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蛋白质 生物合成

蛋白质 生物合成. 第十一章. 曹慧颖. 将 mRNA 分子中的遗传信息，通过 遗传密码 破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物合成或 翻译 （ translation）。. 第一节. 蛋白质生物合成体系 Protein Biosynthesis System. 参与蛋白质合成的物质：. 原料：20种氨基酸 模板： mRNA 运载体： tRNA 场所：核糖体（ rRNA 与蛋白质构成） 蛋白质因子： 起始因子（ initiation factor, IF）

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蛋白质 生物合成

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Presentation Transcript

  1. 蛋白质生物合成 第十一章 曹慧颖

  2. 将mRNA分子中的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物合成或翻译（translation）。

  3. 第一节 蛋白质生物合成体系 Protein Biosynthesis System

  4. 参与蛋白质合成的物质： • 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核糖体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子： • 起始因子（initiation factor, IF） • 延长因子（elongation factor，EF） • 释放因子（release factor，RF） • 其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等

  5. 一、mRNA及遗传密码 （一）mRNA是遗传信息的携带者 • 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。 • 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。 • 真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。

  6. 3 5 PPP 蛋白质 3 mG - 5 PPP 蛋白质 非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子 原核生物的多顺反子 真核生物的单顺反子

  7. （二）mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸，称为三联体密码(triplet coden)。 数量：64（43） 起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA

  8. 遗传密码表

  9. 1. 无标点性 （三）遗传密码的特点 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。

  10. 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变(frameshift mutation)。

  11. 2.遗传密码无重叠 • 每三个碱基编码一个氨基酸，一个碱基编码完一个氨基酸后不能再次用于编码另一个氨基酸。

  12. 3. 简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个，甚至多至6个密码子。

  13. 遗传密码的简并性

  14. 4. 摆动性(wobble) tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码配对，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。

  15. 摆动配对

  16. 密码子、反密码子配对的摆动现象 密码子的摆动性，保证当mRNA第三个碱基突变时也能翻译出正确的氨基酸.

  17. 5. 通用性(universal) • 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

  18. 6.起始密码子和终止密码子 • AUG---起始密码子，编码蛋氨酸 • UAA,UAG,UGA---终止密码子，不编码任何氨基酸

  19. 二、tRNA • tRNA —— 运载活化型氨基酸

  20. A U C tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对

  21. 三、核糖体 • 核糖体是蛋白质的合成场所，由蛋白质和RNA组成

  22. 核蛋白体的组成

  23. 原核生物核糖体结构模式 P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)

  24. 第二节 蛋白质生物合成过程 The Process of Protein Biosynthesis

  25. 一、氨基酸的活化 1、活化 氨酰tRNA合成酶 Aa + ATP Aa-AMP - E + ppi Mg2+或Mn2+ 2、 转移 氨酰tRNA合成酶 Aa-AMP-E+ tRNA Aa- tRNA + AMP

  26. 总反应： 氨酰tRNA合成酶 Aa + ATP + tRNA Aa- tRNA + AMP + ppi Mg2+或Mn2+

  27. 二、蛋白质合成的起始 起始氨基酸和起始氨酰tRNA 原核： fMet fMet-tRNAf ； 真核： Met Met-tRNAi ；

  28. 肽链合成起始是mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)的过程。有多种蛋白质的起始因子（initiation factor，IF）参与。

  29. 原核、真核生物各种起始因子的生物功能

  30. （一）原核翻译起始复合物形成 1. 核糖体大小亚基分离（IF3，IF1） 2. mRNA在小亚基上定位结合 3. fMet-tRNAf的结合（IF2，GTP） 4. 核蛋白体大亚基结合 起始复合物 fmet-tRNA f -mRNA-核蛋白体 • 需要三种起始因子（IF）及GTP的参与

  31. 1. 核蛋白体大小亚基分离 IF-1 IF-3

  32. mRNA 5' 3' A U G 2. mRNA在小亚基定位结合 IF-1 IF-3 mRNA与小亚基的结合依赖于： • SD序列与16S rRNA 3’端一段富含嘧啶的序列的互补

  33. S-D序列 (Shine-Dalgarno sequence ) mRNA起始密码AUG上游约8~13个核苷酸处，有一段4~9个核苷酸的富含嘌呤的序列，以…AGGA…为核心，叫S-D序列。

  34. IF-2 GTP 5' 3' A U G 3. fMet-tRNAf结合到小亚基 IF-1 IF-3

  35. 50S IF-2 GDP＋Pi 50S mRNA 5' 5' 3' 3' A A U U G G IF-1 IF-3 4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成 IF-2 GTP IF-1 IF-3

  36. 50S 50S IF-2 GTP IF-2 GDP＋Pi mRNA 50S mRNA 5' 5' 3' 3' A A U U G G IF-1 IF-3 IF-1 IF-3

  37. （二）、肽链的延长 指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。

  38. 肽链每次增加一个氨基酸，包括以下三步： • 进位（entrance） • 成肽（peptide bond formation） • 转位（translocation） • 需要延长因子（elongationfactor， EF ）和GTP的参与

  39. 肽链合成的延长因子

  40. 1、进位 根据mRNA上遗传密码的指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位。

  41. 2、成肽 在转肽酶的催化下， P位上fMet（或延长中的肽酰基）转移到A位点，与A位点的氨基酸结合形成肽键。

  42. 成 肽 肽链合成延长阶段的肽键形成过程

  43. 3、转位 延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核糖体向mRNA的3`方向移动一个密码子的位置，使下一个密码子对准A位点，空载tRNA在E位点脱落。

  44. 转 位

  45. 进位 成肽 转位

  46. 核蛋白体循环 • 从5`AUG开始直至终止密码子 • 核蛋白体从5`→3`方向阅读mRNA遗传密码 • 肽链的合成是从N端到C末端 • 每进行一次核蛋白体循环，肽链延长一个 氨基酸

  47. （三）、肽链合成的终止 当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，肽链合成终止。

  48. 终止相关的蛋白因子称为释放因子 • (release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 释放因子的功能： 1、识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。 2、诱导转肽酶改变为水解酶活性，使肽链不能向A位点转移，使肽链从核蛋白体上释放。

  49. 原核生物肽链合成终止过程 • 终止密码的辨认：RF • 肽链从肽酰-tRNA水解出：RF诱导转肽酶 • mRNA、空载tRNA及RF从核蛋白体脱离 • 大小亚基解聚：IF-1、IF-3 • 解聚后的大、小亚基可再次结合，重新进入肽链合成过程

  50. 原核肽链合成终止过程

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