1、蛋白质的生物合成,翻 译,蛋白质的生物合成,蛋白质生物合成:是指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，变成蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序的过程。翻译:遗传信息（碱基排列顺序，英文）由mRNA携带到蛋白质多肽链上体现为氨基酸残基排列顺序（中文）的过程，类似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称为翻译。,特 点,翻译过程十分复杂 - 参与因素多 - 合成步骤繁,第一节 蛋白质合成体系,三、tRNA,四、核糖体,一、20种氨基酸,五、酶和辅助因子及无机离子、以ATP 、GTP,合成方向：NC端,二、 mRNA和遗传密码,翻译模板mRNA及遗传密码,* mRNA是遗传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽的
2、遗传单位称为顺反子(cistron)。 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（poly cistron）。,真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子（single cistron）。,mRNA,(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体,原核细胞mRNA的结构特点,5,3,先导区,AGGAGGU,SD区,一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质,真核细胞mRNA的结构特点,m7G-5ppp-N-3 p,AAAAAAA-OH,一条mRNA链只能为一种蛋白质编码,原核生物和真
3、核生物mRNA的比较,（一）密码子(codon): mRNA自53方向每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密码体现一个氨基酸信息 密码子的数量 43 =64 密码子的发现 : 1965年，Nirenberg用poly u加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,最后用核苷酸的共聚物破译了全部密码，编出遗传密码表,遗 传 密 码,遗传密码表,密码子的特点,(1)连续性:两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移,密码子的特点,(2)简并性: 除Met，Trp外，其余氨基酸均由2个以上密码子编码。其中 UAG,UAA,UGA是终止密码子
4、,AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸；但细菌例外，在细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸(3)通用性:所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线粒体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等,密码子的特点,（四）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子 反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异,tRNA反密码环,mRNA,tRNA（transfer ribonucleic asid）,tRNA 在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联
5、体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体,tRNA的三级结构示意图,tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,A C C,1 2 3,tRNA,1.结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置 2.反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座,同功受体tRNA：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA。,？,tRNA,3.起始密码子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始密码 真核生物甲硫氨酸：tRNAmet 原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tR
6、NAfmet表示, tRNAfmet的甲酰基由N10-甲酰四氢叶酸提供,核糖体,是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的组成：大小亚基原核：30s + 50s 70s 真核: 40s + 60s 80s,核蛋白体的组成,原核生物核糖体的组成,核糖体,分类：一类附着于粗面内质网参与分泌蛋白的合成；另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成 功能：核糖体相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,30S,与mRNA结合部
7、位,肽位：结合或接受肽基的部位,受位/氨基酰位：结合或接受AA-tRNA的部位,50S,P,A,T,转肽酶,多核蛋白体,5,3,一mRNA上可同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成,五、辅助因子,在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中的蛋白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别有：,起始因子（IF）：原核生物中有IF1、IF2、IF3,延长因子（EF）：原核生物中有EF-Tu、EF-Ts、EF-G,终止因子（RF）：原核生物中有RF1、RF2、RF3,蛋白质因子,参与翻译的蛋白质因子,阶段原核 真核 功 能IF1IF2 eIF2 参与起始复合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始 CBP I
8、 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUG eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放 eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离EF-Tu eEF1 协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-Ts eEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子终止 RF-1 eRF 释放完整的肽链 RF-2,因子前加“e” 表示真核生物(eukaryotic),五、辅助因子,ATP、GTP、Mg2+,其它因子,第二节 蛋白质的合成过程（以原核为例）,一、氨基酸的活化与转运二、翻译起始三、肽链的延长四、肽链合成终止,一、氨基酸的活化与转运,氨基酸活化活化氨
9、基酸的搬运活化氨基酸与核蛋白体结合 1.参与活化转运的酶氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸有特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译,氨基酰tRNA的生成- 氨基酸的活化,氨基酰tRNA合成酶,ATP,PPi,氨基酰tRNA,2.催化过程氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+ppi,氨基酰tRNA的表示方法,丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala,精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg,甲硫氨基酰tRNA： met-tRNAmet,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。（氨基酸相应的一组同功受体tR
10、NA) 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。,起始密码子AUG编码的met由tRNAmet （真核） 或tRNAfmet（原核）转运,真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化,大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化,原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met + ATP + tRNA Met tRNA + AMP + PPi,甲硫氨(蛋氨)酰tRNA合成酶,一、氨基酸的活化,原核生物中的fMet-tRNA的合成,Met-tRNA在转甲酰酶的作用下，在其Met的-NH2上甲酰化。,fMet tRNA,一、氨基酸的活化,二、翻译起始（原核）,30S
11、亚基 mRNA IF3- IF1复合物,30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物,70S起始复合物,mRNA +30S亚基-IF3,mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合,mRNA与30s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成,核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合,50s的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1 IF2脱落,形成了启动复合体,fmet-tRNA的结合：与以上过程同时发生，fmet-tRNA辨认并与mRNA 模板中的AU
12、G结合。反应需IF2,GTP,Mg2+参与;而IF3脱落,70S启始复合物由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成,三、肽链的延长,延长即核蛋白体自mRNA 5端向3端推进，反应需延长因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与,狭义的核蛋白体循环,进位,成肽,转位,Tu-GDP,GDP,Ts,Tu-Ts,Tu-GTP,GTP,Pi,氨基酰-tRNA进入A位,三、肽链的延长步骤,1.进位： aa进入受位，反应需GTP, Mg2+，EF-Tu（EF-Ts）,Mg2+，K+,转肽酶,2.成肽（转肽与脱落）：50s大亚基上的给位有肽酰转移酶活性，催化
13、给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落,3.转位（移位）,反应需EFG, GTP, Mg2+参与 核蛋白体向mRNA 3端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位 肽键每增加一个氨基酸就按 进位成肽转位 这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度,OH,EFG，GTP,53,进位,成肽,转位,成肽,NC延长,转位（移位）,四、肽链合成终止,需终止因子RF和IF3参与。终止信号出现，释放因子（release factor,RF）与其结合。RF有三种RF1，RF2，RF3,1.终止密码子的辨认,RF-1或RF-2,RF1和 RF2识别
14、终止密码，进入A位,H-OH,转肽酶,2. 肽链的水解和脱落,RF3使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出,3.tRNA、RF、mRNA的释放，核蛋白体大小亚基的解聚,OH,RF，GTP,RF,IF-3IF-1,在RF作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF1作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环,1. 起始,2. 肽链延长,3. 终止,广义的核蛋白体循环,小 结,1合成方向：对mRNA的移动是自53肽链合成方向自N端C端2能量计算：活化与启动消耗2个高能键，生成一个肽键时需2个GTP,生成一个肽键的整个过程需4个高能键3核
15、蛋白体循环：在细胞内的翻译是以多个核蛋白体聚在一起的形式，一条mRNA上可同时合成多条同样的多肽。合成速度40aa/S,真核与原核蛋白质合成的异同,真核 原核 核蛋白体 80S 70S 含蛋白数量 多于80 少于60 小亚基结构 无嘧啶区和互补区 含嘧啶区与互补 tRNA tRNAmet tRNAfmet 启动 eIF 9-10种 需ATP 小亚基先与tRNA结合，在与mRNA结合延长 EF1,EF2 EFTu EFTs 终止 RF 需 GTP RF1，RF2，RF3,第三节 翻译后加工,合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合才有活性 一、翻译后的加工修饰 二、分泌蛋白的跨膜转运,一、翻译
16、后的加工修饰,1. 多肽链的折叠,蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase）和肽基脯氨酸异构酶（peptidyl prolyl isomerase）参与蛋白质的折叠过程。,前者能加速蛋白质正确二硫键的形成。后者则加速脯氨酸亚氨基肽键的顺-反异构化。,分子伴侣,一、翻译后的加工修饰,2. N端加工,原核生物,脱甲酰基酶,氨肽酶,真核细胞,一、翻译后的加工修饰,3. 氨基酸残基的修饰： 磷酸化、羟基化、乙酰化、糖基化4. 水解加工：酶前体的活化5. 亚基聚合：Hb 4亚基的聚合,蛋白质的定位,1.共翻译转移包括：分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、内质网和高尔基体滞留
17、蛋白。2.翻译后转移核基因组编码的线粒体和叶绿体蛋白。,二、分泌蛋白的跨膜转运,将合成后的蛋白质,定向到达行使功能目标地的过程为跨膜转运 信号肽：使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外,信号肽结构,由被转运多肽链的N端约10-40多个氨基酸构成 。分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸, 提供正电荷中心疏水区含中性或疏水性氨基酸C末端是信号肽酶切割信号肽的部位,转运过程,（1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，此时，多肽的合成就暂时停止或放慢；SRP把核蛋白体带至内质网膜的胞浆面与对接蛋白（停泊蛋白）结合，即核蛋白体与
18、内质网膜结合，新生肽链恢复延长。（2）信号肽被信号肽酶切割掉，蛋白质分泌到内质网腔,分泌蛋白的转运过程,蛋白质合成与医学的关系,一、分子病（molecular diseases）二、蛋白质合成的阻断剂 蛋白质生物合成自复制、转录和翻译的不同过程均有抑制剂能加以阻断。抑制剂包括抗菌素和毒素等,分子病,分子病：因DNA分子基因的缺陷,使某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列发生改变导致的遗传病。例：镰刀形红细胞贫血。病因：编码血红蛋白b链的基因，其DNA上的T被A代替，导致b链氨基端第6位的谷氨酸被缬氨酸代替,蛋白质合成的阻断剂,抗生素 1.四环素：抑制氨基酰-tRNA与原核细胞的小亚基结合 2.氯霉
19、素：与原核细胞的大亚基结合,对真核线立体合成有阻断作用 3.链霉素：与原核细胞30S核糖体结合，引起密码错读。白喉毒素：抑制哺乳类动物的延长因子EFT2的活性,蛋白质生物合成课堂练习下列为终止密码子 UCA B. UAA C. UGA UAG E. AUG下列是关于遗传密码的论述，错误的是低等生物和高等生物的遗传密码是不同的B. 遗传密码阅读的方向总是从mRNA的5 3方向阅读mRNA分子中的“三联体”时，相互间有标点符号隔开每种氨基酸都有2个或2个以上的密码子tRNA的1位反密码子与mRNA的3位密码子互补配对时，不完全符合碱基配对规则,3. 核糖体作为蛋白质合成的场所，其中的蛋白质至少 包括下列因子 A. 起始因子（IF） B. 延长因子（EF） C. 释放因子（RF） D. 因子 E. 因子4. 核糖体小亚基16SrRNA结合mRNA，主要是通过下列两个序列互补结合的 嘧啶碱序列与AUG序列 B. SD序列与嘌呤碱序列 C. 嘌呤碱序列与AUG序列 D. 嘧啶碱序列与SD序列 E. SD序列与UAA序列,
