第十四部分蛋白质的生物合成教材课程.ppt

第十四章 蛋白质的生物合成,第一节 遗传密码 蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再转变成蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)一、遗传密码：,1. 遗传密码：DNA 或 mRNA中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列的对应关系 2. 密码子：由三个相邻的碱基编码一种氨基酸的核苷酸三联体 3. 遗传密码的特点： （1）通用性：动植物微生物都可使用,遗传密码的简并性和通用性,,（2）简并性：一种氨基酸可有多种密码子编码的现象 只有Met 和 Trp 没有 同义密码：编码同一种氨基酸的密码子 （3）读码的连续性：不重叠无间隔 （4）有起始密码 AUG 和终止密码 UAA、UAG、UGA （5）方向性：密码子的阅读方向为5`-3` （6）变偶性（摆动性）：密码子的前两个碱基相同，决定了其专一性，而第三个碱基可以发生变化遗传密码的连续性,遗传密码的摆动配对,二、参与蛋白质生物合成的物质,生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括： ① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序； ② tRNA：搬运氨基酸的工具； ③ 核糖体（又名核蛋白体）：蛋白体生物合成的场所； ④ 酶及其他蛋白质因子； ⑤ 供能物质及无机离子。

一）、mRNA 作为指导蛋白质生物合成的模板mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码子(coden)共有64种不同的密码二）tRNA： 在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则如反密码第一个核苷酸为Ⅰ（次黄嘌呤），则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对能够识别mRNA中5′端起始密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA 在原核生物中，起始tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet； 而在真核生物中，起始tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet 在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起始部位的蛋氨酸密码，AUG。

三）rRNA和核蛋白体 原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质构成 真核生物中的核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5S rRNA，28S rRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8 S rRNA核糖体的组装,大肠杆菌核糖体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所核糖体的大、小亚基分别有不同的功能： 1．小亚基：可与mRNA、GTP和起始tRNA结合 2．大亚基： （1）具有两个不同的tRNA结合点 A位（右）—— 氨酰基基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）——肽酰基部位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合 （2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键 （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量 （4）具有起始因子、延长因子及释放因子的结合部位。

在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构 由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核糖体四）起始因子（IF）： 这是一些与多肽链合成起始有关的蛋白因子原核生物中存在3种起始因子，分别称为IF1-3在真核生物中存在9种起始因子（eIF）其作用主要是促进核糖体小亚基与起始tRNA及模板mRNA结合五）延长因子（EF） 原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）其作用主要促使氨基酰tRNA进入核糖体的受体，并可促进移位六）释放因子（RF）： 原核生物中有4种，在真核生物中只有1种其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放七）氨基酰tRNA合成酶： 该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关 每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件 目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。

八）供能物质和无机离子： 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键第二节 蛋白质生物合成过程,蛋白质生物合成过程包括三大步骤： ①氨基酸的活化与搬运； ②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合； ③多肽链合成后的加工修饰一、氨基酸的活化与搬运,氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成其反应过程为：,在此反应中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参与多肽链的合成 氨基酸tRNA的合成，可使氨基酸 ①活化；②搬运；③定位二、活化氨基酸的缩合——核糖体循环,活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核蛋白体上进行活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环 核蛋糖体循环过程可分为起始、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中的过程加以介绍一）起始阶段： 1．30S起始复合物的形成：在起始因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起始部位，起始tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP结合，形成复合体。

原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD序列（核糖体结合位点，RBS），可被核蛋白体小亚基辨认结合 2．70S起始前复合体的形成：IF3从30S起始复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起始前复合体3．70S起始复合体的形成：GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落此时，tRNAfmet的反密码UAC与mRNA上的起始密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）二）肽链延长阶段： 1．进位：与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核糖体的受位此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键此步骤需Mg2+，K+给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核糖体上脱落 3．移位：核糖体向mRNA的3‘- 端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参与此时，核糖体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。

三）肽链终止阶段： 核糖体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位 1．识别：RF识别终止密码，进入核糖体的受位 2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放 3．解离：通过水解GTP，使核糖体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基多肽链合成的能量消耗,多肽链的合成是一个消耗能量的过程，其能量主要由ATP和GTP提供 若n个氨基酸合成一条多肽链： n个氨基酸分子的活化 2n个 （ATP→AMP+2ADP） 70s起始复合物的形成： 1个 （GTP → GDP+Pi) (n－1)个氨酰－tRNA进入核糖体A位点：n－1个 （GTP → GDP+Pi) (n－1)次核糖体移位： (n－1)个 (GTP → GDP+Pi) 共（4n－1）个,三、多肽链合成后的加工修饰,（一）一级结构的加工修饰： 1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除： N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除 ① 去甲酰化： 甲酰化酶 甲酰蛋氨酸-肽 甲酸 + 蛋氨酸-肽 ② 去蛋氨酰基： 蛋氨酸氨基肽酶 蛋氨酰-肽 蛋氨酸 + 肽,,,2．氨基酸的修饰： 由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。

3．二硫键的形成： 由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S- 4．肽段的切除： 由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除 如：前胰岛素原（切信号肽）→胰岛素原（切间插序列） →胰岛素,（二）高级结构的形成： 1．构象的形成： 在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象 2．亚基的聚合 3．辅基的连接三）靶向输送： 蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为信号肽常见的信号肽由10~40个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区，而C端由小分子氨基酸残基组成，可被信号肽酶识别并裂解 分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别蛋白（SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的停泊蛋白识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞分泌型蛋白质的靶向输送,。