[生化]蛋白质生物合成.ppt

蛋白质的生物合成（翻译）,,第 12 章,Protein Biosynthesis (Translation),本章重要知识点,蛋白质生物合成（翻译）的概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作用，遗传密码的特点氨基酰-tRNA合成酶的作用特点 原核、真核生物翻译过程的异同分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制,蛋白质生物合成的概念,蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程定义,（1）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送,反应过程,（1）维持多种生命活动（2）适应环境的变化（3）参与组织的更新和修复,生物学意义,第一节蛋白质生物合成体系,Protein Biosynthesis System,,基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器（运载体）：tRNA装配机（合成场所）：核蛋白体（核糖体）主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、 K+,蛋白质生物合成体系,一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板,mRNA的基本结构,从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。

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mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,,遗传密码,在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子（三联体密码）起始密码子(initiation codon)：AUG终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA,密码子（codon）,起始密码子和终止密码子：,遗传密码表,遗传密码具有以下特点： ① 方向性 ； ②连续性； ③简并性； ④ 通用性； ⑤ 摆动性遗传密码的特点,1. 方向性(directional),翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子2. 连续性(non-punctuated),编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。

基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致mRNA与其DNA模板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNA editing）3. 简并性(degenerate),一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码这一特性称为遗传密码的简并性除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子 各种氨基酸的密码子数目,4. 通用性(universal),从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体5. 摆动性(wobble),反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobble base pairing)。

U,3 2 1,1 2 3,,摆动配对,二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所,核蛋白体的组成,核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所不同细胞核蛋白体的组成,(ribosomal protein，rp),核蛋白体的组成,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位(aminoacyl site),P位：肽酰位(peptidyl site),E位：排出位(exit site),,,,,目 录,1．与模板mRNA和起始tRNA结合位点：主要与小亚基有关2．三个不同的tRNA结合位点：⑴A位：又称氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；由大、小亚基成分构成⑵P位：又称肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合；由大、小亚基成分构成⑶E位：又称排出位，空载tRNA脱离核蛋白体前的结合位点；主要由大亚基成分构成核蛋白体大、小亚基的功能：,3. 转肽酶活性：将P位上的肽酰基转移给A位上的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成4. GTPase活性：水解GTP，获得能量；分别由大、小亚基成分构成5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。

原核生物核蛋白体结构模式,三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器,tRNA的作用,运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA 3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能；充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座二级结构,三级结构,反密码环,,,氨基酸臂,tRNA的构象,四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等,（一）重要的酶类,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离；转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位二）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）,参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能,参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能,蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+ 等。

三）能源物质及离子,第二节氨基酸的活化,Activation of Amino Acids,氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化氨基酰-tRNA可以携带活化的氨基酸，也可以识别mRNA 分子上的遗传密码（tRNA分子的反密码环与 mRNA上的密码配对）tRNA分子的3’末端CCA-OH是氨基酸的结合位点，与氨基酸的羧基生成酯键参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶反应过程,一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA,第一步反应,第二步反应,氨基酰-tRNA合成酶,结构,氨基酰－tRNA合成酶的3个结合位点,氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷,氨基酰转移到tRNA上,tRNA负载了氨基酸,,,,,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性特性,氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性动力学校对,化学校对,特性,氨基酰-tRNA的表示方法,丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet,各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的氨基酰-tRNA表示为：,氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写,例如：,tRNA,二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet,tRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。

起始密码子只能辨认Met-tRNAiMettRNAMet和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet,参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet,真核生物,具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸(N-formyl methionine, fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物起始密码子只能辨认fMet-tRNAfMet原核生物,起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet,fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α-氨基上。