1 / 46

第十章 蛋白质的生物合成

第十章 蛋白质的生物合成. 蛋白质合成体系的组分. 第一节 蛋白质合成体系的重要组分. mRNA ---- 模板 rRNA ---- 构成核糖体作为蛋白质合成场所 tRNA ---- 搬运工具 氨基酸 ---- 原料 蛋白质因子 ( 起始因子 IF ，延伸因子 EF ，释放因子 RF ，等等 ) 酶 ---- 氨酰 -tRNA 合成酶，转肽酶，转位酶等 无机离子 ----Mg ++. 一、 mRNA 和遗传密码. mRNA 特点：短命 原核：半衰期几秒 — 几分 真核：半衰期数小时。

menefer
Download Presentation

第十章 蛋白质的生物合成

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第十章蛋白质的生物合成

  2. 蛋白质合成体系的组分 第一节 蛋白质合成体系的重要组分 mRNA----模板 rRNA----构成核糖体作为蛋白质合成场所 tRNA----搬运工具 氨基酸----原料 蛋白质因子(起始因子IF，延伸因子EF，释放因子RF，等等) 酶----氨酰-tRNA合成酶，转肽酶，转位酶等 无机离子----Mg++

  3. 一、mRNA和遗传密码 • mRNA特点：短命 原核：半衰期几秒—几分 真核：半衰期数小时。 • mRNA功能是:蛋白质合成的模板，多肽链AA排列顺序就取决于mRNA的核苷酸的排列顺序。 • mRNA为模板的蛋白质合成过程被称为翻译或转译。

  4. （二）遗传密码 • mRNA分子中四种不同碱基（A、G、C和U）构成特定顺序决定蛋白质分子中20种AA所构成的序列。 • mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。 • 四种核苷酸，能有43 =64组密码子。20种基本氨基酸对应61个密码子, 一个密码子作为起始密码子, 三个终止密码子。

  5. 第二位 第一位（5ˊ） 第三位（3ˊ） U C A G UCAG U UCAG C UCAG A UCAG G 遗传密码字典

  6. 遗传密码的特点 ⑴密码子的方向性 阅读方向为5-3’，与mRNA链合成方向相同。 ⑵密码子的简并性 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并性（ dogeneracy）. 64-3=61个代表示20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。 编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。 密码的简并性可以减少有害突变 。

  7. 5’ 3’ 起始密 码子 ⑶密码子的连续性（读码） 从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。 在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生改变，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。

  8. ⑷密码子的基本通用性（近于完全通用） 对于高等、低等生物都适用。 只有一个例外：真核生物线粒体DNA。 另一些原核生物中利用终止密码翻译AA（如UGA-Trp\硒代半胱氨酸）

  9. 人线粒体中变异的密码子 密码子 正常情况下编码 线粒体DNA编码 UGA 终止信号 Trp AUA Ile Met AGA Arg 终止信号 AGG Arg 终止信号

  10. ⑸起始密码子和终止密码子 起始密码子：AUG（少数 GUG）→原核：甲酰蛋氨酸 真核：蛋氨酸 终止密码子：UAA、UAG、UGA→终止或无意义密码子，不编码任何氨基酸。

  11. ⑹密码子的摆动性（变偶性） 如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同 ，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性。

  12. 反密码子与密码子之间的碱基配对 反密码子第一位碱基 密码子第三位碱基 A U C G U C G A G U U C A I

  13. 二、tRNA • 为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。 • 同功受体tRNA:一种氨基酸可以有多种tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功受体tRNA • 反密码子: tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。

  14. tRNA的接头(adaptor)作用 • 3´-端上的氨基酸接受位点:3’端CCA,接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量 • 识别氨酰- tRNA合成酶的位点:倒L中部的DHU臂和反密码子环，氨基酸臂参与这一作用 • 核糖体识别位点:倒L中部的TψC环 • 反密码子位点:与mRNA结合部位

  15. 反密码子环 反密码子 合成酶 可变环 D臂 TψC 环 aa位点 TψC臂

  16. CCA-OH 密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 两者反向平行配对。 CCA-OH 3’ 5’ C C G I 5’ 3’ G G C

  17. tRNA的表示方法： • tRNACys： 右上角标上所转运的氨基酸 • 虽然蛋氨酸仅一组密码子（AUG），却至少有两种tRNA • 原核 tRNAMet—将Met运到肽链中间 • tRNAffMet—携带甲酰蛋氨酰参于蛋白质合成的起始。 • 真核 tRNAMet—将Met运到肽链中间 • tRNAiMet—携带Met参于蛋白质合成的起始。

  18. 三、核 糖 体 1、核糖体：是由几十种蛋白质和几种rRNA组成的亚细胞颗粒,其中蛋白质与rRNA的重量比约为1:2。 蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。 核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖体亚基和多核糖体。 真核生物：游离核糖体或与内质网结合. 原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的多核糖体 核糖体亚基的聚合与解聚与Mg2+浓度有关

  19. 23S RNA 5S RNA 34 protein 50S subunit 70S ribosome 16S RNA 30S subunit 21 protein 2、核糖体的组成

  20. 50S subunit 30S subunit 原核生物核糖体结构示意图

  21. 23 5 50 70 30 16 28 5.8 5 60 80 40 18 核糖体的大小和RNA组成 核糖体（S) 亚基（S) rRNA (S) 原核生物 真核生物

  22. 原核生物核糖体大亚基上有两个与tRNA结合的位点。各占一个密码子空间：原核生物核糖体大亚基上有两个与tRNA结合的位点。各占一个密码子空间： • A位（accepter site）: 氨酰—tRNA结合部位 • P位（peptine site）: 肽酰—tRNA结合部位和结合起始的氨酰-tRNA • 大小亚基组成核糖体与mRNA结合，并按5’→3’方向沿mRNA移动，每次移动一个密码子距离，参入一个氨酰—tRNA。

  23. P位（结合或接受肽基的部位） A位（结合或接受AA- tRNA的部位） 50S 5 3 mRNA 30S 与mRNA结合部位 原核细胞70S核糖体的A位、P位示意图

  24. 四、参与蛋白质合成的辅助因子 • 除ATP、GTP、Mg2+外，还有一些蛋白质因子 • 原核 真核 • 起始因子 IF1 eIF1-4 • IF2 eIF4(A-D) • IF3 eIF5 • 延长因子 EF-Tu EF1（相当于Tu-Ts） • EF-Ts EF2 (相当于G) • EF-G • 终止与释放 RF1 • RF2 eRF

  25. IF1: 协助IF2、IF3起作用 IF2:促进氨酰-tRNA结合在起始密码子上 IF3:促进小亚基与mRNA结合 EF-Tu:热不稳定，将氨酰-tRNA结合在核糖体A位点 EF-Ts:热稳定，重新生成EF-Tu-GTP EF-G:依赖于GTP，又称移位因子（酶） RF1：识别终止密码子UAA和UAG RF2：识别终止密码子UAA和UGA

  26. 第二节 蛋白质的合成过程 一、原核生物多肽链的合成过程 （一）氨基酸的活化 • 在胞液中进行。 • 氨基酸的活化：指各种参加蛋白质合成的AA与携带它的相应的tRNA结合成氨酰- tRNA的过程。 • 活化反应在氨酰-tRNA 合成酶的催化下进行。 • 消耗两个高能磷酸键。 • AA的活化部分是羧基。在氨酰—tRNA中氨基酸的羧基通过高能酯键连接在tRNA3ˊ端CCA腺苷酸残基3’－或2’－羟基上

  27. ATP + 氨基酸 氨基酸的活化 第一步 PPi E-AMP 氨酰腺苷酸 第二步 AMP E C C A O H OH P O C-C-R P P 3-氨酰-tRNA NH3+ Mg 2+ Mn 2+ AA+ATP+E AA-AMP-E +PPi AA-AMP-E+ tRNA 氨酰-tRNA +AMP+E

  28. 氨基酸活化的总反应式： 氨基酰-tRNA的写法 • tRNAIle ——携带Ile的tRNA • Ile- tRNAIle ——异亮氨酰-tRNAIle • Arg-tRNAarg fMet-tRNAfmet • Met-tRNAimet Met-tRNAmmet

  29. (二)肽链合成的起始阶段 1、起始密码子的识别 • 小亚基16s RNA协助辩认起始密码。 • SD序列：距离起始密码子（AUG）上游（5ˊ－侧）约10bp处往往有一富含嘌呤的序列，称为SD序列。 SD序列与16SrRNA 3ˊ端的核苷酸序列形成碱基互补。正是由于这种相互作用，使核糖体能区别起始信号AUG与编码肽链中Met的密码子AUG，正确定位于mRNA上起始信号的位置。

  30. +H2N-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO- CHO-HN-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO- 2、起始复合物的形成 （1）起始氨基酸及起始tRNA原核生物起始氨基酸是甲酰蛋氨酸(fMet). 一种专一的甲酰化酶催化Met-tRNAf的甲酰化反应,这种酶不能催化游离的Met或Met-tRNAm的甲酰化。 N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成 转甲酰酶 N10-CHO-FH4 FH4 Met-tRNAfMet fMet-tRNAtMet

  31. AUG AUG fMet 5 UAC IF1、IF2.GTP （2）30S复合物形成： AUG IF3 IF3 小亚基 GTP、IF1、 IF2、fMet-tRNAf IF3

  32. AUG AUG fMet fMet 5 5 UAC UAC GTP、IF1、IF2 GTP、IF1、IF2 （3）70S复合物的形成： A位点 P位点 ＋ 50S核糖体 GDP+Pi、IF1、IF2 起始：fMet-tRNAf占据P位，其反密码恰好与起始密码子AUG结合。空着A位准备接受下一个氨酰-tRNA。

  33. EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts （三）、肽链的延伸 延伸循环包括3步反应，每步都是在相应的蛋白质延伸因子催化下完成的，需要GTP供能。 1、进位： 在延伸因子EF-Tu.GTP帮助下，一个新的氨酰—tRNA进入A位。这个氨酰-tRNA的反密码子必须与处于A位的mRNA上的密码子相匹配。 EF—Ts催化GDP—GTP交换。重新生成EF-Tu·GTP

  34. Tu\Ts循环 Ts-GDP Ts

  35. AA-fMet AA fMet P P A A 5’ 3’ 2、转肽： 在肽酰转移酶作用下，将P位的AA（或肽链）转移至A位氨酰-tRNA的氨基酸的氨基上形成肽键.在A位上产生肽酰-tRNA. 把无负载的tRNA留在P位,A位上形成肽键。 5’ 3’

  36. 肽链合成方向 N端→C端

  37. 5’ P A 3’ A P P A P P A A 3’ 5’ 3、移位： 在EF-G移位酶作用下，核糖体沿5ˊ-3ˊ方向向前移动一个密码子，结果使原来在A位点上的肽酰-tRNA又回到了P位，空出A位。 原P位上无负载的tRNA离开核糖体。需GTP水解供能。

  38. 1 2 GTP GTP 2 3 肽链的延长：以上三步反应构成一个延伸循环，肽链每掺入一个AA就重复一次延伸循环。 进位 肽键形成 1 1 2 3´ 5´ (Tu\Ts) 移位 N-端 （EF-G） C-端 进位 肽键形成 2 3 2 3 5´ 3´

  39. (四)、肽链合成的终止与释放 1、终止信号的识别：当终止密码子出现在A位时，终止因子RF结合在A位，肽链合成终止。 • RF1：识别终止密码子UAA和UAG • RF2：识别终止密码子UAA和UGA 2、肽链释放：终止因子进入A位，使核糖体的肽酰基转移酶变为水解酶，将肽酰基不转移给A位tRNA，而是转移至水分子上，多肽链从核糖体和tRNA上释放出来，核糖体从mRNA上释放下来。 3、核糖体解离：准备去合成另一分子蛋白质， IF3使核糖体解离为30S 和50S非功能性亚基，并与小亚基结合，以防重新聚合。消耗GTP

  40. UAG 5 3 tRNA 30S亚基 50S亚基 UAG 5 3 肽链合成的终止及释放 RF （1）释放因子RF1或RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离

  41. 蛋白质的合成是一个高耗能过程 AA活化 2个高能磷酸键（ATP） 肽链起始 1个（70S复合物形成，GTP） 进位 1个（GTP） 移位 1个（GTP） • 第一个氨基酸参入需消耗3个高能磷酸键（活化2＋起始1 ） 以后每掺入一个AA需要消耗4个高能磷酸键（活化2 ＋进位1个 ＋移位1个）。

  42. 三、真核生物蛋白质的生物合成特点 • 核糖体更大，80S  40S+60S • 起始tRNA和氨基酸：起始密码子为AUG ，起始氨基酸为甲硫氨酸，起始tRNA表示为tRNAiMet，起始氨酰-tRNA为Met- tRNAiMet • 起始：它的上游5’端无SD序列，由帽子结合蛋白促使小亚基与mRNA的5’端-帽子结合，然后沿mRNA移动寻找AUG。 • 真核生物mRNA通常只有一个AUG密码子，每种mRNA只转译出一种多肽。 • 真核中涉及的蛋白因子较多。 • 真核中线粒体、叶绿体核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。

  43. 本 章 重 点 • 遗传密码的特点 • mRNA、tRNA 及核糖体在蛋白质合成中的作用。 • SD序列概念。 • 原核生物中蛋白质生物合成的主要过程。 • 原核细胞与真核细胞的蛋白质生物合成的主要区别

More Related