的5端移動到3端，根據密碼子序列，合成肽鏈從N端開始到C端。第二，核糖體上重復的三步反應延長了肽鏈，1。定位)/注冊)2。肽鍵形成)3。移位和肽鏈的延伸在核糖體上連續(xù)循環(huán)，也稱為核糖體循環(huán)，它包括以下三個步驟：每個循環(huán)增加多肽鏈1。進入，也稱為注冊，是指氨酰tRNA根據mRNA模板的指示

12、進入并結合核糖體A的過程。肽形成是指肽基轉移酶(轉肽酶)催化兩個氨基酸之間形成肽鍵的反應。轉座指的是核糖體沿著基因的位移。移位的結果是，在反應中，由位于磷位置的tRNA攜帶的氨基酸或肽被轉移到位于甲位置的氨基酸，并且未裝載的tRNA直接從核糖體上脫落；肽形成后，肽鏈位于a位的合成肽鏈轉移到p位；空出一個位置，并精確地定位在下一個密碼子，以接受新的相應氨酰tRNA載體。換位需要延伸因素的參與。在真核生物延伸肽鏈的過程中，添加到肽鏈中的每個氨基酸殘基都需要經歷一個載體、肽形成和轉座反應。重復這一過程，直到核糖體的位對應于基因的終止密碼子。終止密碼子不被任何氨酰tRNA識別，但只有釋放因子RF能識別

13、終止密碼子并進入位。這個識別過程需要水解GTP。3。終止密碼子和釋放因子導致肽鏈合成停止。在原核生物中，有三種RF1識別UAA或UAG，RF2識別UAA或UGA，RF3與GTP結合并水解它以幫助RF1和RF2與核糖體結合。真核生物只有一個釋放因子，eRF，所有三個終止密碼子都可以被eRF識別。真核生物中肽鏈的水解和釋放過程尚不完全清楚。多核糖體的形成可以使蛋白質生物合成高速高效地進行。10100個核糖體可以連接到一個基因模板鏈上。這些核糖體依次與起始密碼子結合，并沿著53個方向的閱讀代碼移動，同時進行肽鏈合成。由這種基因和多個核糖體形成的聚合物被稱為多聚體。多核糖體，電子顯微鏡下的多核糖體，第

14、四部分是生物合成后肽鏈的加工和靶向遞送。新的多肽鏈不具有蛋白質的生物活性，必須經過復雜的加工才能轉化成具有天然構象的功能性蛋白質。這一加工過程被稱為翻譯后加工。在蛋白質合成之后，它需要被運輸到合適的亞細胞位置來執(zhí)行它們的生物功能。其中，一些蛋白質存在于細胞液中，一些被轉運到細胞器或嵌入細胞膜，一些被分泌到細胞外。蛋白質合成后，靶向遞送至細胞功能位點的過程稱為蛋白質靶向或蛋白質分選。1.肽鏈折疊成功能構象需要分子伴侶。在蛋白質的合成過程中，許多疏水基團暴露在未折疊的肽段中，這具有在分子內或分子間聚集的趨勢，這使得蛋白質不能形成正確的空間構象。這種無序肽鏈聚集體的過量產生對細胞有致命的影響。事實上

15、，細胞中的大多數天然蛋白質不是自發(fā)折疊的，折疊過程需要其他酶或蛋白質的幫助。這些輔助蛋白可以引導新的肽鏈以特定的方式正確折疊，它們被稱為分子伴侶。分子伴侶的主要功能是阻止肽鏈暴露的疏水片段折疊；創(chuàng)造一個隔離的環(huán)境可以使肽鏈的折疊不會相互干擾；促進肽鏈折疊和解聚集；當受到壓力刺激時，折疊的蛋白質被打開。細胞內分子伴侶可分為兩類：核糖體結合分子伴侶，包括觸發(fā)因子和新生鏈相關復合物；另一種是非核糖體結合伴侶蛋白，包括熱休克蛋白和伴侶蛋白。熱休克蛋白是一種應激反應蛋白，高溫應激可以誘導其合成。熱休克蛋白可以促進多肽折疊成具有自然空間構象的蛋白質。熱休克蛋白包括熱休克蛋白70、熱休克蛋白40和GrpE。它有兩個主要的功能域：一個是高度保守的三磷酸腺苷；位于氮末端的酶結構域，能結合和水解三磷酸腺苷；另一個是存在于碳末端的肽鏈結合域。蛋白質的折疊需要這兩個結構域的相互作用。大腸桿菌熱休克蛋白70(D