13第十三章蛋白质的生物合成翻译v教学提纲.ppt

第十三章 蛋白质的生物合成(翻译) 蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的序列 Protein Biosynthesis，Translation)第一节 蛋白质生物合成体系2. 20种编码氨基酸作为原料3. 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF4. ATP、GTP、无机离子一)合成原料1. 三种RNAmRNA(信使RNA)rRNA(核糖体RNA)tRNA(转运RNA)一、蛋白质生物合成的原料和所需酶类(Protein Biosynthesis System)(二)酶及蛋白因子1氨基酰-tRNA合成酶 ATP存在下合成氨基酰-tRNA，具有绝对特异性2转肽酶 催化核糖体“P位”上的肽酰基转移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基缩合形成肽键3转位酶 催化核糖体向mRNA的3端移动定位于“A位”4蛋白因子 起始因子(initiation factor，IF); 延长因子(elongation factor，EF); 释放因子（releasing factor，RF）5能量物质及离子 能量物质为ATP和GTP；无机离子有Mg2+和K+等。

原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核糖体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质mG -53蛋白质PPP(二) 遗传密码及其特点(1)mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)2)起始密码(initiation coden): AUG (3)终止密码(termination coden):UAAUAGUGA(4)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，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF) 1. 连续性(commaless)第一个核苷酸第二个核苷酸第三个核苷酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮 氨 酸亮 氨 酸丝 氨 酸丝 氨 酸丝 氨 酸丝 氨 酸酪 氨 酸酪 氨 酸终止密码终止密码半胱氨酸半胱氨酸终止密码色 氨 酸UCAGC亮 氨 酸亮 氨 酸亮 氨 酸亮 氨 酸脯 氨 酸脯 氨 酸脯 氨 酸脯 氨 酸组 氨 酸组 氨 酸谷氨酰胺谷氨酰胺精 氨 酸精 氨 酸精 氨 酸精 氨 酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苏 氨 酸苏 氨 酸苏 氨 酸苏 氨 酸天冬酰胺天冬酰胺赖 氨 酸赖 氨 酸丝 氨 酸丝 氨 酸精 氨 酸精 氨 酸UCAGG缬 氨 酸缬 氨 酸缬 氨 酸缬 氨 酸丙 氨 酸丙 氨 酸丙 氨 酸丙 氨 酸天冬氨酸天冬氨酸谷 氨 酸谷 氨 酸甘 氨 酸甘 氨 酸甘 氨 酸甘 氨 酸UCAG遗传密码表氨基酸密码码子数目氨基酸密码码子数目Ala4Leu6Arg6Lys2Asn2Met1Asp2Phe2Cys2Pro4Gln2Ser6Glu2Thr4Gly4Trp1His2Tyr2Ile3Val42. 简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸和蛋氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸均有多个密码子。

4. 通用性(universal)5. 摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对 (1) 整套密码从原核生物到人类都通用，但动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体例外 (2)密码的通用性证明各种生物进化自同一祖先 起始密码子位于mRNA链的5-端，终止密码子位于3-端，翻译时沿53方向进行，直到终止密码子为止，相应多肽链的合成从N端向C端延伸3.方向性(direction)密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG A U CU原核生物真核生物核糖体小亚亚基大亚亚基核糖体小亚亚基大亚亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种 不同细胞核糖体的组成 核糖体三、rRNA与核糖体(一) 核糖体由大、小两个亚基组成，是蛋白质合成的场所。

二) 原核生物翻译过程中核糖体结构模式2. A位：氨基酰位，又称受位1. P位：肽酰位，又称给位3. E位：排出位四、tRNA与氨基酸的活化(一)氨基酸的活化1.氨基酰-tRNA合成氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶 2. 2. 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶对氨基酸和对氨基酸和tRNAtRNA特异性高特异性高；具有校正活性氨基酰；具有校正活性氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-Ala-tRNAtRNAAla Ala 、Ser-tRNASer-tRNASerSer、Met-tRNAMet-tRNAMetMet 真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAifMet(二)起始肽链合成的氨基酰-tRNA1.第一步反应氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi 2. 第二步反应氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E第二节 蛋白质生物合成过程 翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现 起始(initiation)延长(elongation)终止(termination )翻译过程(The Process of Protein Biosynthesis )一、原核生物翻译过程1. 核糖体大小亚基分离；2. mRNA在小亚基定位结合；3. 起始氨基酰-tRNA的结合； 4. 核糖体大亚基结合。

指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA-tRNA分别与核糖体结分别与核糖体结合而形成合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation (translational initiation complex)complex)一)起始IF-3IF-11. 核糖体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合S-D序列 在起始密码子的上游约813个核苷酸部位有一段富含嘌呤碱基（如-AGGAGG-）的特殊保守序列，称为SD序列，可被核糖体小亚基16S rRNA 辨认互补结合 紧接SD序列后的小核苷酸序列，可被核糖体小亚基蛋白rpS-1识别并结合IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻译起始阶段总结原核延长长因子功 能EF-Tu促进进氨基酰酰-tRNA进进入A位，结结合分解GTPEF-Ts调节亚调节亚 基EFG有转转位酶活性，促进进mRNA-肽酰肽酰 -tRNA由A位前移到P位，促进进卸载载tRNA释释放原核肽链合成的延长因子 (二)延长 肽链延长包括肽链延长包括进位、进位、成肽成肽、转位、转位三步，在核三步，在核糖体上连续性循环式进行，又称为糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸。

每次循环增加一个氨基酸1.进位(注册,registration) (1) fMet-tRNAfMet占据P位，A位空缺 (2) 第2个密码子相应的氨基酰-tRNA与EF-Tu-GTP结合，其反密码子识别密码子，进入A位 (3) EF-Tu水解GTP，EF-Tu和GDP从核糖体释出，重新形成Tu-Ts二聚体Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP2.成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程3.转位延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 fMetA U G53fMetTuGTP进位转位成肽1. 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、核糖体等分离的过程 (三)终止2. 识别终止密码，RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA3. 诱导改变转肽酶的酯酶活性为水解活性，使肽链从核糖体上释放U A G53RFCOO-与原核生物相比，真核生物肽链延长过程有不同的反应体系和延长因子真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落二) 延长(三) 终止 与原核生物相比，真核生物翻译终止只有一种释放因子eRF，可识别所有终止密码子。

一)起始 二、真核生物翻译过程1. 1. 核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2. 2. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合结合；3. mRNA3. mRNA在核糖体小亚基在核糖体小亚基就位就位；4. 4. 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合原核先就位，后结合结合；真核先结合，后就位metmet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、 eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种elFelF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复合物形成过程(二)使蛋白质合成高速、高效进行电镜下的多聚核糖体现象三、多聚核糖体(polysome)(一)指多个核糖体附在同一条mRNA上合成蛋白质而形成的串珠状聚合物 四、翻译后加工和输送 新生多肽链需要酶和其他蛋白质辅助，经过新生多肽链需要酶和其他蛋白质辅助，经过折叠、修饰折叠、修饰等等加工才能转变为天然构象的功能蛋加工才能转变为天然构象的功能蛋白质。

白质 (一)多肽链折叠为天然构象的功能蛋白质(1)热休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和GreE族 (2)伴侣素(chaperonins): GroEL和GroES家族2. 蛋白二硫键异构酶 (PDI)3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (PPI)1. 1. 分子伴侣分子伴侣鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽 ( ？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin(二)一级结构的修饰1.肽链N端的修饰2.个别氨基酸的修饰3.多肽链的水解修饰(三)高级结构的修饰 (四)蛋白质合成后的靶向输送1. 指蛋白质合成后需定向输送到发挥功能的细胞靶部位的过程 2.新生分泌蛋白的N端，可引导其自身转移到细胞靶部位的保守氨基酸序列，称信号序列(signal sequence)或信号肽(signal peptide) 1亚基的聚合 如血红蛋白通过非共价键将亚基聚合成寡聚体2辅基的连接 如糖蛋白、脂蛋白、各种酶等，合成后需与辅基连接，才具有活性3疏水脂链的共价连接 如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水双层膜脂，才具有活性五、蛋白质生物合成与医学 (一)分子病 由于基因突变导致蛋白质一级结构的改变，进而引起生物体某些结构和功能的异常，这种疾病称为分子病。

分子病最典型的代表为镰刀型红细胞贫血病二) 抗生素对蛋白质合成的影响 1.抗生素类是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物抗生素作用点作用原理应应用四环环素族（金霉素 新霉素、土霉素）链链霉素、卡那霉素、新霉素氯氯霉素、林可霉素红红霉素梭链孢链孢 酸 放线线菌酮酮嘌呤。