《蛋白質(zhì)的生物合成》PPT課件.ppt

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第十章蛋白質(zhì)的生物合成,●蛋白質(zhì)合成體系●蛋白質(zhì)的生物合成過程●蛋白質(zhì)合成后的加工●蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(yùn),●翻譯(translation)：以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程，稱為翻譯?！窕虮磉_(dá)(geneexpression)：是指細(xì)胞在生命過程中，把儲(chǔ)存在DNA順序中遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子。,一、蛋白質(zhì)合成體系,●參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包括：①mRNA：作為蛋白質(zhì)生物合成的模板，決定多肽鏈中氨基酸的排列順序；②核糖體：蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所；,③tRNA：搬運(yùn)氨基酸的工具;④起始因子（IF）；⑤延長(zhǎng)因子（EF）；⑥釋放因子（RF）；⑦氨酰-tRNA合成酶；⑧供能物質(zhì)及無機(jī)離子,等等。,（一）mRNA與遺傳密碼●密碼子(codon)：作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板，mRNA中每三個(gè)相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子(codon)。,●遺傳密碼的破譯1961年Nirenberg建立了無細(xì)胞系統(tǒng),這一新技術(shù)又是在多核苷酸磷酸化酶發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上建立起來的。,(1)去模板：用DNAase處理E.coli抽提物，使DNA降解，除去原有的細(xì)菌模板。(2)加入polyU：合成了多聚苯丙氨酸，這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。分別加入polyA和polyC結(jié)果相應(yīng)地獲得了多聚賴氨酸和多聚脯氨酸。,*用于蛋白質(zhì)的生物合成研究的體外翻譯系統(tǒng)主要有：細(xì)菌（大腸桿菌）無細(xì)胞系統(tǒng)、網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解系統(tǒng)和麥胚系統(tǒng)等。,●遺傳密碼的特點(diǎn)：①無標(biāo)點(diǎn)、不重疊（連續(xù)性）；②簡(jiǎn)并性；③通用性（但在線粒體或葉綠體中特殊）；④方向性，即解讀方向?yàn)?′→3′；⑤擺動(dòng)性；⑥起始密碼：AUG；終止密碼：UAA、UAG、UGA。,*開放閱讀框架(openreadingframe,ORF):從mRNA5?端起始密碼子AUG到3?端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為~。,*移碼突變(frameshiftmutation)：基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致。,*簡(jiǎn)并性：同一種氨基酸有兩個(gè)或更多密碼子的現(xiàn)象。*同義密碼子：對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的不同密碼子。*擺動(dòng)性:轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼子反向配對(duì)結(jié)合，在密碼子與反密碼子的配對(duì)中，前兩對(duì)嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)原則，第三對(duì)堿基有一定的自由度，可以“擺動(dòng)”，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動(dòng)性。,U,擺動(dòng)配對(duì),密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象,（二）rRNA和核糖體,rRNA（55%）和蛋白質(zhì)（45%）組成了核糖體。核糖體由大、小不同的兩個(gè)亞基組成。原核生物和真核生物的核糖體組成及特性不相同。,●核糖體的組成,表14-7原核和真核生物核糖體的組成及功能核糖體亞基rRNAs蛋白R(shí)NA的特異順序和功能細(xì)菌70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補(bǔ)2.5106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SrRNA(CCUCCU)和S-D順序(AGGAGG)互補(bǔ)哺乳動(dòng)物80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TψCG互補(bǔ)4.2106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33種和Capm7G結(jié)合,,,,,,,,●核糖體的功能：合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。,核糖體小亞基負(fù)責(zé)對(duì)模板mRNA進(jìn)行序列特異性識(shí)別，如起始部分的識(shí)別、密碼子與反密碼子的相互作用等。核糖體大亞基負(fù)責(zé)攜帶氨基酸及tRNA的功能，包括肽鍵的形成、AA-tRNA、肽酰-tRNA的結(jié)合等。,在單個(gè)核糖體上，可劃分多個(gè)功能活性中心，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專一的識(shí)別作用和功能?！駇RNA結(jié)合部位——小亞基●結(jié)合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亞基●結(jié)合或接受肽酰－tRNA的部位（P位）——大亞基●肽基轉(zhuǎn)移部位——大亞基●形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）——大亞基,二、蛋白質(zhì)的合成過程1、氨基酸的活化及轉(zhuǎn)運(yùn),氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet,原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：,甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet,第一步反應(yīng),氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi,第二步反應(yīng),氨基酰-AMP-E＋tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP＋E,2、翻譯的起始,原核生物（以細(xì)菌為例）翻譯的起始所需成分：30S小亞基、50S大亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、,IF-3,IF-1,翻譯起始(翻譯起始復(fù)合物形成)又可被分成3步：（1）30s小亞基首先與翻譯起始因子IF-1、IF-3結(jié)合，通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。,S-D序列,S-D序列：存在于原核生物起始密碼子AUG上游7~12個(gè)核苷酸處的一種4~7個(gè)核苷酸的保守片段（AGGAGGU），它與16SrRNA3，端反向互補(bǔ)，所以可將mRNA的AUG起始密碼子置于核糖體的適當(dāng)位置以便起始翻譯作用。,IF-3,IF-1,（2）在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進(jìn)入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對(duì)。,IF-3,IF-1,IF-2,,GTP,(3)帶有tRNA、mRNA和3個(gè)翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。,,真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程,肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個(gè)氨基酸就是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括：進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和移位。延伸因子(elongationfactor,EF)：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2,3、肽鏈的延伸,（1）進(jìn)位：AA-tRNA與核糖體A位點(diǎn)的結(jié)合,需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子,通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復(fù)合物,EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts,,,,重新參與下一輪循環(huán),(2)轉(zhuǎn)肽是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化,(3)移位,核糖體向mRNA3’端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子,延長(zhǎng)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)核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動(dòng)。,原核肽鏈合成終止過程,4、肽鏈的終止,,▲真核生物只有一個(gè)終止因子（eRF）。,三、蛋白質(zhì)合成后的加工,1、一級(jí)結(jié)構(gòu)的加工修飾(1)N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端的甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折疊成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除（在真核生物中，N端的蛋氨酸常在肽鏈的其他部分還未完全合成時(shí)就已經(jīng)水解下來）。,(2)氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進(jìn)行修飾，包括糖基化(某些蛋白分子中的Asp、Ser、Thr的側(cè)鏈基團(tuán)與糖基結(jié)合)、羥基化(膠原中Pro、Lys的羥基化)、磷酸化(某些蛋白質(zhì)中的Ser、Thr、Tyr殘基中的-OH磷酸化)、甲?；?。(3)二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為-S-S-。(4)肽段的切除：某些多肽鏈要在專一性的蛋白酶水解切除部分肽段后，才能轉(zhuǎn)變成有功能的蛋白質(zhì)。,2、高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成(1)構(gòu)象的形成；生物體內(nèi)多肽鏈的準(zhǔn)確折疊和組裝需要某些輔助蛋白質(zhì)參與，其本身不參與終產(chǎn)物的形成，這種輔助蛋白質(zhì)稱為分子伴侶或監(jiān)護(hù)蛋白。(2)亞基的聚合；(3)輔基的連接。,四、蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(yùn),□幾類主要蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制,●翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制,◇信號(hào)肽假說：共翻譯定位蛋白質(zhì)定位信息存在于該蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中（信號(hào)肽），并可通過與特殊受體相互作用，使蛋白質(zhì)定位于靶位。絕大部分被運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔蛋白質(zhì)都帶有一個(gè)信號(hào)肽。信號(hào)肽(signalpeptide):某種分泌蛋白質(zhì)及細(xì)胞膜蛋白質(zhì)等，以前體物質(zhì)多肽的形式合成，其N末端含有作為通過膜時(shí)之信號(hào)的氨基酸序列，這種氨基酸序列稱信號(hào)肽或信號(hào)序列（signalsequence）。由約15—30個(gè)氨基酸所組成。,◇信號(hào)肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）常位于蛋白質(zhì)N末端，可切割；（2）長(zhǎng)度：15-30個(gè)殘基；（3）序列內(nèi)有一個(gè)全部或大部分疏水組成的疏水核心；（4）靠近該序列N端常有1個(gè)或數(shù)個(gè)正電荷氨基酸；（5）其C-末端靠近切割處常帶數(shù)個(gè)極性氨基酸，離切割點(diǎn)最近那個(gè)氨基酸常帶很短側(cè)鏈(Ala或Gly),,新生蛋白質(zhì)通過同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程,作業(yè)題,一、名詞解釋翻譯密碼子開放閱讀框架（ORF）SD序列分子伴侶信號(hào)肽糖酵解β-氧化作用三羧酸循環(huán)尿素循環(huán)呼吸鏈PCR技術(shù)半保留復(fù)制二、問答題教材P411：第2、4、5和9題。,