第12章3節(jié)肽鏈的生物合成過程.ppt

1、大理學院基礎醫(yī)學院 林春榕,肽鏈的生物合成過程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain,本節(jié)重要知識點,原核生物肽鏈合成基本過程； 70S起始復合物的組成； 參與原核生物肽鏈合成的主要蛋白質(zhì)因子及其生物學功能。,蛋白質(zhì)生物合成 (protein biosynthesis),以氨基酸為原料； 以mRNA為模板； 以tRNA為運載工具； 以核糖體為合成場所； 起始、延長、終止各階段蛋白因子參與合成蛋白質(zhì)的過程。,氨基酸的活化 肽鏈的生物合成 肽鏈形成后的加工和靶向輸送,反應過程,翻譯時，從mRNA的起始密碼子AUG開始，按53方向逐一讀碼，直至終止密碼子

2、。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從N-端C-端延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸。,肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié),起始(initiation) 延長(elongation) 終止(termination ),整個過程可分為 ：,原核生物的肽鏈合成過程,翻譯過程從閱讀框架的5-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。,（一）起始(initiation),指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物的過程。,1. 核蛋白體大小亞基分離； 2. mRNA在小亞基定位結合； 3. 起始氨基酰-tRNA的結合； 4. 核蛋

3、白體大亞基結合。,IF-3,IF-1,1.核蛋白體大小亞基分離,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亞基定位結合,原核生物mRNA在核蛋白體小亞基上的準確定位和結合涉及兩種機制：,S-D序列，又稱核糖體結合位點(ribosomal binding site, RBS); mRNA序列上緊接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1識別并結合。 通過RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)相互作用，mRNA序列上的起始AUG即可在核糖體小亞基上準確定位而形成復合體。,S-D序列,在各種mRNA起始AUG上游約813核苷酸部位，存在一段由49個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGG

4、AGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核蛋白體結合位點(ribosomal binding site, RBS)。一條多順反子mRNA序列上的每個基因編碼序列均擁有各自的S-D序列和起始AUG。,S-D序列,小亞基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶堿基的短序列，如-UCCUCC-，通過與S-D序列堿基互補而使mRNA與小亞基結合。,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )結合到小亞基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi

5、,起始復合物形成過程,翻譯起始復合物的組分,70S完整核糖體 mRNA fMet-tRNAfMet,起始因子的功能,IF1-占據(jù)A位，防止結合其他的氨基酰tRNA; IF2-促進起始fMet-tRNAfMet與小亞基的結合； IF3-促進大、小亞基分離，提高P位對結合fMet-tRNAfMet的敏感性。,指在mRNA模板的指導下，氨基酸依次進入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。,1. 進位(positioning)/注冊(registration) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 轉位(translocation),（二）延長(elongation),肽鏈延長在核

6、蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以下三步：,每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。,1. 進位(positioning),又稱注冊(registration)， 是指一個氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進入并結合到核蛋白體A位的過程。,進位需要延長因子EF-Tu與EF-Ts參與。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,進位的反應過程：,2.成肽(peptide bond formation),成肽是在轉肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基或肽酰-tRNA的肽?；D移到A位并與A

7、位上氨基酰-tRNA的-氨基結合形成肽鍵的過程。,成肽的反應過程,3. 轉位(translocation),轉位是在轉位酶的催化下，核蛋白體向mRNA的3-端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個密碼子進入核蛋白體的A位、而占據(jù)A位的肽酰-tRNA移入P位的過程。,轉位需要延長因子EF-G參與。,EF-G有轉位酶（translocase）活性，可結合并水解1分子GTP，釋放的能量促進核蛋白體向mRNA的3側移動，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移進入核蛋白體P位，而卸載的tRNA則移入E位。,轉位(translocation),fMet,fMet,成肽轉位下一輪進位,肽鏈合成延長

8、(核蛋白體循環(huán))過程,延長因子的功能,EF-Tu-促進氨基酰-tRNA進入A位，結合并分解GTP; EF-Ts-調(diào)節(jié)亞基； EF-G-有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放。,（三）終止(termination ),指核蛋白體A位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。,終止階段需要釋放因子RF-1、 RF-2和 RF-3參與。,原核肽鏈合成終止過程,RF-3可結合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，能介導RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。,釋放因子的功能：,識別終止密碼子,

9、RF-1特異識別UAA、UAG； RF-2特異識別UAA、UGA。,誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ富钚?催化新生肽鏈與結合在P位的tRNA之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。,蛋白質(zhì)生物合成的能耗,蛋白質(zhì)生物合成是耗能過程，每增加1個肽鍵平均需要消耗由GTP或ATP提供的5個高能磷酸鍵。 具體如下： 活化：1個ATP（2個高能磷酸鍵） 進位：1個GTP 移位：1個GTP 為保持蛋白質(zhì)生物合成的高度保真性，任何步驟出現(xiàn)不正確連接都需要消耗能量而水解清除。,多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成以高速度、高效率進行。,（四）多聚核蛋白體(polysome),1條mRNA模板鏈都可附著10100個核蛋白體，這些核蛋白體依次結合起始密碼子并沿53方向讀碼移動，同時進行肽鏈合成，這種mRNA